拟酶纳米材料的制备及其在Hg2+检测中的应用研究

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纳米酶是一类具有优异酶催化性能的新型纳米材料。与天然酶相比,纳米酶成本低、稳定性高、具有纳米材料特性,在生化分析、环境监测等领域有着广阔的应用前景。本文采用溶液反应法分别制备了Cu S纳米空心球和银纳米线两种拟酶纳米材料,系统研究了重金属Hg2+环境中两种纳米材料对显色反应的催化性能,探索开发了用于检测重金属Hg2+的便携式纳米传感器与富集检测一体化方法。(1)通过水浴法合成了具有过氧化物模拟酶活性的Cu S纳米空心球。当过氧化氢存在时,Cu S纳米空心球可催化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)发生显色反应。而当汞离子存在时,Hg2+与Cu S的化学反应会降低其催化活性,可根据显色反应后溶液的比色测试来检测溶液中Hg2+浓度。结果表明,比色测试实验效果与溶液p H值、温度、H2O2浓度和Cu S浓度有关,各参数最佳值分别为3.6、40℃、25 m M和0.7~2.8 mg/L。基于此,开发了一种便携式汞离子纳米传感器,动态检测范围为5~400 ppb,汞离子的检测限为5 ppb。进一步结合富集分离技术和商用RGB颜色传感器,开发了一种用于汞离子检测的富集检测一体化方法。其中,以Cu S纳米空心球作为汞离子识别单元、汞离子富集预浓缩载体及信号放大/输出单元。该方法大大降低该纳米传感器检测限(50 ppt),并且检测范围宽(50 ppt~400ppb)、准确性高(偏差小于10%)、可重复性好(回收率约82%)。(2)通过溶剂热合成方法制备了无表面修饰的银纳米线,纳米线直径为130~150 nm、长度大于20μm。银纳米线和汞离子发生反应生成汞齐,汞齐具有氧化模拟酶催化活性,可以催化含氧TMB溶液发生显色反应,进而通过比色法测定溶液中Hg2+的浓度。该比色实验与溶液p H值、温度和Ag纳米线分散液加入量有关,最佳条件分别为5、4℃和100μL。该纳米传感器对汞离子检测具有极好的选择性,动态检测范围为25~5000 ppb,检测限为19.9 ppb。
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