论文标题：Selective Colorimetric Detection of Pb(II) Ions by Using Green Synthesized Gold Nanoparticles with Orange Peel Extract

论文链接：https://www.mdpi.com/2227-9040/12/3/33

期刊名：Chemosensors

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/chemosensors

文章导读

重金属铅 (Pb²⁺) 作为环境中常见的污染物之一，其高毒性和生物累积效应对人类健康和生态系统构成严重威胁。传统铅离子检测方法虽具备高灵敏度，如原子吸收光谱 (AAS) 与电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS)，但其设备昂贵、操作复杂且不便于现场快速检测。因此，开发一种绿色、低成本、可视化且易操作的铅离子检测方法，成为当前环境检测技术发展的重要方向。本篇由意大利卡梅里诺大学Rita Giovannetti老师团队撰写并在 Chemosensors 期刊发表的文章提出了一种创新性的比色检测策略，即使用橘子皮提取物 (Orange Peel Extract, OPE) 作为还原剂和稳定剂，通过绿色合成方法制备金纳米颗粒 (AuNPs)，并将其应用于Pb2+离子的选择性识别与检测。研究者发现，AuNPs在遇到Pb²⁺时会发生明显的颜色变化，由红色变为蓝灰色，基于这种变化建立了可视化的比色检测系统。此方法不仅简便环保，而且灵敏度较高，检测限可达50 μM，显示出其在环境监测和现场快速检测中的广泛应用前景。

研究过程和结果

铅 (Pb²⁺) 作为重金属污染物，对人体的神经系统、肾脏功能和儿童智力发育均具有显著危害。尤其在饮用水和土壤环境中，即使是微量的铅离子也可能造成严重后果。传统检测手段虽然灵敏度高，但不适用于资源受限地区或需要现场快速检测的场合。近年来，纳米材料特别是金纳米颗粒 (AuNPs) 因其独特的表面等离子体共振 (SPR) 特性和可视颜色变化，被广泛应用于比色检测系统中。本研究通过绿色合成策略，以橘子皮提取物作为天然还原剂和稳定剂，合成了分散性好、响应灵敏的金纳米颗粒 (OPE-AuNPs)，并用于Pb²⁺的比色检测。该方法无须使用任何有毒还原剂或表面活性剂，具有绿色环保、成本低廉、操作简便等优势。

1. 金纳米颗粒的绿色合成与表征

橘子皮富含类黄酮、多酚、糖类和羧酸等活性成分，可有效作为金离子的还原剂和稳定剂。研究中将橘子皮提取物与HAuCl₄溶液混合，在室温条件下即可完成AuNPs的合成，溶液颜色由淡黄色变为紫红色，表明纳米金颗粒的形成。通过紫外-可见吸收光谱 (UV-Vis) 观察到典型的SPR吸收峰在530 nm左右，说明形成了尺寸均一的AuNPs (图1)。透射电子显微镜 (TEM) 图像进一步显示颗粒多为球形，平均粒径在18–25 nm之间，分散性良好 (图2)。此外，XRD和FTIR分析也证实了AuNPs的晶体结构与OPE中功能基团的存在。

图1. (a) 在不同ph值下制备的AuNPs@OPE的紫外可见光谱，(b) 在不同数量的OPE (50-250µL) 下制备的AuNPs@OPE的紫外可见光谱，附图显示了制备的纳米颗粒的颜色变化，(c) OPE提取物 (黄色) 和冻干AgNPs@OPE纳米颗粒 (蓝色) 的FT-IR光谱。

图2. (a,b) 不同放大倍数下的SEM图像，(c) 尺寸分布分析，(d) AuNPs@OPE的EDX光谱。

2. Pb²⁺的比色检测机制与性能评价

(1) 检测原理：AuNPs的比色检测主要依赖其SPR特性变化。当Pb²⁺存在时，与AuNPs表面发生络合作用，引发纳米颗粒的聚集，导致SPR吸收峰从530 nm移向更长波长 (600–700 nm)，同时溶液颜色由紫红转变为蓝灰色。这种肉眼可见的颜色变化使得Pb²⁺的快速定性和定量检测成为可能 (图3)。

(2) 选择性与灵敏度：研究者测试了多种常见金属离子 (如Cu²⁺、Zn²⁺、Fe³⁺、Hg2+、Cd²⁺等) 对OPE-AuNPs的影响，结果表明，只有Pb²⁺能够引起明显颜色变化，表现出良好的选择性。在一定浓度范围内，检测呈线性关系，最低检测限可达50 μM，适合用于饮用水等低浓度污染检测。

(3) 干扰物测试：通过添加Na⁺、K⁺、Ca²⁺等无干扰离子以及混合金属体系进行测试，验证了传感系统对复杂环境的适应性，显示出良好的抗干扰能力。

图3. AuNPs@OPE检测Pb²⁺的比色机制示意图。

3. 实用性分析与未来展望

(1) 实际样品检测：为验证该比色传感系统的应用性，研究者将其用于模拟水样中Pb²⁺的检测，并与ICP-OES方法对比，结果显示回收率在93–105%之间，表明该方法具有良好的准确性和实用性。

(2) 便携化与低资源环境适应性：由于该方法无需复杂设备，操作简便，极具现场检测潜力，特别适合发展中国家或偏远地区的重金属监控。同时，未来可结合纸基微流控芯片技术，实现可视化手持检测装置。

(3) 绿色合成理念的推广价值：该研究所采用的绿色合成策略为纳米材料在环境分析中的可持续应用提供了示范。橘子皮等农业废弃物的再利用，不仅提升了废物的附加值，也为绿色化学提供了新的方向。

文章总结

本文提出了一种基于橘子皮提取物绿色合成的金纳米颗粒 (OPE-AuNPs) 比色传感系统，用于铅离子 (Pb²⁺) 的选择性检测。该系统利用金纳米颗粒在遇到Pb²⁺后发生聚集反应所引发的颜色变化，实现了可视化检测目标。通过系统的材料表征、机制分析和性能评估，本文验证了OPE-AuNPs具有良好的灵敏度、选择性及实际应用能力。相比传统检测手段，该方法成本低、操作简便、无需专业设备，特别适合于现场检测和资源有限地区的应用。同时，该研究还推动了绿色合成与环境监测的融合发展，通过利用天然提取物制备功能性纳米材料，展现了绿色化学与环境分析技术的巨大协同潜力。未来，随着纸基传感、智能手机读数平台等技术的发展，该绿色比色检测方法有望走向实际应用前沿，为重金属污染监控、饮用水安全保障以及环境风险评估提供坚实支撑。本文的研究不仅是一项技术创新，更是对生态可持续发展的积极回应。

Chemosensors 期刊介绍

主编：Nicole Jaffrezic-Renault, CNRS/University of Franche-Comté, France; Jin-Ming Lin, Tsinghua University, China

期刊范围涵盖化学传感理论；机理和检测原理；开发、制造技术；化学分析方法在食品、环境监测、医药、制药、工业、农业等方面的应用。