一种直接用眼睛定性检测溶液中Cu²⁺的方法

专利名称：一种直接用眼睛定性检测溶液中Cu²⁺的方法
技术领域：
本发明涉及一种检测溶液中的012+的方法，特别是涉及一种表 面功能化的金纳米粒子，在Cu(I)催化下发生1,3-偶极环加成反应， 导致金纳米粒子之间发生聚积生成沉淀，而直接用眼睛来才企测溶液中 的012+的方法。
背景技术：
近些年来，已逐步发展起了基于金属螯合剂，有机荧光团，发色 传感器，量子点及多肽来检测溶液中Cu"的检测方法，例如美国专利 US 3898042,和公开号为CN 1477385的中国专利。尽管Cu"浓度的 检测限有的低至十亿分之一的数量级，但是这些方法都需要借助精密 仪器对其实施检测，在实际应用上具有一定局限性。例如在US 3898042中，尽管可以连续地灵敏的检测溶液中的Cu2+，但是需要具 有一套使液体连续流动并且能提供435 nm波长的吸收光的可记录数 据的装置。在CN 1477385中，合成的吡啶衍生物荧光传感器分子对 过渡金属离子如Cu"有选择性的荧光增强识别功能，这也需要借助萸 光分光光度计这一重要设备来检测。金纳米粒子因为聚积而导致的颜 色变化近来被发展成为一种比色鉴定物质的新方法。因为通过肉眼能 直接观察金纳米粒子的颜色或者沉淀现象的变化而不需要借助精密 的仪器设备，所以比色的方法能^f皮广泛的应用。Mirkin小组首次报道
Mirkin,C.A.; Letsinger,R丄.；Mucic,R.C.; Storhoff,J丄Nature 1996,382,607-609)。最近，基于金纳米粒子的比色片佥测成功应用于DNA，蛋 白质，小分子有机物和一些金属离子的鉴定(参考文献Stoeva，S丄; Lee,J,S.; Smith,J.E.; Rosen，S.T.; Mirkin,C.A. J.Am.Chem.Soc. 2006,128: 8378-8379 )。粒径为13 nm左右的金纳米粒子的消光系数为 2.7xl08M"cm"，比传统的有机荧光发色团的消光系数大3~5个数量 级，因此，用肉眼能够清楚的观察到金纳米粒子的颜色变化或沉淀现 象的发生。Sharpless发展起来的末端炔化合物和叠氮化物通过Cu(I) 催化发生1,3-偶极环加成反应生成1,2,3-三氮唑环在合成带有特殊官 能团的结构之间的偶联是一个有效的方法(参考文献(a)Wang, Q.; Chan, T.R.; Hilgraf, R.; Fokin, V.V.; Sharpless, K.B.; G.Finn, M. J.Am.Chem.Soc.2003,125,3192-3193 )。末端炔化合物和叠氮基化合物 在化学反应中具有高度选择性。Cu(I)主要是通过溶液中Cu"盐的还 原或者金属铜的氧化反应获得。因为只需催化量的Cu(I)即能使该反 应完成，所以1，3-偶极环加成反应引起的金纳米粒子之间的相互聚积 导致金纳米粒子颜色和沉淀现象的变化能够被用来有效地检测溶液 中微量的Cu2+。

发明内容
本发明的目的在于提供一种只通过肉眼观察金纳米粒子因为聚 集，而产生颜色和沉淀现象的变化，从而判断溶液中是否有Cu"存在 的便捷的直接检测溶液中Cu"的方法。该方法具有很好的离子检测识 別功能，特别是在Al3+，Zn2+,Ca2+,Fe2+,Mn2+,Mg2+，Co2+,Na+，K+任意2-5 种离子组成的混合溶液中能选择性的检测出微量的Cu2+，该方法还具 有操作筒便，实验现象明显的特点。
本发明的目的是这样实现的
本发明提供的一种直接用眼睛定性检测溶液中C士+的方法，包括以下步骤
1 )首先分别合成末端炔基功能化的硫醇和末端叠氮基功能化的 硫醇；
1-1 )将0.05-5 g巯基烷羧酸和0.026-2.6 mL的卣代烷基炔化物(如 溴丙炔)溶于1-100 mL的无水N,N-二曱基曱酰胺溶剂(以下简称 DMF)中，加入0.01-1 g碱性物质(如无水碳酸钾)，常温密闭反应 2-48 h,之后反应液过滤，旋转蒸发除去溶剂，得到末端炔基功能化 石克醇的粗产品；
1-2 )将0.1-10 mL卤代烷基醇(如氯乙醇)和0.04-40 g叠氮钠 加入到1-100 mL溶剂(如DMF )中，密闭条件下在0-80 °C强烈搅 拌l-48h，反应完毕水洗，再用二氯曱烷萃取，之后用无7jc硫酸镁干 燥，旋转蒸发得到叠氮取代的烷基醇；然后将上述得到的叠氮取代的 烷基醇加入到1-100 mL含有0.1-10 g巯基烷羧酸的二氯曱烷溶液中， 再加入0.4-20 g N,N-二环己基石友二亚胺和0.02-2.5 g 4-二曱氨基吡啶， 之后在0-60 。C密闭反应1-48 h,过滤，得到末端叠氮基功能化的硫 醇的粗产品；
2) 制备柠檬酸钠稳定的金纳米粒子；
0.0041-0.412 g氯金酸溶于100 mL水配成0.1-10 mM氯金酸溶 液，搅拌状态下加热至沸腾，然后加入1-50 mM柠檬酸钠水溶液10 mL,反应溶液颜色从黄色变为无色，再到酒红色，继续加热搅拌10-60 分钟，自然冷却到室温，再搅拌2h，制得—宁檬酸钠稳定的金纳米粒 子；
3) 采用配体交换法，分別制备炔键功能化的金纳米粒子和叠氮 功能化的金纳米粒子
3-1 )取步骤2)制得柠檬酸钠稳定的金纳米粒子0.5 mL，并加
7入5 mL水稀释，然后滴加浓度为0.5 M的氢氧化钠溶液，直至调节 pH值为7-12,搅拌状态下，同时加入等物质的量的共稳定剂(如ll-巯基烷基聚乙二醇(6))和步骤1-1 )所制备的末端炔基功能化的硫醇， 搅拌l-12h,静置12-48h,离.心分离1-30分钟，经过水洗，再离心 分离后得到表面修饰后的金纳米粒子；
3-2)取步骤2)制得柠檬酸钠稳定的金纳米粒子0.5 mL，并加 入5mL水稀释，然后滴加浓度为0.5 M的氲氧化钠溶液，直至调节 pH值为7-12，搅拌状态下，同时加入等物质的量的共稳定剂(如ll-巯基烷基聚乙二醇(6))和步骤1-2)所制备的末端叠氮基功能化的硫 醇，搅拌l-12h，静置12-48 h,离心分离1-30分钟，经过水洗，再 离心分离后得到表面修饰后的金纳米粒子；
4) 012+的检测；
将上述步骤3-1)和3-2)分别制得的表面修饰后的炔基功能化 和叠氮基功能化的金纳米粒子混合在玻璃瓶中，加入反应溶液(如叔 丁醇的水溶液)，然后加入五水碌iJ交铜溶液和还原剂(如抗坏血S臾钠 溶液)，室温下静置反应1-48小时，观察金纳米粒子颜色和沉淀现象 的变化。
在上述的技术方案中，还包括将步骤1-1)得到的末端炔基功能 化的硫醇粗产品进行提纯，采用过滤，水洗，二氯曱烷萃取，旋转蒸 发工艺，产率20%-90%;
在上述的技术方案中，还包括将步骤1-2)得到的末端叠氮基功 能化的硫醇粗产品进行提纯，该提纯采用层析柱提纯工艺，产率 20%-90%;
在上述的技术方案中，所述的卣代烷基炔化物包括溴丙炔或氯 丙炔；在上述的技术方案中，所述的碱性物质包括无水碳酸钾或无水
碳酸钠；
在上述的技术方案中，所述的鹵代烷基醇包括氯乙醇或溴乙醇 或3-氯丙醇；
在上述的技术方案中，所述的共稳定剂包括11-巯基烷基聚乙 二醇(3)或11-巯基烷基聚乙二醇(5)或11-巯基烷基聚乙二醇(6)或11-巯基烷基聚乙二醇(7)或11-巯基烷基聚乙二醇(9);
在上述的技术方案中，所述的还原剂包括抗坏血酸钠溶液或铜
粉；
在上述的技术方案中，步骤4)所述的反应溶液是水或叔丁醇的 水溶液或乙醇的水:容液或二曱基亚石风的水溶液或曱醇的水溶液或 N,N-二曱基曱酰胺的水溶液；
在上述的技术方案中，所用的反应试剂均从市场上购买，且纯度 至少为化学纯，或者化学纯以上的试剂。
本发明的定性检测溶液中Cu"的方法的原理如下
运用Sharpless在Huisgen经典的1,3-偶极环加成反应基础上发展 起来的以Cu(I)为催化剂在常温常压下使末端炔和叠氮化物发生成环 反应从而使炔键和叠氮功能化的金纳米粒子发生反应而产生聚积和 沉淀现象，进而通过肉眼观察金纳米粒子颜色和沉淀现象的变化即可 实现对溶液中Cu"的检测。反应式为
R广N:關+R2C=CH -^ R广l4)-R2
式中，Ri, &=巯基烷烃，巯基烷基聚乙二醇(聚乙二醇链段数为3 9) 本发明的优点在于该方法不需要检验用的仪器设备，节约成本； 该检验的方法只通过肉目艮观察就可以定性地判断出Cu"的存在(因为 金纳米粒子的聚集，而产生颜色和沉淀现象的变化，从而判断溶液中是否有Q +存在)所以该方法能便捷的直接检测溶液中Cu2+。本发 明的方法在溶液中检测Cu"具有很好的识别能力，特别是在 Al3+,Zn2+,Ca2+,Fe2+,Mn2+,Mg2+,Co2+,Na+,K+中，任意选用2-5种离子组 成的混合溶液中能选择性的检测出微量的Cu2+,该方法还具有操作简 便，实验现象明显的特点，特别是通过本发明方法，可进一步开发出 在生理条件下才企测生物体内Cu"的检测系统。


图1利用本发明的方法检测Cu"的示意图。
图2利用本发明的方法检测Cu"时，金纳米粒子在没有012+存在和 有012+存在(0.5 mM)时的紫外吸收光谱，其中纵坐标为紫外吸光 强度，横坐标为波长。
具体实施例方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细地说明
实施例1，具体步骤如下
1.1:合成末端炔基功能化的硫醇
0.5 g的11-烷基^L醇羧酸溶于20 mL的无水DMF中,、然后加入 0.26 mL的溴丙炔和O.lg无水碳酸钾，密闭常温搅拌反应24 h。反应 液过滤，旋转蒸发除去DMF得0.593 g粗产品；4巴粗产品进一步用 30mL的二氯甲烷溶解，用30mL的去离子水洗2遍，然后分液，将 二氯甲烷有机相用无水硫酸镁干燥，旋转蒸发除去二氯曱烷得末端炔 基功能化的硫醇0.475 g,其产率为81%, 'H-NMR (400 MHz, CDC13): 52.46 (s， 1H), S2.68 (t, /= 7.2Hz, 2H), 52.35 (t, /= 7.4Hz, 2H), 31.63 1.28 (m, 16H). MS, m/z: 256 (M+l). 1.2:合成末端叠氮基功能化的硫醇0.2 mL氯乙醇和0.4 g叠氮钠加入到10 mLDMF中，密闭条件下 6(^C强烈搅拌反应48h,反应完毕用50mL去离子水洗，以除去未 反应的叠氮钠，用50 mL的二氯曱烷萃取2次，谷并二氯曱烷萃取液， 加入无水硫酸镁干燥，旋转蒸发除去二氯曱烷得到叠氮乙醇，接着将 1 g的11-烷基硫醇羧酸溶于30 mL二氯曱烷中，然后加入上述制得 的叠氮乙醇和0.95 g的N,N-二环己基碳二亚胺以及0.056 g的4-二 曱氨基吡啶，常温密闭搅拌反应24h,过滤得粗产品0.66g，把粗产 品进一步用层析柱分离，得到末端叠氮基功能化的硫醇0.58g,其产 率为49%， ^-NMR (400 MHz, CDC13): S1.6 (t， /= 7.28Hz, 2H), 52.25 (t J= 7.36Hz, 2H), S1.9 ~ 1.2 (m, 14H), MS, m/z: 287 (M+l). 1.3:制备柠檬酸钠稳定的金纳米粒子
将0.0412g氯金酸(99.95% )溶于100 mL水中，搅拌状态下加 热至沸腾，将0.114 g 一宁檬酸钠溶于10 mL水，然后迅速加入到沸 腾的氯金酸溶液中，溶液从黄色变为无色，到紫色再到酒红色，继续 加热搅拌30分钟，自然冷却到室温搅拌2h,得柠檬酸钠稳定的酒红 色的金纳米粒子；
1.4:制备炔基和叠氮基功能化的金纳米粒子
0.5 mL柠檬酸钠稳定的金纳米粒子加5 mL水稀释，滴加浓度为 0.5M的氢氧化钠溶液，直至调节pH值为9，搅拌状态下，同时加入 0.1 mL浓度为0.01 M的11-烷基巯基聚乙二醇(6)和0.1 mL浓度为 O.OIM的末端炔基功能化的硫醇，搅拌12h,离心分离(15871g)20 分钟，水洗3次，离心分离后分散于1.5mL叔丁醇的水溶液(水/叔 丁醇=2:1 ，v/v)中。
0.5 mL柠檬酸钠稳定的金纳米粒子加5 mL水稀释，滴加浓度为 0.5M的氢氧化钠溶液，直至调节pH值为9，搅拌状态下，同时加入
ii0.1 mL浓度为0.01 M的11-烷基巯基聚乙二醇(6)和0.1 mL浓度为 0.01M的末端叠氮基功能化的硫醇，搅拌12h，离心分离(15871g) 20分钟，水洗3次，离心分离后分散于1.5mL叔丁醇的水溶液(水 /叔丁醇=2:1 ,v/v)中。 1.5: Cu2+的才全测
取0.5 mL炔基功能化的金纳米粒子和0.5 mL叠氮基功能化的金纳 米粒子混合置于3 mL的玻璃弁瓦中，然后加入0.01 M的五水碌b酸铜溶 液50 (iL和0.05 M的抗坏血酸钠溶液50 ^L,静置反应24 h。导致金 纳米粒子沉淀现象发生的是炔键和叠氮基团发生的1 ，3-偶极环加成 反应，如图l所示。观察金纳米粒子颜色和沉淀现象的变化，直到反 应溶液逐渐变为无色，玻璃瓶底有絮状沉淀产生即可判断为反应完
图2所示。
本实施例所用的反应试剂均从市场上购买的分析纯试剂。 实施例2:
按照实施例1中U和1.2的步骤，用5-烷基硫醇羧酸合成末端炔 基和末端叠氮基功能化的硫醇。0.05 g的5-烷基硫醇羧酸溶于5 mL 的无水DMF中，然后加入0.026 mL的溴丙炔和0.01 g无水石友酸钾， 密闭常温搅拌反应24 h。反应液过滤，旋转蒸发除去DMF,得到末 端炔基功能化硫醇的粗产品，然后用二氯曱烷溶解，水洗，无水硫酸 镁干燥，旋转蒸发得提纯后的末端炔基功能化的硫醇；
取0.1mL氯乙醇和0.2g叠氮钠加入到10mL的DMF中，密闭 条件下6()GC强烈搅拌反应48h,反应完毕水洗，二氯甲烷萃取，无 水硫酸镁干燥，经过旋转蒸发得到叠氮乙醇；接着将0.5 g 5-烷基石危 醇羧酸溶于10 mL二氯曱烷中，然后加入上述制得的叠氮乙醇和0.4 g的N,N-二环己基碳二亚胺以及0.03 g的4-二曱氨基吡啶，常温密闭
搅拌反应24h,过滤，层析柱分离，最后得到末端叠氮基功能化的硫
醇；
实施例3:
按照实施例1中1.1和1.2的步骤，用9-烷基硫醇羧酸合成末端炔 基和末端叠氮基功能化的硫醇。0.1 g的9-烷基硫醇羧酸溶于10 mL 的无水DMF中，然后加入O.l mL的溴丙炔和0.05g无水碳酸钾，密 闭常温搅拌反应24 h。反应液过滤，旋转蒸发除去DMF，粗产品用 二氯曱烷溶解，水洗，无水硫酸镁干燥，旋转蒸发得末端炔基功能化 的硫醇；0.2 mL氯乙醇和0.4g叠氮钠加入到10 mL的DMF中，密 闭条件下6()GC强烈搅拌反应48h,反应完毕水洗，二氯曱烷萃取， 无水硫酸镁干燥，旋转蒸发得叠氮乙醇，接着将1 g的9-烷基硫醇羧 酸溶于20mL二氯曱烷中，然后加入上述制得的叠氮乙醇和0.8g的 N,N-二环己基碳二亚胺以及0.06 g的4-二曱氨基吡咬，常温密闭搅 拌反应24 h，过滤，层析柱分离，最后得到末端叠氮基功能化的硫醇；
实施例4:
按照实施例1中1.1和1.2的步骤，用15-烷基硫醇羧酸合成末端炔 基和末端叠氮基功能化的硫醇。2 g的15-烷基硫醇羧酸溶于20 mL 的无水DMF中，然后加入0.1mL的溴丙炔和0.2g无水碳酸钾，密 闭常温搅拌反应24 h。反应液过滤，旋转蒸发除去DMF,粗产品用 二氯曱烷溶解，水洗，无水硫酸镁干燥，旋转蒸发得末端炔基功能化 的硫醇；5 mL氯乙醇和10 g叠氮钠加入到50 mL的DMF中，密闭 条件下6()GC强烈搅拌反应48h，反应完毕水洗，二氯甲烷萃取，无 水硫酸镁干燥，旋转蒸发得叠氮乙醇，接着将8g的15-烷基硫醇羧酸溶于50 mL二氯曱烷中，然后加入上迷制得的叠氮乙醇和4 g的 N，N-二环己基碳二亚胺以及1.5 g的4-二曱氨基吡啶，常温密闭搅拌 反应24h,过滤，层析柱分离，最后得到末端叠氮基功能化的硫醇；
实施例5:
按照实施例1中1.1和1.2的步骤，用18-烷基硫醇羧酸合成末端炔 基和末端叠氮基功能化的硫醇。5g的18-烷基硫醇羧酸溶于100 mL 的无水DMF中，然后加入2.6 mL的溴丙炔和1 g无水碳酸钾，密闭 常温搅拌反应24 h。反应液过滤，旋转蒸发除去DMF，粗产品用二 氯曱烷溶解，水丄，无水硫酸4美干燥，旋转蒸发得末端炔基功能化的 硫醇；5 mL氯乙醇和10 g叠氮钠加入到50 mL的DMF中，密闭条 件下6()GC强烈搅拌反应48h，反应完毕水洗，二氯曱烷萃取，无水 硫酸镁干燥，旋转蒸发得叠氮乙醇，接着将5gl8-烷基^JJ事羧酸溶于 30 mL二氯曱烷中，然后加入上述制得的叠氮乙醇和2 g的N,N-二 环己基碳二亚胺以及0.4 g的4-二曱氨基吡啶，常温密闭搅拌反应24 h,过滤，层析柱分离，最后得到末端叠氮基功能化的硫醇；
实施例6:
按照实施例1中1.1和1.2的步骤，用11-巯基烷基聚乙二醇(3)羧酸 合成末端炔基和末端叠氮基功能化的硫醇，0.5 g的11-巯基烷基聚乙 二醇(3)羧酸溶于20 mL的无水DMF中，然后加入1 mL的溴丙炔和 0.5g无水碳酸钾，密闭常温搅拌反应24h。反应液过滤，旋转蒸发 除去DMF,粗产品用二氯曱烷溶解，水洗，无7jO克酸4美干燥，旋转 蒸发得末端炔键功能化的硫醇；0.5mL氯乙醇和lg叠氮钠加入到10 mL的DMF中，密闭条件下60 QC强烈搅拌反应48 h,反应完毕水洗， 二氯曱烷萃取，无水碌b酸镁干燥，旋转蒸发得叠氮乙醇，接着将1 g 11-巯基烷基聚乙二醇(3)羧酸溶于20 mL二氯曱烷中，然后加入上述制 得的叠氮乙醇和0.8g的N,N-二环己基碳二亚胺以及0.06 g的4-二 曱氨基吡啶，常温密闭搅拌反应24h，过滤，层析柱分离，最后得到 末端叠氮基功能化的硫醇；
实施例7:
按照实施例1中1.1和1.2的步骤，用11-巯基烷基聚乙二醇(5)羧酸 合成末端炔基和末端叠氮基功能化的硫醇，0.1 g的11-巯基烷基聚乙 二醇(5)羧酸溶于10 mL的无水DMF中，然后加入0.1 mL的溴丙炔 和0.05g无水碳酸钾，密闭常温搅拌反应24h。反应液过滤，旋转蒸 发除去DMF,粗产品用二氯曱烷溶解，水洗，无水^琉酸镁干燥，旋 转蒸发得末端炔基功能化的>5克醇；0.2mL氯乙醇和0.4g叠氮钠加入 到10 mL的DMF中，密闭条件下60 QC强烈搅拌反应48 h,反应完 毕水洗，二氯曱烷萃取，无水硫酸镁干燥，旋转蒸发得叠氮乙醇，接 着将1 g 11-巯基烷基聚乙二醇(5)羧酸溶于20 mL 二氯曱烷中，然后 加入上述制得的叠氮乙醇和0.8 g的N,N-二环己基碳二亚胺以及0.06 g的4-二曱氨基吡啶，常温密闭搅拌反应24h,过滤，层析柱分离， 最后得到末端叠氮基功能化的硫醇；
实施例8:
按照实施例1中1.1和1.2的步骤，用11-巯基烷基聚乙二醇(7)羧酸 合成末端炔基和末端叠氮基功能化的硫醇，2 g的11-巯基烷基聚乙 二醇(7)羧酸溶于20 mL的无水DMF中，然后加入0.1 mL的溴丙炔 和0.2g无水碳酸钾，密闭常温搅拌反应24h。反应液过滤，旋转蒸 发除去DMF,粗产品用二氯曱烷溶解，水洗，无水硫酸镁干燥，旋转蒸发得末端炔基功能化的^L醇；5mL氯乙醇和10g叠氮钠加入到 50mL的DMF中，密闭条件下60 QC强烈搅拌反应48 h,反应完毕
水洗，二氯甲烷萃取，无7JC硫酸镁干燥，旋转蒸发得叠氮乙醇，接着
将8g的11-巯基烷基聚乙二醇(7)羧酸溶于50mL二氯甲烷中，然后 加入上述制得的叠氮乙醇和4 g的N,N-二环己基碳二亚胺以及1.5 g 的4-二曱氨基吡啶，常温密闭搅拌反应24 h，过滤，层析柱分离， 最后得到末端叠氮基功能化的硫醇；
实施例9:
按照实施例1中1.1和1.2的步骤，用11-巯基烷基聚乙二醇(9)羧酸 合成末端炔基和末端叠氮基功能化的硫醇，5 g的11-巯基烷基聚乙 二醇(9)羧酸溶于100 mL的无水DMF中，然后加入2.6 mL的溴丙炔 和lg无水碳酸钾，密闭常温搅拌反应24h。反应液过滤，旋转蒸发 除去DMF,粗产品用二氯曱烷溶解，水洗，无水硫酸镁干燥，旋转 蒸发得末端炔基功能化的硫醇；5 mL氯乙醇和10 g叠氮钠加入到50 mL的DMF中，密闭条件下60 QC强烈搅拌反应48 h，反应完毕水洗， 二氯曱烷萃取，无7]c硫酸镁干燥，旋转蒸发得叠氮乙醇，接着将5g 的11-巯基烷基聚乙二醇(9)羧酸溶于30 mL 二氯曱烷中，然后加入上 述制得的叠氮乙醇和2 g的N,N-二环己基石灰二亚胺以及0.4 g的4-二甲氨基吡啶，常温密闭搅拌反应24h,过滤，层析柱分离，最后得 到末端叠氮基功能化的硫醇；
实施例10:
按照实施例1中1.1的步骤，用氯丙炔合成末端炔基功能化的硫醇， 1 g 11-烷基硫醇羧酸溶于20 mL的无水DMF中，然后加入0.6 mL的 氯丙炔和O.l g无水碳酸钾，密闭常温搅拌反应24h。反应液过滤，旋转蒸发除去DMF，粗产品用二氯曱烷溶解，水洗，无水硫酸镁干
燥，旋转蒸发得到末端炔基功能化的硫醇；
实施例11:按照实施例1中1.2的步骤，用溴乙醇合成末端叠氮基功 能化的碌l醇；0.5 mL溴乙醇和1 g叠氮钠加入到10 mL的DMF中， 密闭条件下60 DC强烈搅拌反应48 h,反应完毕水洗，二氯甲烷萃取， 无水硫酸4美干燥，旋转蒸发得叠氮乙醇，接着将lgll-烷基^L醇羧酸 溶于30mL二氯曱烷中，然后加入上述制得的叠氮乙醇和0.95 g的 N,N-二环己基碳二亚胺以及0.056 g的4-二曱氨基吡啶，常温密闭搅 拌反应24 h，过滤，层析柱分离，最后得到末端叠氮基功能化的硫醇；
实施例12:
按照实施例1中1.4的步骤，将离心分离后的金纳米粒子分散在 水或乙醇的水溶液或二曱基亚砜的水溶液或曱醇的水溶液或N,N-二 曱基曱酰胺的水溶液中，。
实施例13:
按照实施例1中1.5的操作方法，催化剂Cu(I)通过加3.2mg铜粉 和0.1 M的五7JO克S交铜溶液0.5 mL得到。
实施例14:
按照实施例1的检测方法，研究了其它金属阳离子对检测体系的影 响。其它金属阳离子如Al3+,Zn2+,Ca2+,Fe2+,Mn2+,Mg2+,Co2+,Na+,K+,结 果表明这些阳离子对检测体系均无影响，检测体系只对Ci^+敏感。如 图4所示。实施例15-34:
按照实施例1的检测方法，研究在其它混合离子共存的条件下对检 测CV+的影响。混合离子如Al3+，Zn2+,Ca2+,Fe2+,Mn2+,Mg2+,Co2+,Na+, K+ 中的任意2-5种。如下表所示
混合离子卩容液是否能检测出Cu2+
实施例15Al3+， Ca2+是
实施例16Zn2+, Fe2+是
实施例17Mn2+， Co2+是
实施例18Na+， Mg2+是
实施例19K+, Ca2+是
实施例20AlJ+， Zn2+， Ca2+是
实施例21Zn2+， Ca2+， Fe2+是
实施例22Mn2+, Mg2+, Co2+曰 疋
实施例23Co2+， Na+, K+是
实施例24Ca2+, Mg2+, K++ Cu2+疋
实施例25Al3+, Zn2+, Ca2+， Fe2+是
实施例26Fe2+, Zn2+, Na+, Mn2+疋
实施例27Ca2+, Mn2+, Mg2+, K+曰 疋
实施例28Zn2+, Mg2+， Na+, K+
实施例29Al3+, Mn2+, Na+, Ca2+曰 疋
实施例30Ar, Zn2+, Ca2+, Fe2+, Mn2+是
实施例31Zn2+, Fe2+, Mn2+， Mg2+， Na+疋
实施例32Zn2+， Mn2+， Co2+， Na+， K+是
实施例33Ca2+， Mn2+, Mg2+， Na+, K+是
实施例34Ca2+, Fe2+, Co2+, Mn2+, Mg2+是实施例2-"中所用反应试剂均从市场上购买，纯度为分析纯；实施
例34所用的原料为化学纯。
权利要求
1. 一种直接用眼睛定性检测溶液中Cu2+的方法，包括以下步骤1)首先分别合成末端炔基功能化的硫醇和末端叠氮基功能化的硫醇；1-1)将0. 05-5g巯基烷羧酸或者巯基烷基聚乙二醇和0.026-2.6mL的卤代烷基炔化物溶于1-100mL的无水N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，加入0.01-1g碱性物质，常温密闭反应2-48小时，之后反应液过滤，蒸发除去溶剂，得到末端炔基功能化的硫醇粗产品；1-2)将0. 1-10mL卤代烷基醇和0.04-40g叠氮钠加入到1-100mL的N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，密闭条件下在0-80℃强烈搅拌1-48小时，反应完毕水洗，再用二氯甲烷萃取，之后用无水硫酸镁干燥，旋转蒸发得到叠氮取代的烷基醇；然后将所得到的叠氮取代的烷基醇加入到1-100mL含有0.1-10g巯基烷羧酸的二氯甲烷溶液中，再加入0.4-20g N，N-二环己基碳二亚胺和0.02-2.5g4-二甲氨基吡啶，之后在0-60℃密闭反应1-48小时，过滤，得到末端叠氮基功能化的硫醇粗产品；2)制备柠檬酸钠稳定的金纳米粒子；0. 0041-0.412g氯金酸溶于100mL水，配成0.1-10mM氯金酸溶液，搅拌状态下加热至沸腾，然后加入1-50mM柠檬酸钠水溶液10mL，反应溶液颜色从黄色变为无色，再到酒红色，继续加热搅拌10-60分钟，自然冷却到室温，再搅拌2小时，制得柠檬酸钠稳定的金纳米粒子；3)采用配体交换法，分别制备炔键功能化的金纳米粒子和叠氮功能化的金纳米粒子3-1)取步骤2)制得柠檬酸钠稳定的金纳米粒子0.5mL，并加入5mL水稀释，然后滴加浓度为0.5M的氢氧化钠溶液，直至调节pH值为7-12，搅拌状态下，同时加入等物质的量的共稳定剂和步骤1-1)所制得的末端炔基功能化的硫醇，搅拌1-12小时，静置12-48小时，离心分离1-30分钟，经过水洗，再离心分离得到表面修饰后的金纳米粒子；3-2)取步骤2)制得柠檬酸钠稳定的金纳米粒子0.5mL，并加入5mL水稀释，然后滴加浓度为0.5M的氢氧化钠溶液，直至调节pH值为7-12，搅拌状态下，同时加入等物质的量的共稳定剂和步骤1-2)所制得的末端叠氮基功能化的硫醇，搅拌1-12小时，静置12-48小时，离心分离1-30分钟，经过水洗，再离心分离得到表面修饰后的金纳米粒子；4)Cu2+的检测；将上述步骤3-1)和3-2)分别制得的表面修饰后的炔基功能化和叠氮基功能化的金纳米粒子混合在玻璃瓶中，加入反应溶液，然后加入五水硫酸铜溶液和还原剂，室温下静置反应1-48小时，还原形成的Cu(I)作为催化剂，使炔键和叠氮基团发生成环反应，导致金纳米粒子聚积，通过肉眼观察到金纳米粒子的颜色及沉淀现象的变化来定性检测溶液中的Cu2+。
2. 按权利要求1所述的直接用眼睛定性检测溶液中Cu"的方法， 其特征在于，还包括将步骤1-1)得到的末端炔基功能化的硫醇粗产 品进行提纯，采用过滤，水洗，二氯曱烷萃取和旋转蒸发工艺。
3. 按权利要求1所述的直接用眼睛定性检测溶液中012+的方法， 其特征在于，还包括将步骤1-2)得到的末端叠氮基功能化的硫醇粗 产品进行提纯，该提纯采用层析柱提纯工艺。
4. 按权利要求1所述的直接用眼睛定性检测溶液中012+的方法，其特征在于，在步骤l-l)中所述的卣代烷基炔化物包括溴丙炔或 氯丙炔。
5. 按权利要求1所述的直接用眼睛定性检测溶液中Cu"的方法， 其特征在于，所述的44性物质包括无水碳酸钾或无水碳酸钠。
6. 按权利要求1所述的直接用眼睛定性检测溶液中Cu"的方法， 其特征在于，所述的卣代烷基醇包括氯乙醇或溴乙醇或3-氯丙醇。
7. 按权利要求1所述的直接用眼睛定性检测溶液中Cu"的方法， 其特征在于，所述的巯基烷羧酸包括5-烷基硫醇羧酸、9-烷基硫醇羧 酸、11-烷基硫醇羧酸、15-烷基硫醇羧酸或18-烷基硫醇羧酸；所述 的巯基烷基聚乙二醇包括11-巯基烷基聚乙二醇(3)、 11-巯基烷基聚乙 二醇(5)、 11-巯基烷基聚乙二醇(6)、 11-巯基烷基聚乙二醇(7)、 11-巯 基烷基聚乙二醇(9)。
8. 按权利要求1所述的直接用眼睛定性检测溶液中Cu"的方法， 其特征在于，所述的共稳定剂包括11-巯基烷基聚乙二醇(3)或11-巯基烷基聚乙二醇(5)或11-巯基烷基聚乙二醇(6)或11-巯基烷基聚乙 二醇(7)或11-巯基烷基聚乙二醇(9)。
9. 按权利要求1所述的直接用眼睛定性检测溶液中Cu"的方法， 其特征在于，所述的还原剂包括抗坏血酸钠溶液或铜粉。
10. 按权利要求1所述的直接用眼睛定性检测溶液中Cu"的方法， 其特征在于，步骤4)所述的反应溶液是水或叔丁醇的水溶液或乙醇 的水溶液或二曱基亚砜的水溶液或曱醇的水溶液或N,N-二曱基甲酰 胺的水溶液。
全文摘要
本发明提供一种直接用眼睛定性检测溶液中Cu²⁺的方法，该方法分别合成末端炔基功能化的硫醇和末端叠氮基功能化的硫醇，用柠檬酸钠作稳定剂制备粒径为14nm的金纳米粒子，通过配体交换的方法，分别在金纳米颗粒的表面自组装形成末端带有炔键和叠氮基团的单分子层。将两种表面修饰后的金纳米粒子混合，加五水硫酸铜和还原剂，还原形成的Cu(I)作为催化剂，使炔键和叠氮基团发生成环反应，导致金纳米粒子聚积，通过肉眼观察金纳米粒子的颜色及沉淀现象的变化来检测溶液中的Cu²⁺。本发明能在多种金属阳离子的混合溶液中检测出Cu²⁺的存在。该方法具有很好的离子检测识别功能，现象明显，操作简便的特点。
文档编号G01N21/82GK101435778SQ20071017723
公开日2009年5月20日 申请日期2007年11月12日 优先权日2007年11月12日
发明者阳 周, 王仕兴, 蒋兴宇 申请人:国家纳米科学中心