检测三聚氰胺的比色法纳米材料显色试剂及其应用

摘要

本发明提供高灵敏、高选择性检测三聚氰胺的纳米材料显色试剂的合成及其应用。该显色试剂主体由单一组成或者复合组成的金属纳米材料所构成，在金属纳米材料的腐蚀试剂存在下，将所得的金属纳米材料与三聚氰胺溶液进行显色反应。本发明制得的水溶性金属纳米光学探针在可见光区出表现出很强的等离子共振吸收，其作为显色试剂对三聚氰胺具有高灵敏的选择性响应，目视法能够检测的最低浓度达到了0.6nM，是目前报道的比色法中检测限最低的方法。与目前报道的金属纳米材料检测三聚氰胺的方法相比，该方法不需要对纳米材料进行特殊的修饰，因此，更加简便。该方法有希望用于包括液态或者固态乳制品在内的食品中三聚氰胺的简便、高效检测。

说明书

技术领域：

本发明涉及分析检测领域，尤其涉及水溶性、高吸光系数的金属纳米材料作为比色法显 色试剂在快速检测三聚氰胺中的应用。

背景技术：

三聚氰胺(2，4，6-三氨基-1，3，5-三嗪，MA)，是一种三嗪类含氮杂环化合物，在聚合物树 脂以及有机化工原料中具有广泛应用。由于三聚氰胺具有很高的含氮量(大约66％)，并且价 格相对便宜，一些不法分子将其添加到包括乳制品在内的多种食品及畜禽饲料等人或动物的 食品中，以制造出高蛋白质含量的假象[J.H.Yu，C.C.Zhang，P.Dai，S.G.Ge，Anal.Chim.Acta  651(2009)209-214；J.B.Wang，N.Moussa，K.Hisahiro，M.Koji，K.Fujio，Food Chem.Toxicol. 48(2010)1791-1795]。究其原因在于，食品检测中通常采用凯氏定氮法以及杜马斯法来检测 蛋白质含量，这两种方法都不是直接检测蛋白质含量，而是通过检测氮含量来反推蛋白质的 含量。最终导致2007年美国宠物食品污染事件以及2008年中国毒奶粉事件等严重食品安全 事故的发生。然而，三聚氰胺是不能被动物机体所代谢的，其能够导致组织损伤如：肾结石、 膀胱癌等疾病的发生[C.W.Lam，L.Lan，X.Y.Che，S.Tam，S.S.Y.Wong，Y.Chen，J.Jin，S.H. Tao，X.M.Tang，K.Y.Yuen，P.K.H.Tam，Clin.Chim.Acta 402(2009)150-155；D.P.H.Hsieh，C. F.Chiang，P.H.Chiang，C.P.Wen，Regul.Toxicol.Pharmacol.55(2009)13-16]。

目前，检测三聚氰胺的方法主要有高效液相色谱-紫外检测器法[T.Perez-Ruiz，C. Martinez-Lozano，V.Tomas，R.Casajus，Talanta 42(1995)391-394；M.R.Smyth，J.G.Osteryoung， Anal.Chem.49(1977)2310-2314；A.N.de Oliveira，H.de Santana，C.T.Zaia，D.A.M.Zaia，J. Food.Compos.Anal.17(2004)165-177；Z.He，F.Wu，H.Meng，L.Ling，L.Yuan，Q.Luo，Y.Zeng， Anal.Sci.15(1999)381-383；Y.A.Alkeneev，E.A.Zakharova，G.B.Slepchenko，N.P.Pikula，J. Anal.Chem.60(2005)514-517]、气相色谱-质谱联用法[X.Xu，Y.Ren，Y.Zhu，Z.Cai，J.Han，B. Huang，Y.Zhu，Anal.Chim.Acta 650(2009)39-43；A.Desmarchelier，M.G.Cuadra，T.Delatour， P.Mottier，J.Agric.Food Chem.57(2009)7186-7193]、液相色谱-质谱联用法[H.Sun，L.Wang， L.Ai，S.Liang，H.Wu，Food Control 21(2010)686-691；G.Venkatasami，J.R.Sowa Jr.，Anal.Chim. Acta 665(2010)227-230]等。但是这些方法不仅需要昂贵的仪器，而且对样品前处理要求挺高， 不适合常规的分析检测。比色法是一种非常简便的分析方法，其无需昂贵的仪器，通过肉眼 直接观察颜色来测定物质[H.Wang，Y.X.Wang，J.Y.Jin，R.H.Yang，Anal.Chem.80(2008) 9021-9028；X.J.Xue，F.Wang，X.G.Liu，J.Am.Chem.Soc.130(2008)3244-3245]。

金属纳米粒子，特别是贵金属纳米粒子具有独特的光学性质如：摩尔吸光系数大，并且 其表面等离子吸收特性与纳米粒子的尺寸、形貌、表面修饰基团、介质的折光指数以及粒子 间的距离等密切相关[Z.Y.Zhong，S.Patskovskyy，P.Bouvrette，J.H.T.Luong，A.Gedanken，J. Phys.Chem.B，108(2004)4046-4049；B.A.Grzybowski，R.Klajn，J.F.Stoddart，Chem.Soc.Rev.， 39(2010)2203-2213]。因此，金属纳米粒子是优良的比色法探针[Z.D.Wang，J.H.Lee，Y.Lu， Adv.Mater.20(2008)3263-3267；C.W.Liu，Y.T.Hsieh，C.C.Huang，Z.H.Lin，H.T.Chang， Chem.Commun.(2008)2242-2244]。目前文献报道的金属纳米粒子用于三聚氰胺的测定都是将 特定的表面修饰基团修饰到纳米粒子表面，以实现金属纳米离子与三聚氰胺的相互作用。利 用特定的物质修饰纳米粒子，使得纳米材料的制备过程变得复杂，而且修饰过程往往会破坏 纳米粒子的光学性质。本发明提供了一种不需要利用特定修饰基团对纳米材料进行表面修饰 的新型三聚氰胺测定方法。利用柠檬酸三钠修饰的水溶性金属纳米光学探针及金属纳米材料 的腐蚀实际共同作为显色剂，成功地实现了三聚氰胺的高灵敏、高选择性测定，肉眼所能测 定的最低浓度可以达到0.6nM，是目前报道的比色法中检测浓度最低的。该检测方法所用显 色试剂制备方便，并且测定简便、快速、灵敏度高。

发明内容：

本发明的目的是提供一种工艺简单，成本低廉的高效三聚氰胺比色法检测试剂及其检测 方法。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：

a、在溶有一种或者两种金属(银、金(III)、铜)离子可溶性盐的溶液中加入柠檬酸三钠作 为表面修饰剂；

b、将还原剂加入到上述混合液中，一定温度下搅拌一定时间，得柠檬酸三钠修饰的水溶性金 属纳米材料；

c、取一定体积的水溶性金属纳米材料，加入一定浓度的待测三聚氰胺溶液，然后加入一定浓 度的金属纳米材料的腐蚀试剂，显色反应一定时间。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

所述的溶有金属离子的可溶性盐，选自高氯酸银、硝酸银、氟化银，氯金酸，硫酸铜， 硝酸铜，氯化铜中的一种或其中两种的混合物；所述的还原剂，选自NaBH₄、抗坏血酸、水 合肼、甲醛、甲酸、甲醇、葡萄糖；所述的合成金属纳米材料的反应温度为20℃-100℃；所 述的合成金属纳米材料的反应时间为30分钟-24小时；所述的金属纳米材料的腐蚀试剂为过 氧化氢、高锰酸钾、硝酸铁、臭氧、过二硫酸钾、硝酸、氨水；腐蚀试剂的浓度为1×10^-4-1×10^-2mol/L；所述的显色反应时间为2-30分钟。

本发明的金属纳米材料对可见区范围的光具有很强的吸收，对三聚氰胺具有非常灵敏的 选择性响应，通过肉眼即可观察。并且，本发明制备方法简单、价廉，测定简便、快速。

附图说明：

图1是发明制备的银纳米材料显色试剂及其加入不同浓度(mol/L)的三聚氰胺后的的颜 色：从左到右，三聚氰胺浓度依次为0，6.0×10^-10，1.0×10^-9，1.0×10^-8，1.0×10^-7，1.0×10^-6，1.0×10^-5。

图2是发明制备的银纳米材料显色试剂在不同浓度(mol/L)三聚氰胺存在时的吸收光谱： 从左到右，三聚氰胺浓度依次为0，6.0×10^-10，1.0×10^-9，1.0×10^-8，1.0×10^-7，1.0×10^-6，1.0×10^-5。

图3是发明制备的银纳米材料显色试剂在不同显色时间时的吸收光谱图。

图4是发明制备的银纳米材料显色试剂在不同物质存在时的吸光度变化图。

具体实施方式：

实施实例1：

a.在溶有2.0×10^-4mol/L硝酸银水溶液50mL中加入14.8mg柠檬酸三钠，电磁搅拌；

b.将1.0mL 0.2mol/L的硼氢化钠溶液加入到上述混合液中，20℃反应2小时，得水溶性银 纳米材料。

c.将所得水溶性银纳米材料取1mL加入到玻璃比色管中，再加入一定浓度的待测三聚氰 胺溶液，最后，加入1mL 0.01mol/L的过氧化氢水溶液，用去离子水稀释到5mL，显色反应 10分钟后观察颜色并记录吸收光谱。

实施实例2：

在溶有1.0×10^-4mol/L氯金酸和1.0×10^-4mol/L硝酸银的水溶液50mL中加入28.8mg柠 檬酸三钠，电磁搅拌；

b.将5.0mL 0.2mol/L的抗坏血酸溶液加入到上述混合液中，50℃反应0.5小时，得水溶性 金-银复合纳米材料；

c.将所得水溶性金-银纳米材料取0.2mL加入到玻璃比色管中，再加入一定浓度的待测三 聚氰胺溶液，最后，加入1mL 1.0×10^-4mol/L的臭氧水溶液，用去离子水稀释到5mL，显色 反应5分钟后观察颜色并记录吸收光谱。

实施实例3：

a.在溶有1.0×10^-4mol/L硫酸铜和2.0×10^-4mol/L硝酸银的水溶液水溶液50mL中加入 47.4mg柠檬酸三钠，电磁搅拌；

b.将0.1mL 0.2mol/L的水合肼溶液加入到上述混合液中，30℃反应1小时，得水溶性铜- 银纳米材料。

c.将所得水溶性铜-银纳米材料取0.2mL加入到玻璃比色管中，再加入一定浓度的待测三 聚氰胺溶液，最后，加入2mL 1.0×10^-2mol/L的硝酸铁水溶液，用去离子水稀释到5mL，显 色反应20分钟后观察颜色并记录吸收光谱。

实施实例4：

a.在溶有2.0×10^-4mol/L氯金酸水溶液50mL中加入57.6mg柠檬酸三钠；

b.将2.0mL 0.2mol/L的葡萄糖溶液加入到上述混合液中，沸腾回流0.5小时，得水溶性金 纳米材料。

c.将所得水溶性金纳米材料取0.1mL加入到玻璃比色管中，再加入一定浓度的待测三聚氰 胺溶液，最后，加入2mL 1.0×10^-2mol/L的高锰酸钾水溶液，用去离子水稀释到5mL，显色 反应10分钟后观察颜色并记录吸收光谱。