Chemical Engineering Journal:在便携式纸基设备上使用荧光金纳米团簇检测汞(II)离子

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第一作者:Jia-Hui Lin

通讯作者:Chien-Cheng ChangChien-Fu Chen

通讯单位:国立台湾大学


研究内容: 

通过最小化复杂的测试程序,复杂的仪器,和电力进行现场测试,本文将演示一个简单的和便携式的金纳米(AuNC)修饰纸基本分析设备强度——碎syringe-driven流体流动,使高度敏感的检测汞离子(Hg2+)环境监测。该设备由带有荧光Au NC (Au NC-paper)的纸衬底组成,它被放置在一个与注射器相连的可重复使用的墨盒中,从而允许用户通过纸测试流动大量的样品溶液,以增加分析物信号的积累。Hg2+Au+Au NCs纸表面的亲金属相互作用引起荧光猝灭,这可以用智能手机监测。重要的是,红色Au NCs避免了与纸衬底的背景荧光的干扰。此外,Au NCs通过碳二亚胺偶联牢固地附着在纸衬底上,这有助于防止Au NCs浸出,并使大量的溶液与测试(最高2.5 mL)相互作用,以增加与Au NC-反应的目标离子的数量。因此,在不需要预浓缩测试溶液的情况下,本文装置可以提供对Hg2+离子的高灵敏度检测,包括在低至nM的水平下,灵敏度比无流控管的改进测试纸高26倍。平台可以在30分钟内完成对Hg2+离子的检测,检测限低至1.2 nM,低于美国环境保护机构对饮用水的监管限制。纸基平台具有较高的灵敏度、选择性、便携性和易操作性,可用于资源有限环境下的现场汞污染监测。


要点一: 

本文提出了一个简单,便携式,易于操作Au NC-修饰的 cPAD设备,可以检测水样中的Hg2+,而不需要复杂的样品预处理,复杂的仪器,或训练有素的技术人员。cPAD是基于纸衬底,在其中,将经过Au NC修饰的纸(即测试纸)插入一个可重复使用的流体管,我们将一个包含测试溶液的注射器连接到该流体管。这种设计使我们能够通过该装置可控地注入大样本量的样品,从而与Au NC纸反应。荧光Au NC纸选择性地与Hg2+离子反应,猝灭荧光,使定量检测成为可能。该设备可以在30分钟内产生测试读数,并具有检测极限为1.2 nM。我们注意到,这种灵敏度是通过cPAD设计实现的,它允许我们轻松地增加样本量来积累目标分析物,并能够检测低水平的不需要复杂的预浓缩步骤。


要点二:此外,红色Au NCs最大限度地减小了本文背景荧光的干扰,从而提高了可见红光区域的信噪比。这些结果表明,所提出的cPAD能够实现对Hg2+离子的现场检测,在资源有限地区具有一定的应用价值。为了检测浑浊或有色的水、空气和土壤样品中的汞含量,此设备可以进一步结合混凝、吸附、热解吸、化学氧化等样品预处理技术,提高检测灵敏度和环境监测的选择性。


1:设计用于检测Hg2+离子的Au NC修饰纸装置示意图。


2(A) 裸纸和Au NC纸的荧光光谱。插图:一个Au NCTEM图像。(B) Au NC-纸的Au 4f 5/2Au 7/2XPS光谱


3:在cPAD器件内通过浸渍或流体流动与空白或Hg2+(1000 nM)溶液相互作用后,Au NC-纸的荧光图像和相应的红色值。在紫外线照射下拍摄照片。


4(A) cPAD传感系统对Hg2+检测的荧光猝灭测量。(B) cPAD(F0-F)/F0值与Hg2+离子浓度之间的线性关系。(C) (F0-F)/F0值与Hg2+离子浓度之间的线性关系PAD(即没有流体筒)(D) Au NC-(不含流控筒)cPAD检测Hg2+的比较。每一种方法的检出限均估计为信噪比3(E)在没有(蓝色柱)和有焦磷酸盐(青色柱)的情况下,cPAD中各金属离子的(F0-F)/F0值。Hg2+和其他金属离子的浓度分别为100 nM1000 nM。对每种金属离子溶液分别进行了测试。

参考文献

Lin, J.-H.; Chen, S.-J.; Lee, J.-E.; Chu, W.-Y.; Yu, C.-J.; Chang, C.-C.; Chen, C.-F., The detection of Mercury(II) ions using fluorescent gold nanoclusters on a portable paper-based device. Chemical Engineering Journal 2022, 430, 133070.


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