[發明專利]一種環境水體樣本中鎘離子含量的定量分析方法

有效

• 申請號: 201410439838.0
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN104155287A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 陳增萍;陳瑤;田中群
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明涉及一種環境水體樣本中鎘離子含量的定量分析方法。

背景技術

鎘(Cd)是一種毒性很強的重金屬。鎘會對呼吸道產生刺激，長期暴露會造成嗅覺喪失癥、牙齦黃斑或漸成黃圈，鎘化合物不易被腸道吸收，但可經呼吸被體內吸收，積存于肝或腎臟造成危害，尤以對腎臟損害最為明顯。還可導致骨質疏松和軟化、增強腫瘤的生長[1-6]。鎘不是人體的必需元素。人體內的鎘是出生后從環境中吸取的，主要通過食物、水和空氣而進入體內積蓄下來，并且鎘的排除速度很慢，人腎皮質鎘的生物學半衰期是10～30年。因而，被鎘污染的食物、水和空氣對人體危害很嚴重。目前鎘的主要污染源是電鍍、采礦、冶煉、染料、電池和化學工業等排放的廢水，所以鎘離子對水的污染在世界普遍存在[7,8]。有毒物質和疾病登記機構和美國環境保護署將鎘列為前20名危險物質中的第7位[9]。美國環境保護署限制排入湖、河、棄置場和農田的鎘量并禁止殺蟲劑中含有鎘。美國環境保護署允許飲用水含有10ppb的鎘，并打算把限制減到5ppb。美國食品和藥物管理局規定食用色素的含鎘量為不得多于15ppm。美國職業安全衛生署規定工作環境空氣中鎘含量在煙霧為100微克/立方米，在鎘塵為200微克/立方米。美國職業安全衛生署計劃將空氣中所有鎘化合物含量限制在1～5微克/立方米，希望讓工人盡量少呼吸到鎘以防止肺癌[9,10]。歐盟也將鎘列為高危害有毒物質和可致癌物質并予以規管。

綜上所述，基于鎘離子對人體的種種危害，分析研究工作者已經開發了一系列的檢測鎘離子的分析方法，包括電熱原子吸收光譜[11]、原子熒光光譜法[12]、比率型鎘離子熒光探針[13]和電感耦合等離子體質譜法[14]。雖然這些方法可以基本上實現環境樣品中鎘離子含量的定量分析，但是當鎘離子濃度非常低，或者待測環境和生物樣品的基質比較復雜時，就需要對樣品進行分離和富集等較繁雜的前處[15,16]。這些前處理過程通常比較費時、費力、成本高，并且對環境還會造成污染，不適用于環境水體樣本中鎘離子含量的日常快速原位分析。因此目前仍然迫切需要發展簡單、靈敏且具有低成本效益的鎘離子檢測方法。

由于其出色的分子特征性、很少受光漂白的影響以及極高的靈敏度，表面增強拉曼光譜(SERS)被分析家們認為是一種潛在的可用于復雜基質中微量成分定量分析的光譜分析技術[17]。目前，SERS技術已經被逐漸應用于生物醫學和環境分析等領域[18-20]。雖然SERS技術具有上述獨特優點，但其實際應用仍然受到諸多限制。由于SERS光譜信號強度在很大程度上依賴于增強基底的物理性質(如：納米金或銀膠體的粒徑大小、形狀以及聚集度等)，而目前仍然難以制備出物理性質高度穩定和高重復的SERS增強基底，所以現階段SERS技術僅屬于定性或半定量分析技術。采用內標法在一定程度上可以消除SERS基底物理性質以及激光光源功率和聚焦位置的不同對SERS信號強度的影響[21-24]。但采用內標法時，要求內標物質必須有一個或多個與待測樣本中所有組分的SERS光譜峰不重疊的SERS峰；而且待測樣本中不能有其他具有SERS光譜活性的共存化合物和熒光背景的干擾。顯然，對不同的目標組分進行定量分析時，需要采用不同的內標。對于一些復雜基質樣本中待測物質的SERS定量分析(如細胞內蛋白質的SERS定量分析)來說，通常很難找到合適的內標。這在很大程度上限制了內標法的廣泛應用。

近年來，一些工作者提出了用于表面增強拉曼光譜的乘子效應模型(Multiplicative?Effects?Model?for?Surface-Enhanced?Raman?Spectroscopy,MEMSERS)[25，26]，該模型能有效的消除SERS基底物理性質的變化對SERS定量分析結果的影響。不同于傳統內標法，MEMSERS模型不需要內標具有與待測物質中所有組分的SERS光譜峰均不重疊的SERS光譜峰，而且不受其他共存SERS活性物質和熒光背景的干擾。MEMSERS成功的彌補了傳統內標法上述的不足，能夠實現復雜樣本中待測物質的準確SERS光譜定量分析。然而，MEMSERS模型的內標檢測模式仍然需要使用內標物，這使得SERS定量檢測過程仍然比較復雜。

參考文獻

[1]Stoeppler?M.Hazardous?metals?in?the?environment.Techniques?and?instrumentation?in?analytical?chemistry.Elsevier,Amsterdam,1992,12:177