基于纳米金显色反应的阵列传感器结合化学计量学检测重金属离子

年２０１８１０月　　　　　　　　　　　　ＳｅｃｔｒｏｓｃｏａｎｄＳｅｃｔｒａｌＡｎａｌｓｉｓ　　　　　　　ｐｐｙｐｙ　Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．１０，３６２３６１－ｐｐ，Ｏｃｔｏｂｅｒ２０１８　

基于纳米金显色反应的阵列传感器结合化学计量学检测重金属离子

黄丽娟，张　欣，张卓勇＊

首都师范大学化学系，北京　１０００４８

摘　要　实验设计了一种灵敏度高、操作简单、价格低廉的阵列传感器可同时测定多种金属离子和金属含

氧酸根。该方法基于纳米金显色反应的原理，结合化学计量学方法，利用２３０８００ｎｍ波段的光谱代替传统～／分析方法建立Ｐ的单变量（ＡＡＬＳ定量分析模型和ＰＬＳＤＡ分类模型，得到了满意的结果。我们利用－６２０５２０）

氨基酸可以防止纳米金溶胶在高浓度氯化钠溶液中聚沉的性质设计一个基于氨基酸、纳米金颗粒和待测物

２＋，２２＋，２＋，２＋，之间竞争反应为基础的阵列传感器检测金属离子和金属含氧酸根。基于ＣｄＢａ＋，ＭｎＮｉＣｕ　

３＋，３２－４＋，２

ＦｅＣｒ＋，ＣｒＳｎＰｂ＋诱导氨基酸－ＡｕＮＰｓ聚沉体系的紫外－可见光谱具有明显差异。ＰＬＳＤＡ模－７，２Ｏ

型成功地识别了水溶液中的九种金属阳离子和一个含氧酸根，分类准确率达到１００％。利用化学计量学方法

３＋／２－３＋／２３＋／３２－

和上述阵列传感器同时定量分析了二元和三元体系（中的金ＣｒＣｒＦｅＣｄ＋，ＦｅＣｒ＋／Ｃｒ７，７）２Ｏ２Ｏ

属离子和金属含氧酸根。传感单元的增加进一步提高了该方法的准确性和可靠性，为复杂体系中金属离子和金属含氧酸根的定量分析提供了可能性。

关键词　ＳＰＲ；纳米金；显色反应；化学计量学；多组分定量分析

（）文献标识码：Ａ　　　文章编号：１００００５９３２０１８１００３６１０２－－－）具有其独特的性质，例如合成方法ＡｕＮＰｓ　　金纳米粒子（

简单、有效的信号传导和放大，直接读出信号，易于表面功能化和高的摩尔吸收系数等性质，纳米金在重金属检测领域

］１。纳米金作为一产生了众多运用，目前已有诸多文献报道［

种高灵敏度和选择性的传感器材料，纳米金溶液根据形状和

大小不同，其溶液颜色变化从红色到蓝色。溶液中的金纳米粒子的颜色变换取决于待测物的浓度和化学性质等指标。分散的金纳米粒子的特征吸收峰在５２０ｎｍ，而聚集的金纳米粒子的特征吸收峰在６２０ｎｍ左右。高度聚沉的纳米金具有

［］２／。基于纳米金显色反应的阵列传感器被较高的ＡＡ６２０５２０值

广泛的应用于蛋白质、重金属离子、多肽、核酸等物质的识

］３４－。别、半定量和单组分定量分析［

Ｓｃｈｅｍｅ１Ｓｅｎｓｏｒａｒｒａｂａｓｅｄｏｎｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃｒｅｓｏｎｓｅｔｏｍｅｔａｌ　　　　　　　　ｙｐ　

ｉｏｎｓｕｓｉｎａｍｉｎｏａｃｉｄＡｕＮＰｓｃｏｎｕａｔｅｓ　　－　ｇｊｇ　

　　为了解决上述问题，该实验设计了一种操作简单、反应

快速、价格便宜的纳米金阵列传感器检测含有金属离子或金属含氧酸根的多元体系。表面未改性的纳米金溶胶容易在高浓度氯化钠溶液中聚沉，但是氨基酸（例如，组氨酸、赖氨

存在时可以保护纳米金，使其在高浓酸、蛋氨酸、Ｄ－青霉胺）度氯化钠溶液中不聚沉。通常情况下，向纳米金溶液中加入

氨基酸后，氨基酸与纳米金形成ＡｕｕＳ或Ａｕ－Ｎ，Ａ－－Ｏ等配位键使纳米金溶液处于分散状态。此时我们向氨基酸－ＡｕＮＰｓ溶液中加入金属离子或金属含氧酸根时，金属离子与氨基酸的配位能力大于Ａｕ和氨基酸的配位能力，氨基酸－尽管纳米金阵列传感器被广泛的应用于金属离子的定性

定量分析，但多组分同时定量分析至今未见报道。这主要是因为阵列传感器不同于传统专一性传感器，阵列传感器不具有专一性，同一传感单元对不同的待测物有不同的响应，同一传感单元对同一待测物的不同浓度有不同的响应。在传统

／方法中，科学家们利用纳米金特征吸收峰的比值（ＡＡ６２０５２０）的比值进行单变量分析，当研究复杂多元体系时，单变量分

析不能反映全部待测物与阵列传感器的识别关系，这就必须

］５６－。借助化学计量学方法进行多变量分析［

，修订日期：２０１８０４３０２０１８０７０１－－－－　收稿日期：

：ｅａｉｌｕｓｔｏ２００８ｉ．ｓｉｎａ．ｃｏｍｇｐ　＊通讯联系人　　－ｍ＠ｖ

３６２

光谱学与光谱分析　　　　　　　　　　　　　　　　　　　第３８卷

感单元得到的紫外－可见吸收光谱融合。对数据融合后的整

，个光谱建立ＰＬＳＰＬＳＤＡ模型。相比于传统的单变量分析－方法，化学计量学分析２３０～８００ｎｍ波段的紫外－可见吸收

光谱大大提高了建模的变量数。

ＡｕＮＰｓ的稳定性被破坏，溶液开始变为蓝色。此时纳米金溶液的聚成程度与金属离子的类别和溶度均有关系。为了将纳米金显色反应的现象和金属离子的浓度关联起来。我们采集体系的２３０８００ｎｍ波段的紫外－可见吸收光谱，并多个传～

３＋／３２－Ｆｉ．１ｈｅＵＶＶｉｓｓｅｃｔｒａｏｆｔｅｒｎａｒｍｉｘｔｕｒｅ（ＦｅＣｒ＋／ＣｒＯｂａｓｅｄｏｎａｍｉｎｏａｃｉｄＡｕＮＰｓ（ＨｉｓＡｕＮＰｓ＋Ｄｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ　Ｔ　－　　　　　　－－－－７）２ｇｐｙｐ　

３＋３＋２－））））ＡｕＮＰｓ＋ＭｅｔＡｕＮＰｓａｎｄｔｈｅｃｒｏｓｓｖａｌｉｄａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｎｄｅｘｔｅｒｎａｌｔｅｘｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆＰＬＳ（ａＦｅ（ｂＣｒ（ｃＣｒＯ－　　　　　　　　　　２７

Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ

［］，，，：１ｏｎｃａｌｖｅｓＧ，ＭａｒｕｅｓＰＡ　ＡＰＧｒａｎａｄｅｉｒｏＣ　Ｍ，ｅｔａｌ．Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．２００９２１４７９６．　Ｇ　　　　　　ｑ

［］，，：２ｕｏＹ，ＺｈａｎＹ，ＳｈａｏＹ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌ．Ｃｈｅｍ．２０１４８６８５３０．ｇ　Ｇ　　　　［］，，，：３ａｎＬ，ＣｈｅｎＺＺｈａｏＹ，ｅｔａｌ．Ｂｉｏｓｅｎｓ．Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎ．２０１６８５４１４．　Ｔ　　　　［］，，：４ｈｅｎＹ，ＸｉａｎｕＹ，ＪｉａｎＸ．Ａｃｃ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．２０１７５０３１０．ｙｇ　Ｃ　　　［］，，：５ａｒｋｅｒＭ，ＲａｅｎｓＷ．Ｊ．Ｃｈｅｍｏｍ．２００３１７１６６．　Ｂ　　ｙ［］，，，：６ｏｌｄＳＳｏｓｔｒｏｍ，Ｍ　ＥｒｉｋｓｓｏｎＬＣｈｅｍｏｍ．Ｉｎｔｅｌｌ．Ｌａｂ．Ｓｓｔ．２００１５８１０９．ｊｙ　Ｗ　　　

ＳｅｎｓｏｒＡｒｒａｆｏｒｕａｌｉｔａｔｉｖｅａｎｄｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＡｎａｌｓｉｓｏｆＭｅｔａｌＩｏｎｓａｎｄ　　　　　　　　　ｙＱＱｙ　ＭｅｔａｌＯｘａｎｉｏｎＢａｓｅｄｏｎＣｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃａｎｄＣｈｅｍｏｍｅｔｒｉｃｓ　　　　　　ｙ

＊，，ＨＵＡＮＧＬｉｕａｎＺＨＡＮＧＸｉｎＺＨＡＮＧＺｈｕｏｏｎ　－　　－ｊｙｇ

，，，ＤｅａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒＣａｉｔａｌＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔＢｅｉｉｎ１０００４８Ｃｈｉｎａ　　　　　ｐｙｐｙｊｇ

，，ｕａｌｉｔａｔｉｖｅｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＡｂｓｔｒａｃｔｓｅｎｓｉｔｉｖｅｆｌｅｘｉｂｌｅａｎｄｌｏｗｃｏｓｔｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅａｎｄａｎａｌｓｉｓｏｆｍｅｔａｌｉｏｎｓａｎｄｍｅｔａｌｏｘａｎ　Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　－ｑｑｙｙ

）ｏｌｄｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｗｉｄｅｒａｎｅｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔａｎｄｖｉｓｉｂｌｅｓｅｃｔｒｏｓｃｏＵＶ－Ｖｉｓｓｅｃｔｒａｏｆａｍｉｎｏａｃｉｄｎａｎｏａｒｔｉｃｌｅｓ（ａｍｉｎｏａｃｉｄ　　　　　　　　　　　　－　　－ｇｇｐｐｙ（ｐｐ），，，ＡｕＮＰｓｓｅｎｓｏｒｓｉｎｔｈｅｒａｎｅｏｆ２３０８００ｎｍ　ｗａｓａｍｉｎｏａｃｉｄｓ（ＬｉｓｔｉｄｉｎｅＬＬｓｉｎｅＬｅｔｈｉｏｎｉｎｅＤｒｏｏｓｅｄ．Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　　　　　～　　　－Ｈ－－Ｍ－ｇｙｐｐ

，ｗＰｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ）ｗｈｉｃｈｃａｎｔｈｅＡｕＮＰｓｆｒｏｍａｒｅａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｎＮａＣｌｓｏｌｕｔｉｏｎｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉａｔｅｄｔｏｂｕｉｌｄｍｕｌｔｉｃｈａｎｎｅｌｒｅｖｅｎｔ　　　　　　　　　　　　　　　－ｇｇｇｇｐ

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３＋，３２－４＋，２ＦｅＣｒ＋，ＣｒＳｎＰｂ＋ｉｎｄｕｃｅｄａｍｉｎｏａｃｉｄｕＮＰｓｗｅｒｅｕｓｅｄｆｏｒｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｏｎｓｂｕｓｉｎＰＬＳＤＡ．　　－Ａ　　　　　　　　－２Ｏ７，ｙｇ　　３＋／２－，Ｔａｋｉｎｔｈｅａｄｖａｎｔａｅｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅａｎａｌｓｉｓｗｅｕａｎｔｉｆｉｅｄｔｈｅｉｏｎｓｉｎｂｉｎａｒａｎｄｔｅｒｎａｒｍｉｘｔｕｒｅｓｓｔｅｍｓ（ＣｒＣｒ　　　　　　　　　　　　７，２Ｏｇｇｙｙｙｙｑ　　　３＋／２３＋／３２－，ＦｅＣｄ＋，ＦｅＣｒ＋／Ｃｒｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌ．ＤａｔａｆｕｓｉｏｎｆｕｒｔｈｅｒｉｍｒｏｖｅｄｔｈｅｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｏｆｔｈｅＰＬＳｍｏｄｅｌｓｂｕｉｌｔ　　　　　　　　　　２Ｏ７）ｙｐｐｙ　

ｒｏｏｓｅｄｍｕｌｔｉｌｅａｍｉｎｏａｃｉｄｓｕＮＰｓｓｅｎｓｏｒｓ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎａｌｓｏｂｅｕｓｅｄｔｏａｎａｌｓｉｓｔｈｅｍｅｔａｌｉｏｎｓｏｒａｎｄｍｅｔａｌｏｘａｎｉｏｎｏｎ　　　－Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　ｐｐｐｙｙｉｎｍｏｒｅｃｏｍｌｅｘｍｉｘｔｕｒｅｓ．　　　ｐ

；；；ＭＫｅｗｏｒｄｓＰＲ；ＡｕＮＰｓＣｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃＣｈｅｍｏｍｅｔｒｉｃｓｕｌｔｉｃｏｍｏｎｅｎｔａｎａｌｓｉｓ　Ｓ－　ｐｙｙ

（，；，）ＲｅｃｅｉｖｅｄＡｒ．３０２０１８ａｃｃｅｔｅｄＪｕｌ．１２０１８　　　　ｐｐ

ｏｒｒｅｓｏｎｄｉｎａｕｔｈｏｒ＊Ｃｐｇ