生物分析---重金属离子检测

某某大学某某2015.03.09重金属离子检测目录文献背景纳米Au的制备方法纳米Au的修饰纳米Au的生物效应总结Au1、重金属离子种类在环境与健康领域所说的重金属主要是指汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr),以及具有重金属特性的类金属砷(As)等生物毒性显著的重元素,有时也泛指(Cu)、锌(Zn)、钴(Co)、镍(Ni)等一般重金属,有些重金属尽管是人体健康所必需的微量元素,但在体内蓄积也有量的限度,超出这个限度同样显现出致病毒性。2、重金属污染及其根源重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。主要由农药、采矿、废气排放、污水灌溉和使用重金属制品等人为因素所致。文献背景3、重金属的毒性机理（1）大部分重金属离子均可因微生物甲基化作用而生成相应的甲基化合物,此类化合物多属毒性很强的挥发性物质,极易通过呼吸道进入体内,其中具有重要病理学意义的,当首推甲基汞化合物。（2）一些重金属离子通过口腔、皮肤进入体内后,与人体某些酶的活性中心硫基(-SH)有着特别强的亲和力,金属离子极容易取代硫基上的氢,从而使酶丧失其生物活性,即重金属的致害物质作用就在于使生物酶失去活性。（3）一些重金属离子可以通过与酶的非活性部位相结合,从而改变活性部位的构象,或与起辅酶作用的金属离子置换,同样能使生物酶的活性减弱甚至丧失。文献背景汞：食入后直接沉入肝脏，对大脑、神经、视力破坏极大。天然水每升水中含0.01毫克，就会导致人中毒。铬：会造成四肢麻木，精神异常。云南铬污染事件铅：是重金属污染中毒性较大的一种，一旦进入人体将很难排除。能直接伤害人的脑细胞，特别是胎儿的神经系统，可造成先天智力低下；对老年人会造成痴呆等。另外还有致癌、致突变作用。砷：是砒霜的组分之一，有剧毒，会致人迅速死亡。长期接触少量，会导致慢性中毒。另外还有致癌性。锌：过量时会得锌热病。也会伤害肝肾。铁：在人体内对氧化有催化作用，铁过量时会损伤细胞的基本成分。文献背景文献背景4、重金属离子的检测方法目前用于水体中重金属离子的检测方法主要有：络合滴定、分光光度法、化学发光法、电化学分析法、高效液相色谱法、离子色谱法、原子光谱法、质谱法等。YuminLeng,Yonglong,Li.etal.ColorimetricResponseofDithizoneProductandHexadecylTrimethylAmmoniumBromideModifiedGoldNanoparticleDispersionto10TypesofHeavyMetalIons:UnderstandingtheInvolvedMoleculesfromExperimenttoSimulation.Langmuir.2013,29,7591−7599.文献思路反应30min,粉红变为深红5mLHAuCl4(5×10−3M)95mL超纯水加入3mlCTAB(3.5×10−3M)1.5mLNaBH4(0.1M,现配)CTAB-AuNPs(4℃下放置至少4h)加入0.5mL双尿腙溶液(5.5×10−3M,在0.2MNaOH中配制)CTABAuNPsmodifiedbydithizoneCTAB---AuNPs---Dithizone的制备1、制备过程由图A可知，CTAB---AuNPs成链状，但CTAB---AuNPs---dithizone成颗粒状，其粒径大小在15nm左右。CTAB---AuNPs---Dithizone的表征1、TEM图2、紫外-可见光谱（1）CTAB-AuNPs的λmax为524nm。（2）dithizonesolution(双尿腙溶液)的λmax为472nm。（3）CTAB-AuNPs-dithizone的λmax为480nm，波长发生了偏移，这是由于CTAB-AuNPs与dithizone的共同作用所导致的。CTAB---AuNPs---Dithizone的表征与重金属离子的显色反应1、将修饰后的金纳米粒子与20μM的重金属离子(如：Cr(VI)，Cr3+，Mn2+，Co2+，Ni2+，Cu2+，Zn2+，Cd2+，Hg2+，Pb2+)混合，不同的重金属离子呈现不同的颜色变化。其中Mn2+，Co2+，Ni2+，Cu2+，Zn2+，Cd2+，Hg2+，Pb2+会立即发生颜色变化，Cr(VI)，Cr3+需要1h发生颜色变化。2、同时我们对20μMLi+，Na+，K+，Ca2+，Ba2+，Sr2+，Al3+，Mg2+，Fe2+，Fe3+也进行了上述实验，实验结果显示这些金属离子均不显色。在紫外-可见光分析中，重金属离子的加入使得λmax发生红移，这主要是由于重金属离子使AuNPs聚集造成的。与重金属离子的显色反应B、C:CorrespondingUV−visabsorptionspectraofthedevelopedreagentinthepresenceofheavymetalions.1、CTAB与AuNPs的作用机理由红外谱图可知，175cm−1和188cm−1处的峰为Au···N和Au···Br的伸缩振动，这说明CTAB以[-(CH3)3NBr]基团与AuNPs相互作用。Figure5.(A)Experimentalfar-IRspectraofthedevelopedreagentanditsmixturewithHg2+intheregionof150−700cm−1..CTAB、Dithizone与AuNPs的作用机理1、CTAB与AuNPs的作用机理由XPS谱图可知，CTAB-AuNPs的C1s未发生改变，但N1s发生了0.2eV的蓝移，Br3d在63.3eV处出现新峰，N1s和Br3d的改变说明CTAB的官能团[−(CH3)3NBr]和AuNPs之间的相互作用使CTAB被吸附在了AuNPs上。CTAB、Dithizone与AuNPs的作用机理2、Dithizone与AuNPs的作用机理(1)dithizone（未加NaOH）：在∼3487，3095，1600，1442，1311，1143，677cm−1处的峰分别对应N−H，C−H，C−C，N=N，N−C(与苯环相连的C)，N−C(与S相连的C)，C=S的伸缩振动。(2)dithizoneproducts(加入NaOH)：在∼3471，3095，1670，1600，1458，1114，863，697cm−1处的峰分别对应N−H，C−H，N−N，C−C，N=N，N−C，C−O，C=S的伸缩振动。CTAB、Dithizone与AuNPs的作用机理因此,我们认为dithizone在NaOH条件下会发生化学反应，产生C6H5ONa和SCH2N4Na2。2、Dithizone与AuNPs的作用机理CTAB、Dithizone与AuNPs的作用机理CTAB、Dithizone与AuNPs的作用机理2、Dithizone与AuNPs的作用机理由红外谱图可知，265cm−1处的峰为Au—S的伸缩振动，这表明AuNPs和[SCH2N4]2−以Au—S键相互作用。Figure5.(A)Experimentalfar-IRspectraofthedevelopedreagentanditsmixturewithHg2+intheregionof150−700cm−1..试剂与Hg混合：在红外谱图中,会在466cm−1处出现新峰，这是Hg---N的伸缩振动峰。试剂与Ni混合：3538cm−1出的N---H消失，这是由于形成了Ni---N键。与重金属离子的作用机理从Hg4f和Ni2p的XPS谱图分析中可知，100.1eV和856.3eV处的峰分别为Hg-N和Ni-N的结合能。总结：FT-IR和XPS的谱图分析,证明了重金属离子和试剂的[SCH2N4]2−基团形成了Mn+−N键，使AuNPs聚集，从而呈现不同颜色变化。与重金属离子的作用机理总结本文制备了CTAB-AuNPs-Dithizone粒子，并利用重金属离子与CTAB-AuNPs-Dithizone粒子的[SCH2N4]2−基团之间形成Mn+−N键，使AuNPs聚集呈现不同颜色变化，从而实现重金属离子的可视化检测。