一种检测银离子的方法
技术领域
本发明属于化学检测领域，具体涉及一种检测银离子的方法。
背景技术
银及其化合物被广泛应用于生产及生活中，过量的银会严重危害生态环境和人体健康，因此对环境中Ag+快速、准确的检测有着十分重要的意义。现有的Ag+检测方法例如光谱法、荧光探针法以及电化学传感器等等通常需要昂贵的仪器、专人的操作、耗时的样品预处理过程或者复杂的设计合成过程，且很难实现现场检测。
聚二乙炔(PDA)是一类具有特殊光学性能的共轭聚合物，在外界刺激下会发生由蓝色到红色的颜色转变以及非荧光到荧光的变化，因此蓝色态的PDA被认为是一种理想的金属离子传感器材料，可以通过裸眼识别、紫外可见吸收光谱和荧光光谱三种方式便捷的检测其光学变化。
在PDA基的金属离子传感器的研究领域，为了实验选择性检测的目的，大部分研究者采用的是化学修饰的办法：在检测领域常用的商业化单体PCDA(10,12-二十五碳二炔酸单体的简称)的末端羧基处连接能选择性识别某种金属离子的功能分子(或基团)。当金属离子加入体系后，特定的金属离子会和PDA侧链端基发生配位结合或化学结合，造成PDA共轭结构发生扰动，最终导致PDA光学性质的变化，以此来实现金属离子检测的目的。比如：中国专利CN110501316A公开的“一种聚联乙炔脂质体在水环境中Pb2+的可视化检测方法”，文献“Pham,T.C.；Kim,Y.K.et al.A Selective Colorimetric and FluorometricChemosensor Based on Conjugated Polydiacetylenes for Cadmium IonDetection.ChemPhotoChem 2019,3(11),1133-1137.”公开了一种基于PDA检测镉离子的方法。
但是以上方式不可避免会涉及大量的有机合成，分析其原因，主要是：
1)有机合成一般是作用于PCDA单体(结构式如下)末端的羧基，因此，用来识别金属离子的功能分子首先应具备选择性结合金属离子的能力，其次还应具备与PCDA单体末端羧基的反应性。这对功能性分子的要求较高，同时满足以上要求可供选择的商业化单体较少。因此，通常在对PCDA单体进行化学修饰之前，还要对功能性分子进行化学修饰。大量的有机合成过程，不仅对人体和环境造成危害，也使得方法复杂化，提高了制备成本。
2)由单体得到聚合物PDA的过程如下，只有当二乙炔单体的自组装满足一定的结构参数(d约为约为45°)时，才能通过光等条件引发聚合反应；聚合反应对单体自组装排列的结构参数有非常严格的要求。因此，即便通过有机合成成功的在PCDA单体中引入了功能性基团，修饰后的单体可能因为空间位阻、非共价相互作用等原因无法进行自组装或者自组装的结构参数不满足固相聚合的要求，若该体系不能聚合得到稳定的蓝色态PDA，也便失去了金属离子检测的能力。
综上所述，复杂的有机合成在一定程度上制约了PDA基传感器的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检测银离子的方法，该方法能够避免了复杂的有机合成过程，实现对Ag+快速、灵敏、准确地鉴别，成本较低。
为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：
一种用于检测银离子的囊泡悬浮液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在室温避光搅拌条件下，将10,12-二十五碳二炔酸(PCDA)的乙醇溶液逐滴滴入的乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)的水溶液中，得到无色超分子悬浮液(简称PCDA/EDTA)；
2)将步骤1)得到的无色超分子悬浮液低温避光放置，使其充分自组装；此处低温避光放置是为了使步骤1)得到的悬浮液能够进行充分的自组装，可认为是一种退火处理；
3)将步骤2)的无色悬浮液置于紫外光照射下进行聚合，得到蓝色的检测银离子的囊泡悬浮液，即聚二乙炔囊泡悬浮液(PDA/EDTA囊泡悬浮液)。
进一步地，步骤1)中，所述乙醇溶液中，10,12-二十五碳二炔酸单体浓度为1.8-2.2mmol/L；
所述乙二胺四乙酸二钠的水溶液，是将乙二胺四乙酸二钠固体粉末在加热搅拌条件下溶解在HEPES缓冲溶液中制备而成；
其中，乙二胺四乙酸二钠的浓度为1-2mmol/L；HEPES缓冲溶液的浓度为15-20mM，pH＝7.2-7.6。
进一步地，步骤1)中，所述10,12-二十五碳二炔酸的乙醇溶液和乙二胺四乙酸二钠的水溶液的体积比为0.5-1.5:10。
进一步地，步骤2)中，所述低温避光放置是指避光置于4±0.5℃温度下保存8-12h，比如置于冰箱中。
进一步地，步骤3)中，所述紫外照射条件为：254nm紫外光，功率6W，距待测样品10cm，照射5-10min。
进一步地，步骤1)中，所述乙醇溶液中，10,12-二十五碳二炔酸单体浓度优选2mmol/L；
其中，乙二胺四乙酸二钠的浓度优选2mmol/L；HEPES缓冲溶液的浓度优选20mM，pH＝7.4。
本发明还提供了一种用于检测银离子的囊泡悬浮液，其特殊之处在于，采用上述制备方法制得。
一种利用上述制备方法制得的囊泡悬浮液检测银离子的方法，其特殊之处在于，将待测样品加入所述囊泡悬浮液中，孵育20-25min后测定该囊泡悬浮液的紫外可见吸收光谱及荧光发射光谱：根据实验中达到最大比色相应所需的时间，优选的孵育时间为20min；
若紫外可见吸收光谱中636-644nm处的吸收峰显著降低、535-545nm处的吸收峰显著上升，荧光发射光谱中558-562nm和625-632nm处的荧光强度显著升高，则确定所述待测样品中含有银离子。不同仪器或不同操作环境可能会使得峰值在上述范围内浮动。
进一步地，将待测样品加入所述囊泡悬浮液中，囊泡悬浮液由蓝色变为红色。
进一步地，当待测溶液中银离子含量在30-400μM范围内时，该方法还能对待测溶液中的银离子进行定量分析。
本发明的优点是：
1.本发明提供一种能够检测银离子的囊泡悬浮液，相比于传统检测银离子的方法，本发明设计的聚二乙炔囊泡悬浮液可用于水环境中Ag+的可视化检测，无需复杂的生物化学修饰，也不需要大型仪器设备和繁琐的样品预处理过程，检测成本较低，可以实现快速实时分析，更加简便、快捷、经济。
2.本发明囊泡悬浮液中引入了乙二胺四乙酸二钠，在特定浓度和pH环境下，该囊泡悬浮液中的乙二胺四乙酸二钠对除了Ag+外其他金属离子具有很强的络合作用(将其他金属离子掩蔽)，并利用10,12-二十五碳二炔酸自组装聚合得到的PDA囊泡末端存在羧基能络合Ag+的特性实现了对Ag+的选择性检测。
3.本发明囊泡悬浮液的制备避开了复杂的化学合成，也无需大型仪器设备，即可制备PDA囊泡悬浮液，实现了水体系中对Ag+比色和荧光双重检测和分析。
附图说明
图1为本发明实施例1中PDA囊泡悬浮液的扫描电镜及透射电镜照片，(a)为扫描电镜照片，(b)为不同尺寸下的透射电镜照片；
图2为纯PCDA和PCDA/EDTA的DSC曲线；
图3为PCDA、EDTA-2Na和PDA/EDTA的FT-IR谱图；
图4为本发明实施例1中PDA囊泡悬浮液对16种金属离子(250μM)响应前后的紫外可见光谱、荧光发射光谱以及颜色变化；(a)为紫外可见吸收光谱，(b)为荧光发射光谱，(c)为颜色变化图；
图5为PDA/EDTA悬浮液选择性识别Ag+离子的示意图；
图6为本发明实施例1中PDA囊泡悬浮液对不同浓度Ag+的颜色响应；
图7为本发明实施例1中PDA囊泡悬浮液对不同浓度Ag+响应后的紫外可见吸收光谱以及由此制得的标准曲线，(a)为紫外可见吸收光谱，(b)为标准准曲线；
图8为本发明实施例1中PDA囊泡悬浮液对不同浓度Ag+响应后的荧光发射光谱以及由此制得的标准曲线，(a)为荧光发射光谱，(b)为标准曲线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：
实施例1
(1)PDA囊泡悬浮液的制备：
称取7.5mg 10,12-二十五碳二炔酸溶于10ml乙醇中，配制成2mmol/L10,12-二十五碳二炔酸的乙醇溶液，保存待用；称取50mg乙二胺四乙酸二钠粉末在加热搅拌条件下溶解于100mL HEPES(20mM，pH＝7.4)缓冲溶液，配制成1.5mmol/L乙二胺四乙酸二钠水溶液，保存待用；在室温1000rpm转速的条件下，取0.5mL 10,12-二十五碳二炔酸的乙醇溶液缓慢逐滴滴入10mL乙二胺四乙酸二钠的水溶液中，随后将得到的无色悬浮液置于4℃冰箱中避光保存8h，取出后用254nm紫外光(6W，距样品10cm)，照射5min，即得蓝色的PDA囊泡悬浮液；通过图1扫描电镜及透射电镜照片，可以确定，该PDA囊泡悬浮液中存在球状囊泡结构。
同时，本发明还采用差示扫描量热法(DSC)测量PCDA/EDTA的主相变温度(Tm)，Tm代表脂质链从紧密堆积的相到无序相之间的转变。已知纯PCDA晶体熔点为62℃左右，纯EDTA的熔点为248℃，如图2所示，EDTA的加入使得PCDA/EDTA的吸热峰在68℃附近出现肩峰。68℃肩峰的存在说明EDTA的引入使得PCDA的排列稳定性和规整性略微提高，也侧面说明EDTA与PCDA之间必然存在某种相互作用。EDTA在pH为5-9的水溶液中的主要存在形式为H2Y2-和HY3-，分子中存在质子化羧基(–COOH)，因此从理论上讲，PCDA/EDTA悬浮液中，EDTA和PCDA分子之间有形成氢键相互作用的可能，PCDA与EDTA分子通过氢键相互作用相连接，这也使得PCDA囊泡的排列规整性提高。
通过FT-IR光谱也能证明悬浮液中PDA和EDTA之间存在的相互作用，如图3所示。EDTA-2Na的光谱中特征吸收峰为1640cm-1和1400cm-1。PCDA的光谱中特征吸收峰在1698cm-1处。而加入了EDTA之后，PDA/EDTA的光谱中在1647cm-1处出现的新的特征峰。EDTA的质子化羧基与PDA末端的羧基形成了氢键相互作用，导致了羰基吸收峰的移动，DSC的研究结果也侧面验证了这一推论。与此同时，PDA/EDTA的光谱中仍存在EDTA-2Na的特征吸收峰，说明体系中仍有部分EDTA-2Na以游离的形式存在。
(2)蓝色的PDA囊泡用于Ag+的定性和定量分析：
在去离子水中分别配制Hg2+、Pb2+、Ag+、Zn2+、Al3+、Ca2+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Mg2+、Cr3+、Fe3+、Sn2+、Na+、K+、Li+十六种金属离子的样品溶液；室温条件下，分别取2μL上述十六种金属离子样品溶液加入到200μL的PDA囊泡悬浮液中(金属离子终浓度为250μM)，孵育20min后测定加入了不同金属离子溶液的PDA囊泡悬浮液的紫外可见吸收光谱、荧光发射光谱，并通过裸眼观测具体的颜色响应情况，进行记录，参见图4；根据图4，Ag+的存在使得PDA的紫外可见光谱中约640nm处的吸收峰显著降低，约540nm处的吸收峰显著升高，荧光光谱中560nm和628nm处的荧光强度显著升高；蓝色的PDA囊泡悬浮液也随着Ag+的加入变为红色，据此可对Ag+进行定性分析，示意图参见图5。
在去离子水中配制不同浓度的Ag+的溶液；室温条件下，分别取2μL一系列浓度梯度的Ag+溶液加入200μL的PDA囊泡悬浮液中(Ag+溶液终浓度为0-400μM)，孵育20min后，测定PDA囊泡悬浮液的紫外可见吸收光谱、荧光发射光谱，并通过裸眼观测具体的颜色响应情况，进行记录(图6-8)。根据图6，随着Ag+浓度增高，其引起PDA囊泡悬浮液由蓝到红的颜色响应逐渐明显。根据图7，当Ag+溶液在30-400μM范围内时，Ag+浓度越高，其引起PDA囊泡悬浮液紫外可见吸收光谱在640nm处的吸收值下降越多，在540nm处的吸收上升越多。根据公式计算不同浓度Ag+加入后PDA的CR(比色响应)值，式中PB0为受到刺激之前的初始比值，PB1为受到刺激之后的最终比值，PB(percent blue＝蓝色百分比)的计算方式如下：PB＝Ablue/(Ablue+Ared)，其中Ablue和Ared分别为紫外可见吸收光谱中640nm和540nm处的吸光度；以Ag+浓度为横坐标，CR(colorimetric response比色响应)值为纵坐标，绘制出图7中的标准曲线。根据图8，当Ag+溶液在30-400μM范围内时，Ag+浓度越高，其引起PDA囊泡悬浮液的荧光光谱在560nm处的荧光强度上升越多；以Ag+浓度为横坐标，560nm处的荧光强度为纵坐标，绘制出图8的标准曲线。根据图7或图8中的标准曲线，可以对30-400μM浓度范围内的Ag+进行定量分析。
实施例2：
(1)PDA囊泡悬浮液的制备：
称取7.5mg 10,12-二十五碳二炔酸溶于10ml乙醇中，配制成2mmol/L10,12-二十五碳二炔酸的乙醇溶液，保存待用；称取33.6mg乙二胺四乙酸二钠粉末在加热搅拌条件下溶解于100mL HEPES(20mM,pH＝7.4)缓冲溶液，配制成1mmol/L乙二胺四乙酸二钠水溶液，保存待用；在室温1000rpm转速的条件下，取1.0mL 10,12-二十五碳二炔酸的乙醇溶液缓慢逐滴滴入10mL乙二胺四乙酸二钠的水溶液中，随后将得到的无色悬浮液置于4℃冰箱中避光保存8h，取出后用254nm紫外光(6W，距样品10cm)，照射10min，即得蓝色的PDA囊泡悬浮液。
(2)蓝色的PDA囊泡用于Ag+的定性和定量分析：
分析方法同实施例1。在待测的16种金属离子中，只有Ag+的存在使得PDA的紫外可见光谱中约640nm处的吸收峰显著降低，约540nm处的吸收峰显著升高，荧光光谱中560nm和628nm处的荧光强度显著升高；蓝色的PDA囊泡悬浮液也随着Ag+的加入变为红色，据此可对Ag+进行定性分析。测定加入了不同浓度Ag+溶液的PDA囊泡悬浮液的紫外可见吸收光谱和荧光发射光谱，以Ag+浓度为横坐标，CR值和560nm处的荧光强度分别为纵坐标，绘制出标准曲线，根据标准曲线对Ag+进行定量分析。
实施例3：
(1)PDA囊泡悬浮液的制备：
称取7.5mg 10,12-二十五碳二炔酸溶于10ml乙醇中，配制成2mmol/L10,12-二十五碳二炔酸的乙醇溶液，保存待用；称取67.2mg乙二胺四乙酸二钠粉末在加热搅拌条件下溶解于100mL HEPES(20mM,pH＝7.4)缓冲溶液，配制成2mmol/L乙二胺四乙酸二钠水溶液，保存待用；在室温1000rpm转速的条件下，取1.5mL 10,12-二十五碳二炔酸的乙醇溶液缓慢逐滴滴入10mL乙二胺四乙酸二钠的水溶液中，随后将得到的无色悬浮液置于4℃冰箱中避光保存12h，取出后用254nm紫外光(6W，距样品10cm)，照射5min，即得蓝色的PDA囊泡悬浮液。
(2)蓝色的PDA囊泡用于Ag+的定性和定量分析：
分析方法同实施例1。由此可对Ag+进行定性和定量分析。
实施例4：
(1)PDA囊泡悬浮液的制备：
称取6.7mg 10,12-二十五碳二炔酸溶于10ml乙醇中，配制成1.8mmol/L10,12-二十五碳二炔酸的乙醇溶液，保存待用；称取67.2mg乙二胺四乙酸二钠粉末在加热搅拌条件下溶解于100mL HEPES(15mM,pH＝7.6)缓冲溶液，配制成2mmol/L乙二胺四乙酸二钠水溶液，保存待用；在室温1000rpm转速的条件下，取1.0mL 10,12-二十五碳二炔酸的乙醇溶液缓慢逐滴滴入10mL乙二胺四乙酸二钠的水溶液中，随后将得到的无色悬浮液置于4℃冰箱中避光保存12h，取出后用254nm紫外光(6W，距样品10cm)，照射5min，即得蓝色的PDA囊泡悬浮液。
(2)蓝色的PDA囊泡用于Ag+的定性和定量分析：
分析方法同实施例1。由此可对Ag+进行定性和定量分析。
实施例5：
(1)PDA囊泡悬浮液的制备：
称取8.2mg 10,12-二十五碳二炔酸溶于10ml乙醇中，配制成2.2mmol/L10,12-二十五碳二炔酸的乙醇溶液，保存待用；称取67.2mg乙二胺四乙酸二钠粉末在加热搅拌条件下溶解于100mL HEPES(20mM,pH＝7.2)缓冲溶液，配制成2mmol/L乙二胺四乙酸二钠水溶液，保存待用；在室温1000rpm转速的条件下，取1.0mL 10,12-二十五碳二炔酸的乙醇溶液缓慢逐滴滴入10mL乙二胺四乙酸二钠的水溶液中，随后将得到的无色悬浮液置于4℃冰箱中避光保存12h，取出后用254nm紫外光(6W，距样品10cm)，照射10min，即得蓝色的PDA囊泡悬浮液。
(2)蓝色的PDA囊泡用于Ag+的定性和定量分析：
分析方法同实施例1。由此可对Ag+进行定性和定量分析。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
