金属离子检测

仪器信息网讯 2015年6月17日，&ldquo 第四届中国食品与农产品质量安全检测技术国际论坛暨展览会&rdquo 在北京国家会议中心开幕。此次会议特别设置了&ldquo 食品与农产品中重金属元素和其他有害物质检测&rdquo 、&ldquo 食品与农产品安全微生物检测&rdquo 、&ldquo 饮用水安全检测&rdquo 等九个专题。大会第二天，来自中国科学院广州生物医药与健康研究院曾令文研究员在&ldquo 食品与农产品中重金属元素和其他有害物质检测&rdquo 专题中做了题为&ldquo 核酸生物传感器在重金属离子检测中的应用&rdquo 的报告。 专题现场 中国科学院广州生物医药与健康研究院 曾令文研究员 　　在报告中，曾令文首先介绍了重金属污染的危害、污染源和污染特点。他说，随着工农业生产的迅速发展，食品污染问题越来越严重，重金属是最主要的污染物质之一，会通过食物链的富集最终残留在人体内，对人体的组织器官构成了严重威胁。重金属污染源主要有工业污染、农业污染、生活污染和环境事故污染等。具有不可逆转性、生物积累性、难以降解、生物催化以后毒性会转变等特点。 　　同时曾令文提到，与其他国家相比，我国重金属污染相对比较严重。大气、土壤、水体都存在重金属污染的现象，污染一旦产生，面积会不断扩大。 　　其次，曾令文在报告中详细介绍了目前重金属的检测方法。据他介绍，传统重金属检测方法主要有光谱法、电化学法和基于显色螯合剂的方法等。光谱法主要包括原子吸收光谱法、原子发射光谱法、原子荧光光谱法和分光光度法等方法。光谱法和电化学法需要借助相关的仪器进行检测，具有灵敏度高、特异性好等优点。但是样品处理繁琐、检测成本和技术要求较高，不利于基层单位使用。而基于显色螯合剂的方法具有简便快速、成本低等优点，但是灵敏度不足、其他离子会干扰检测的特异性。 　　为了解决传统方法在检测重金属污染中面临的问题，在曾令文的带领下，课题组研制了两种新型生物传感器，基于核酸酶(DNAzyme)的传感器和基于荧光铜纳米颗粒的荧光传感器，并进行了大量实验验证方法的可行性和灵敏度。据他介绍，两种方法具有以下优点：简单、快速、检测成本较低 降低对仪器的依赖，肉眼即可观察结果 适合在基层实验室或野外使用等。 　　在介绍基于核酸酶(DNAzyme)的传感器在重金属检测中的应用时，曾令文说，该方法在检测重金属离子时主要有两种方法，试纸条法和荧光法。 　　试纸条法中主要制备了Pb2+和Cu2+特异性的DNAzyme检测试纸条，并进行相关实验进行检验。对于Pb2+来说，该方法检测限可以达到10pM，线性范围为10pM-100nM，特异性非常好，不受其他离子干扰，用湖水做回收率分析实验，结果可达88%-106%。对于Cu2+来说，该方法检测限可以达到10nM，特异性分析实验中，铜离子为0.3&mu M，其他离子为3&mu M。 　　荧光法中，主要制备了铜离子检测的荧光传感器和基于比色法检测铜离子的传感器，铜离子检测的荧光传感器的灵敏度可达12.8pM，线性范围是20pM-1&mu M，特异性分析实验中，铜离子为1&mu M，其他离子为10&mu M。基于比色法检测铜离子的传感器，灵敏度可达240nM，线性范围是0.4&mu M-100&mu M，特异性分析实验中，铜离子为10&mu M，其他离子为100&mu M。 　　在介绍基于荧光铜纳米颗粒的荧光传感器在重金属检测中的应用时，曾令文谈道，用该方法检测铅离子，灵敏度为5nM，线性范围为5-100nM，选择性分析实验中，铅离子为0.3&mu M，其他各离子为3&mu M。 　　最后，曾令文总结了基于核酸酶(DNAzyme)的传感器和基于荧光铜纳米颗粒的荧光传感器在进行重金属检测中的优点，并展望了两种方法在未来重金属检测中的应用前景。 　　编辑：张葳

反应过程 　　随着纳米技术的飞速发展和纳米产业的不断扩大，许多纳米材料不断地涌现出来。由于金纳米颗粒具有较高的摩尔吸光系数和依靠距离可变的光学性质，它在化学、物理和生物等领域已有广泛的应用，其中可视化检测则是金纳米颗粒重要的应用之一。 　　中国科学院成都生物研究所天然产物研究中心邵华武研究员课题组与国家纳米科学中心蒋兴宇研究员课题组合作发展了一种用金纳米颗粒肉眼就可以检测水中的重金属离子的新方法。其操作是首先把含有多巯基的木瓜蛋白酶吸附在金纳米颗粒上，该蛋白表面的一些功能团(如巯基、羧基和氨基等基团)可以识别一些重金属离子(汞离子、铅离子和铜离子)，而这些离子的加入则可以使金纳米颗粒聚集，同时在此过程中溶液的颜色则会从红色变为紫色，根据这个现象我们用肉眼就可以直接检测水中的重金属离子。 　　实验结果表明，检测灵敏度与金纳米颗粒的大小有关，较大的金纳米颗粒的检测灵敏度更高。该方法在水质监测中将具有潜在的应用。 　　该研究结果已在Biosensors and Bioelectronics (2011, 26, 4064-4069)上发表。

近日，中科院合肥物质科学研究院智能所仿生功能材料与传感器件研究中心973首席科学家刘锦淮研究员和中科院“引进海外杰出人才”黄行九研究员的课题组针对重金属离子的选择性电化学检测，创新性地提出了“选择性吸附产生选择性的电化学响应”的检测策略。 　　重金属离子污染一直是环境安全所面临的重大问题之一。其中，如何发展快速、高选择性地检测重金属离子方法成为了控制和处理重金属离子污染的关键环节。电化学检测方法以其响应速度快、灵敏度高等特点，成为最具应用前景的检测方法之一。目前通常是采用生物分子电极或通过层层化学自组装修饰电极等方法来提高电化学检测的灵敏度和选择性，但这些方法通常存在对环境要求苛刻、稳定性差以及操作复杂等问题。 　　智能所课题组研究人员合成了对汞离子具有选择性吸附的聚吡咯/还原石墨烯氧化物纳米材料，经过一系列试验，发现该纳米材料对汞离子具有选择性响应，其电化学响应规律与吸附过程具有高度一致的关联性，很好地诠释了“选择性吸附产生选择性的电化学响应”的电化学检测机理。本研究为设计和构筑基于纳米结构材料的高选择性电化学传感器提出了新的思路，尤其对揭示其中纳米结构材料的作用具有重要的指导意义。 　　相关研究论文已发表在英国皇家化学学会学术期刊《化学通讯》(Chem. Commun.)上，并受邀作期刊封底报道。审稿专家认为：“此工作提出了水中有毒金属离子检测的新方法，首次将纳米材料的吸附性能和电化学响应相关联起来，为有毒金属离子的选择性电化学检测开辟一种新的途径。这种方法非常可靠。” 　　以上研究工作得到了国家重点基础研究发展计划(973项目)“应用纳米技术去除饮用水中微污染物的基础研究”和中科院“引进海外杰出人才”百人计划项目等的支持。 　　检测示意图 　　《化学通讯》封底报道插图