为减少重金属污染对人类健康的影响，实现检测是预防与治理的关键。目前已有的检测金属离子的方法包括：原子吸收(AAS)、原子荧光 (AFS)、电感耦合等离子体-质谱仪(ICP-MS)与电化学分析法等，然而这些方法往往依赖于大型昂贵的仪器设备，样品制备步骤复杂繁琐、伴随其它离子干扰严重、现场快速检测及时性差。与传统的检测方法相比，贵金属纳米粒子比色法具有省时、费用低廉、便于携带、易于操作等优点，使得快速、实时检测成为可能，可极大提高检测效率。在之前的研究工作基础上（Nanoscale, 2011, 3: 2150-2154. Analyst, 2011, 136: 2825-2830.），通过与相关单位合作，基于贵金属纳米粒子比色方法，中科院宁波材料所吴爱国研究团队在重金属离子检测及回收方面取得了一些阶段性的研究进展：

        单一离子检测方面：利用铬（VI）氧化刻蚀银核金壳纳米颗粒的机理开发出快速检测水溶液中铬（VI）的方法，裸眼检测限为1.0×10¯7M，利用紫外-可见分光光度计（UV-Vis）检测限为1.0×10¯8 M（终浓度），低于铬（VI）国家饮用水标准1.0×10¯7 M（Talanta, 2012, 101: 122-127，专利申请号：201110378260.9），检测时间25分钟（常温，最低浓度时，下同）；基于铅离子与硫代硫酸根离子对金纳米粒子的刻蚀作用开发出铅离子快速比色检测方法，利用裸眼检测限达0.1µM，利用UV-Vis检测限达40nM（终浓度），低于国家饮用水标准规定的Pb²+最高允许浓度-48nM(Dalton Transactions, 2013, 42: 5485-5490，专利号：ZL 201110299385.2 )，检测时间为30分钟；基于Au@Cds复合结构检测水溶液中的Cd²+，目前裸眼检测限达10¯7M（终浓度，专利申请号：201210391120.X），低于国家污水排放标准，检测时间为25分钟；在课题组Co²+检测实验的基础上，通过与陈亮团队合作，结合理论计算与模拟，进一步优化实验条件，将Co²+的比色检测限从3.0×10¯7M降低至5×10¯10M（加入浓度为2nM，Talanta, 2012, 94: 271-277，专利申请号：201110363954.5），低于国家饮用水标准-0.85µM，检测时间为10分钟；碱性条件下，多聚磷酸根可与二价锰离子发生特异性络合，导致银纳米粒子团聚，由此开发出的锰离子快速比色检测方法，裸眼检测限为0.1µM，利用UV-Vis检测限达0.05µM（加入浓度为1µM，Sensors and Actuators B: Chemical, 2013, 181: 288-293，专利申请号：201210310138.2），低于国家饮用水标准-1.8µM，检测时间为20分钟；基于铜离子在酸性条件下氧化刻蚀银纳米粒子，开发出铜离子快速比色检测方法，裸眼检测限为0.5 µM，利用UV-Vis达0.1µM（加入浓度为2µM，Sensors and Actuators B: Chemical, 2013, 176: 906-912，专利申请号：201210097477.7），低于国家饮用水标准-16µM，检测时间为25分钟；利用丁二酮肟修饰Tween 20包覆的银纳米粒子检测镍离子，检测限达0.02µM（加入浓度为0.1µM，专利申请号：201210341510.6），低于国家饮用水标准-0.34µM，检测时间为15分钟。

铬(Ⅵ)氧化刻蚀银核金壳纳米颗粒的机理示意图

        多种离子检测方面：利用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）和溶于碱溶液的双硫腙修饰金纳米粒子（AuNPs），发展出一种特异性功能化AuNPs试剂，该试剂对10种重金属离子（Cr(VI)、 Cr³+、Mn²+、Co²+、 Ni²+、Cu²+、Zn²+、Cd²+、Hg²+和Pb²+）均呈现显色反应（Langmuir, DOI: 10.1021/la400909b，专利申请号：201210159826.3）。

功能化AuNPs与10种重金属离子反应后的比色照片

        毒性重金属离子检测及回收方面：利用汞离子能够诱导罗丹明内酰胺结构开环发出荧光特性，将罗丹明肼合物经化学反应修饰于 Fe3O4 微球表面。吸附汞离子后的Fe3O4-R6G，可使用外加磁场实现快速固液分离，使制备出的 Fe3O4-R6G具有检测与吸附去除双重功能，对汞离子最大吸附容量可达37.4 µmol/g（Journal of Hazardous Materials, 2013, 244: 621-627，专利申请号：201210396580.1）。

四氧化三铁-罗丹明肼合物复合材料吸附、脱附汞离子示意图

        目前，研究团队正在测试各种环境样品，有望开发出各种符合实际需求的纳米快速检测试剂。相关工作先后获得国家863（SS2012AA063202）、浙江省杰出青年基金(R5110230)等支持。

（纳米事业部  张玉杰）