CN104292381B - 一种荧光离子印迹探针的制备及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种荧光离子印迹探针的制备方法及应用，尤其涉及一种用于检测Cu²⁺的荧光印迹探针的制备方法，以及应用于检测水中痕量的Cu²⁺，属于材料制备和检测技术领域，特指以金属铕离子配合物为发光基团，二价Cu离子作为模板分子，甲基丙烯酸（MAA）为功能单体，二甲基丙烯酸乙二醇酯（EGDMA）为交联剂，偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，制备印迹荧光探针的方法，痕量分析检测实验以及选择性实验用来研究了制备的荧光探针的选择性分析性能，结果表明利用本发明获得的荧光印迹探针有优越的Cu离子识别性能。

Description

一种荧光离子印迹探针的制备及其应用

技术领域

本发明涉及一种荧光离子印迹探针的制备方法及应用，尤其涉及一种用于检测Cu²⁺的荧光印迹探针的制备方法，以及应用于检测水中痕量的Cu²⁺，属于材料制备和检测技术领域。

背景技术

随着电子技术的不断发展，全球金属铜的需求也稳定增长。对冶炼、采矿等残渣的不当处理造成环境的污染，近年来不断引起人们的注意。随着工业排污量急剧增加,各类水环境中Cu离子污染日益加剧已经成为不争的事实。人们已经证实人体内 Cu²⁺的过量富集会引起神经系统和泌尿系统的损伤。引起阿尔斯海默病。美国环境保护署（EPA）建议，饮用水中Cu²⁺的含量应低于 1.3 mg/kg (~20 μM)。一般说来，通过实验室一种精密大型仪器如质谱，ICP-MS，原子光谱，伏安法等检测可以准确的检测Cu²⁺的含量。但是，样品前处理复杂，仪器昂贵从而没法对环境水样中的Cu²⁺进行快速实地的检测。因此，发展一种廉价、可靠、可行的方法成为亟待解决的难题，特别是能够为发展中国家和偏远地区提供环境检测。为了实现这个目标，近年来出现了很多对重金属离子检测的手段和方法。如一些基于小的有机荧光染料、DNA 酶以及金属调节蛋白等的荧光探针，基于纳米材料如贵金属纳米颗粒、银纳米颗粒等的重金属离子检测方法，还有电化学方法等等,这些方法都能够对环境中的重金属离子进行较为灵敏的检测， 基于有机荧光探针的荧光分析法受到了科研工作者的广泛欢迎，建立的众多的荧光分析方法已广泛用于测定无机物、有机物及生物大分子。基于有机荧光探针的荧光分析法具有较低的检测下限和一定的选择性，且能使用普及型仪器。但是，这些技术选择性不高，对检测环境要求苛刻。无法应用于受到复杂体系的检测。从而限制了其应用。所以为了达到对有毒重金属离子痕量的甚至超痕量的检测,用于检测的材料和方法还需要不断地创新、改进和完善。

离子印迹技术(IIT)是模拟自然界中如：酶与底物、抗体与抗原等的分子识别作用，以目标离子为模板制备对该离子具有特异选择性识别功能的高分子印迹聚合物(ionicImprinted Polymers, IIPs)的一种技术。

将分子印迹技术与荧光分析技术结合产生的分子印迹探针的开发应用是最具吸引力的研究之一。将离子印迹聚合物的包覆在荧光探针表面，兼具印迹技术和荧光分析法的两方面优点：一方面利用离子印迹聚合物的特异性吸附的优越性质，提高探针的灵敏度。另一方面，将高度灵敏的荧光检测与MIPs相结合，利用荧光信号弥补MIPs缺乏信号传导的缺陷，制备得到分子印迹荧光传感器满足了传感器材料的抗干扰，高选择，高灵敏度的需求，已经成为当前传感分离等领域的研究热点

为将特定模板从结构类似的混合物中特异性检测物质出来提供了可行有效的解决途径。考虑到合成的印迹层具有对特定物质专一选择性识别功能，为Cu²⁺的痕量检测过程提供了种新方法。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷，提供一种以稀土配合物为发光材料合成对Cu²⁺有专一识别性的印迹分子探针，并用于对水样中的Cu²⁺痕量检测。该荧光印迹探针对Cu^{2 +}具有较高的吸附性和选择性。

本发明采用的技术方案是：

一种荧光离子印迹探针的制备方法，按以下步骤进行：

(1)取氯化铕(EuCl₃)、1,10-邻菲罗啉(phen)、噻吩甲酰三氟丙酮(TTA)溶于乙

醇中，磁力搅拌均匀后，滴加浓氨水，调节pH，溶液变浑浊；继续搅拌，离心，洗涤，得到Eu()配合物；

其中，EuCl₃、phen、TTA 三者的摩尔比为1:1.5:1~1:1:1。

(2)将步骤(1)得到的Eu()配合物超声溶解于适量的DMF溶液中，然后将

溶解的溶液倒入乙醇溶液，再向混合溶液中滴加正硅酸四乙酯(TEOS)形成溶液A；氨水、乙醇、蒸馏水形成的混合溶液称为溶液B；将全部的溶液A迅速倒入溶液B中，磁力搅拌；反应完成后离心，洗涤，得到Eu(III)@SiO₂；

其中，溶液A中Eu()配合物的浓度为3~4 g/L，DMF与乙醇的体积比为1:5；TEOS的在溶液A中体积分数为3％~5％；溶液B中氨水的体积分数为4％~5％，乙醇和水的体积比为14:5；

(3)将步骤(2)得到的荧光材料分散于乙腈中，加入甲基丙烯酸(MAA)、二甲

基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、CuCl₂，自组装，然后加入偶氮二异丁氰(AIBN)聚合，得到印迹荧光探针；

其中，所得最终整个混合溶液中，Eu(III)@SiO₂的浓度为3~4 g/L，MAA的浓度10~20 mmol/L，EGDMA的体积百分数为4.7~5.3％，Cu²⁺的浓度为3~5 mmol/ L，AIBN的浓度为3~6.5 mmol/L；

(4)将步骤(3)得到的印迹荧光探针用EDTA稀溶液作浸提液，采用索氏提取将模板分子去除，直到模板分子无法通过紫外-可见分光光度计检测出来，产品在真空干燥箱中烘干；

其中，步骤（1）中所述调节pH为7；所述搅拌时间为2 h。

步骤(2)中所述的反应时间为2 h。

步骤（1）和步骤（2）中所述洗涤均为用乙醇洗涤三次。

步骤(3)所述自组装为氮气保护条件下，40℃下自组装6 h；所述聚合为60℃下聚合 24 h。

步骤(4)中所述的浸提液中，EDTA溶液的浓度为0.01 M；所述烘干温度为60 ℃。

对应的非印迹荧光探针的制备方法与上述相同，但不加模板分子Cu²⁺。

上述印迹荧光探针应用于检测环境中水样的Cu²⁺含量，具体方法按照下述步骤进行。

(1) 准确称取等量的印迹荧光探针和和非印迹荧光探针配置成溶液。

(2) 取CuCl₂用蒸馏水配置成一系列0~100 µmol/L配置成混合标准液，取10 mL配制好的溶液加入到比色管中，再各加入1mL印迹荧光探针和非印迹探针，在25 ^oC震荡均匀十分钟后，使用荧光分光光度计测定其荧光强度。

(3)如果初始的荧光强度为I₀，加入后的荧光强度为I，则荧光猝灭的量跟Cu²⁺的浓度在一定的范围内成线性关系，可以通过I₀­-I来测量Cu²⁺的浓度。

本发明的技术优点：

(1) 印迹过程发生在荧光材料表面，避免了传统模板分子因包埋过深而无法洗脱的问题。

(2) 在荧光材料表面包覆印迹层，选择性吸附Cu²⁺离子，极大的提高的探针的灵敏度。

(3) 利用本发明获得的荧光印迹探针具有极高的灵敏度，优越的对Cu²⁺离子识别性能。

附图说明

图1：(A)为Eu()@SiO₂扫描电镜图，(B)为Eu()@SiO₂投射电镜图，(C)为印迹荧光探针投射电镜图，(D)为印迹荧光探针放大投射电镜图。

图2：Eu(III)@SiO₂、印迹荧光探针（Eu()@SiO₂@IPs）、非印迹荧光探针（Eu()@SiO₂@NIPs）的FT-IR图。

图3：a：Eu(III)@SiO₂、b：Eu(III)@SiO₂@IPs、c：Eu(III)@SiO₂@NIPs的热重图。

图4：印迹探针检测痕量Cu²⁺图。

图5：非印迹聚合物检测痕量Cu²⁺图。

具体实施方式

下面结合具体实施实例对本发明做进一步说明。

实施例1

(1) EuCl₃ 0.5 mmol、phen 0.75 mmol、TTA 0.5 mmol，溶解于100 mL乙醇中磁力搅拌，五分钟后滴加浓氨水。调节pH=7，溶液变浑浊。继续搅拌2 h，离心，用乙醇洗三次。得到Dy()配合物。

(2)将步骤(1)中Eu()配合物100 mg溶于5 mL DMF中。与25 ml乙醇、1 mL TEOS的混合溶液形成溶液A中。然后1 mL氨水加入14 ml乙醇和5 ml蒸馏水的混合溶液中形成溶液B，然后将溶液A迅速倒入溶液B中，磁力搅拌2 h。离心，洗涤三次，得到Eu(III)@SiO₂。

(3)将(2)中得到的Eu(III)@SiO₂ 0.1g分散于30mL乙腈中，然后加入0.35 mmol甲基丙烯酸(MAA)、1.50 mL二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA), 0.10 mmol Cu²⁺。N₂保护下，40℃下自组装6 h，然后加入33 mg偶氮二异丁氰(AIBN) 60℃下聚合 24 h。得到印迹荧光探针。

(4)将步骤(3)得到的印迹荧光探针用EDTA溶液(0.1 M) 作浸提液，采用索氏提取将模板分子去除，直到模板分子无法通过紫外-可见分光光度计检测出来，产品在60 ℃真空干燥箱中烘干。

对应的非印迹荧光探针的制备方法与上述相同，但不加模板分子Cu²⁺。

(5)Eu(III)@SiO₂、印迹荧光探针、非印迹荧光探针的扫描电镜图如图1所示，图中印迹层和非印迹层也成功的包覆在Eu(III)@SiO₂表面。

(6) Eu(III)@SiO₂、印迹荧光探针、非印迹荧光探针的FT-IR图如图2所示。图中1732, 1259和1161 cm^-1波数处分别为为C=O伸缩振动 (MAA),酯的C–O 不对称和对称伸缩振动 (EGDMA)。 1635 cm⁻¹波数处, 为甲基丙烯酸的C = C拉伸吸收峰,表明EGDMA在荧光材料表面交联程度低于100%. 同时, 印迹荧光探针在3441 cm⁻¹的吸收峰为MAA的O–H 伸缩振动。以上都表明有AIBN引发的交联反应在荧光材料表面成功进行。

(7) Eu (III)@SiO2、Eu (III)@ SiO2@IPs、Eu (III)@ SiO2@NIPs的热重图。从图中可知，印迹荧光探针在200 ℃下热力学稳定。

实施例2

(1) EuCl₃ 0.5 mmol、phen 0.5 mmol、TTA 0.5 mmol，溶解于100mL乙醇中磁力搅拌，五分钟后滴加浓氨水。调节pH=7，溶液变浑浊。继续搅拌2 h，离心，用乙醇洗三次。得到Dy()配合物。

(2) 将步骤(1)中Eu()配合物20 mg溶于1 mL DMF中。与5 ml乙醇、0.19 mLTEOS的混合溶液形成溶液A中。然后0.2 mL氨水加入4.2 ml乙醇和1.5 ml蒸馏水的混合溶液中形成溶液B，然后将溶液A迅速倒入溶液B中，磁力搅拌2 h。离心，洗涤三次，得到Eu(III)@SiO₂。

(3) 将(2)中得到的荧光材料0.12 g分散于30mL乙腈中，然后加入0.50 mmol甲基丙烯酸(MAA)、1.55 mL二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA), 0.12 mmol Cu²⁺。N₂保护下，40℃下自组装6 h，然后加入25 mg偶氮二异丁氰(AIBN) 60℃下聚合 24 h。得到印迹荧光探针。

(4)将步骤(3)得到的印迹荧光探针用EDTA溶液(0.1 M)作浸提液，采用索氏提取将模板分子去除，直到模板分子无法通过紫外-可见分光光度计检测出来，产品在60 ℃真空干燥箱中烘干。

对应的非印迹荧光探针的制备方法与上述相同，但不加模板分子Cu²⁺。

实施例3

(1) EuCl₃ 0.5 mmol、phen 0.5 mmol、TTA 0.5 mmol，溶解于100 mL乙醇中磁力搅拌，五分钟后滴加浓氨水。调节pH=7，溶液变浑浊。继续搅拌2 h，离心，用乙醇洗三次。得到Dy()配合物。

(2)将步骤(1)中Eu()配合物50 mg溶于2 mL DMF中。与10ml乙醇、0.5 mL TEOS的混合溶液形成溶液A中。然后0.4 mL氨水加入7 ml乙醇和2.5 ml蒸馏水的混合溶液中形成溶液B，然后将溶液A迅速倒入溶液B中，磁力搅拌2 h。离心，洗涤三次，得到Eu(III)@SiO₂。

(3)将(2)中得到的荧光材料0.12 g分散于30mL乙腈中，然后加入0.60 mmol甲基丙烯酸(MAA)、1.70 mL二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA), 0.15 mmol Cu²⁺。N₂保护下，40℃下自组装6 h，然后加入16 mg偶氮二异丁氰(AIBN) 60℃下聚合 24 h。得到印迹荧光探针。

(4)将步骤(3)得到的印迹荧光探针用EDTA溶液(0.1 M)作浸提液，采用索氏提取将模板分子去除，直到模板分子无法通过紫外-可见分光光度计检测出来，产品在60 ℃真空干燥箱中烘干。

对应的非印迹荧光探针的制备方法与上述相同，但不加模板分子Cu²⁺。

(5)将制备的印迹荧光探针用于检测痕量的铜离子的测试

取Cu²⁺配置成一系列0~100 μmol/L标准液。取10 mL配制好的溶液加入到比色管中，再各加入1mL印迹荧光探针和非印迹探针，在25 ^oC震荡均匀，使用荧光分光光度计测定其荧光强度。

如果初始的荧光强度为I₀，加入后的荧光强度为I，则荧光变化的量跟Cu²⁺的浓度在一定的范围内成线性关系。可以通过I₀­-I来测量Cu²⁺的浓度。

测试结果如图4（印迹）、图5（非印迹）所示，图4中线性方程为：y=4.15×10^-3 x+0.00064；图5中线性方程为：y=2.47×10^-3 x+0.00253。

结果表明，印迹荧光探针在浓度范围0到100μmol/L时，荧光的变化量与Cu²⁺的浓度成线性关系，相关系数为0.9934，可以用于对Cu²⁺的痕量检测分析。

然后，加标模拟环境Cu离子污染水样进行实际样品检测试验。

取Cu离子加标的待测液10 ml于比色管中，再加入1mL印迹荧光探针在25 ^oC震荡均匀，使用荧光分光光度计测定其荧光强度。带入图4方程，得出模拟水样的浓度。测试结果如表1所示。

表1

结果表明，印迹荧光探针可以很好的检测环境中痕量铜离子的浓度。

Claims (7)

1.一种荧光离子印迹探针的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

(1)取氯化铕、1,10-邻菲罗啉、噻吩甲酰三氟丙酮溶于乙醇中，磁力搅拌均匀后，滴加浓氨水，调节pH，溶液变浑浊；继续搅拌，离心，洗涤，得到Eu( )配合物；

其中，所述氯化铕、1,10-邻菲罗啉、噻吩甲酰三氟丙酮的摩尔比为1:1.5:1~1:1:1；

(2)将步骤(1)得到的Eu()配合物超声溶解于适量的DMF溶液中，然后将溶解的溶液倒入乙醇溶液，再向混合溶液中滴加正硅酸四乙酯形成溶液A；氨水、乙醇、蒸馏水形成的混合溶液称为溶液B；将全部的溶液A迅速倒入溶液B中，磁力搅拌；反应完成后离心，洗涤，得到Eu(III)@SiO₂；

其中，所述溶液A中Eu()配合物的浓度为3~4 g/L，DMF与乙醇的体积比为1:5；TEOS在溶液A中体积分数为3％~5％；所述溶液B中氨水的体积分数为4％~5％，乙醇和水的体积比为14:5；

(3)将步骤(2)得到的荧光材料分散于乙腈中，加入甲基丙烯酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯、CuCl₂，自组装，然后加入偶氮二异丁腈聚合，得到印迹荧光探针；

其中，所得最终整个混合溶液中，Eu(III)@SiO₂的浓度为3~4 g/L，MAA的浓度10~20mmol/L，EGDMA的体积百分数为4.7~5.3％，Cu²⁺的浓度为3~5 mmol/ L，AIBN的浓度为3~6.5mmol/L；

(4)将步骤(3)得到的印迹荧光探针用EDTA稀溶液作浸提液，采用索氏提取将模板分子去除，直到模板分子无法通过紫外-可见分光光度计检测出来，产品在真空干燥箱中烘干。

2.根据权利要求1所述的一种荧光离子印迹探针的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述调节pH为7；所述搅拌时间为2 h。

3.根据权利要求1所述的一种荧光离子印迹探针的制备方法，其特征在于，步骤(2)中反应时间为2 h。

4.根据权利要求1所述的一种荧光离子印迹探针的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述自组装为氮气保护条件下，40℃下自组装6 h；所述聚合为60℃下聚合 24 h。

5.根据权利要求1所述的一种荧光离子印迹探针的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述的浸提液中，EDTA溶液的浓度为0.01 M；所述烘干温度为60 ℃。

6.根据权利要求1所述的一种荧光离子印迹探针的制备方法，其特征在于，所制备的印迹荧光探针应用于检测环境中水样的Cu²⁺。

7.根据权利要求6所述的一种荧光离子印迹探针的制备方法，其特征在于，所述的印迹荧光探针检测环境中水样的Cu²⁺ 含量的方法为：

(1) 准确称取等量的印迹荧光探针和非印迹荧光探针配置成溶液；

(2) 取CuCl₂用蒸馏水配置成一系列0~100 µmol/L混合标准液，取10 mL配制好的溶液加入到比色管中，再各加入1mL印迹荧光探针和非印迹探针，在25 ^oC震荡均匀十分钟后，使用荧光分光光度计测定其荧光强度；

(3)如果初始的荧光强度为I₀，加入后的荧光强度为I，则荧光猝灭的量跟Cu²⁺的浓度在一定的范围内成线性关系，可以通过I₀­-I来测量Cu²⁺的浓度。