黃少白 姜翠鳳* 張 聰 楊孟達(dá)
(鹽城工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 鹽城 224051)
作為生命體中一種必需的微量元素,銅離子對(duì)心臟、大腦抗癌以及造血具有重要作用,在生命活動(dòng)中扮演著非常重要的角色。1然而,過量的銅離子卻會(huì)給健康帶來危害,比如,會(huì)引起腎病、缺血性心臟病,貧血等疾病,而且還會(huì)增加內(nèi)臟負(fù)擔(dān),帶來嚴(yán)重的健康問題。2-3因此,銅離子的檢測(cè)對(duì)于環(huán)境、食品安全以及人類健康都具有重要意義。本文基于碘離子能夠增強(qiáng)銅離子過氧化物酶樣活性的原理,構(gòu)建了一種檢測(cè)銅離子的簡(jiǎn)單方法。
用CuSO4和去離子水配制不同濃度的銅離子溶液,用KI和去離子水配制不同濃度的碘離子溶液。
過氧化物酶樣活性的表征采用TMBH2O2顯色體系進(jìn)行。TMB(3,3',5,5'-四甲基聯(lián)苯胺)是一種顯色底物,在雙氧水存在的情況下,具有過氧化物酶樣活性的物質(zhì)能使其由無色變成藍(lán)色,在652nm處出現(xiàn)特征吸收峰。實(shí)驗(yàn)中,取不同濃度的硫酸銅溶液,然后加入KI溶液與之反應(yīng)5min,隨后加入TMB和雙氧水,3min后,進(jìn)行紫外可見光譜分析。UV-Visible紫外可見吸收光譜由Shimadzu公司UV-2600紫外可見分光光譜儀測(cè)得。
先配制不同濃度的硫酸銅溶液,然后加入KI溶液與之反應(yīng),反應(yīng)5 min后,加入TMB溶液和雙氧水,繼續(xù)充分反應(yīng)3 min,進(jìn)行紫外可見光譜分析。
將 KI,CuSO4,CuSO4+KI分別與TMB溶液和雙氧水體系反應(yīng),然后進(jìn)行紫外可見光譜分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)(圖1),KI加入后,能使 Cu2+-TMB-H2O2體系顏色變得更深,同時(shí),652nm處的吸收峰強(qiáng)度也顯著增高。這些結(jié)果表明,碘離子能夠增強(qiáng) Cu2+的活性。圖 1b表明,Cl-和 Br-對(duì)銅離子的過氧化物酶樣活性也具有增強(qiáng)作用,但增強(qiáng)效果不如I-。因此,我們選擇碘離子來進(jìn)行下面的實(shí)驗(yàn)。
圖 1 (a)KI、Cu2+分別與 TMB、雙氧水體系反應(yīng)(b)KI、Cl、KBr與 Cu2+、TMB、雙氧水體系反應(yīng)及其紫外光譜圖
基于碘離子能夠增強(qiáng)銅離子的過氧化物酶樣活性,更少的銅離子即可以使TMB-H2O2體系顯色,因此,我們?cè)O(shè)計(jì)了檢測(cè)銅離子的傳感器。將不同濃度的銅離子與碘離子混合反應(yīng)后,加入TMB-H2O2,對(duì)其進(jìn)行紫外可見吸收光譜分析,結(jié)果如圖2a所示,隨著銅離子濃度的增加,在652nm處的吸收逐漸增強(qiáng),直到13.6μM,之后,吸收值隨銅離子濃度的增高而降低。另外,實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn),更高濃度的銅離子(>20.3μM)加入后,溶液中會(huì)出現(xiàn)黑色沉淀。圖2b是在波長(zhǎng)為652 nm時(shí),吸收值vs濃度的折線圖。可見,隨著銅離子濃度的增加,吸收值逐漸增加。當(dāng)濃度達(dá)到 13.6μM時(shí),吸收值最高,之后,隨著銅離子濃度的增加,吸收值逐漸降低。在0-1.7μM濃度范圍內(nèi),銅離子的濃度與其吸收值成良好的線性關(guān)系,線性回歸方程為y=-0.003+0.032x (R2=0.974),檢測(cè)限為0.1μM(S/N=3)。
圖2(a)加入不同濃度銅離子的紫外可見吸收光譜(b)吸收值 vs銅離子濃度折線圖
通過以上實(shí)驗(yàn),證明 KI,TMB,雙氧水體系用于檢測(cè)銅離子這一方案可行。但是,不能排除其他和銅離子相似的金屬離子的干擾,所以我們進(jìn)行了選擇性實(shí)驗(yàn)。我們選擇了 Na+,K+,Ca2+,Hg2+,Al3+,F(xiàn)e3+等常見金屬離子,對(duì)所設(shè)計(jì)的傳感體系進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果如圖3所示,從圖中可以看出,加入銅離子的吸收峰是最高的。其它金屬離子雖相較于空白有所增高,但其增高倍數(shù)遠(yuǎn)小于銅離子的增高倍數(shù)。說明 KI,TMB,雙氧水體系可以用于銅離子檢測(cè),不會(huì)被其他金屬離子干擾。
圖3 不同濃度其他金屬離子的紫外光譜(左)和吸收值對(duì)不同金屬離子的柱狀圖(右)
碘離子能夠增強(qiáng)銅離子的過氧化物酶樣活性,基于此,設(shè)計(jì)了檢測(cè)銅離子的檢測(cè)體系。檢測(cè)限為0.1μM。其它金屬離子不會(huì)干擾銅離子的檢測(cè)。該種檢測(cè)方法速度快,操作方便,可應(yīng)用范圍廣泛。
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