CN104865232B - 一种金属有机骨架材料选择性检测抗坏血酸的方法 - Google Patents

一种金属有机骨架材料选择性检测抗坏血酸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属有机骨架材料对抗坏血酸选择性检测方法。它是依次加入400 µL的Tris‑HCl缓冲溶液(0.1 M)、5‑2000 µL抗坏血酸(2 mM)和200‑2000 µL金属有机骨架材料悬浮液(200 mg L‑1)，加水定容至4 mL，静置5‑15分钟，待反应体系稳定后测定反应体系的荧光发射光谱，通过荧光发射光谱的强度和线性方程计算出待测液中抗坏血酸的浓度。本发明所提供的检测方法有较宽的检测范围和较低的检出限，检测抗坏血酸过程简单，易于操作，有利于今后的推广。

Description

一种金属有机骨架材料选择性检测抗坏血酸的方法
本专利受到国家自然科学基金面上项目21375095、全国优秀博士学位论文作者专项资助资金FANEDD-201023、天津市应用基础研究计划重点项目12JCZDJC21700和天津市“131”创新型人才培养工程第一层次项目ZX110185的资助。天津市应用基础与前沿技术研究计划天津市自然科学基金项目14JCQNJC05900以及国家自然科学基金项目21301128的资助。
技术领域
本发明属于金属有机骨架材料制备技术领域，具体涉及一种金属有机骨架材料对抗坏血酸的检测方法。
背景技术
金属有机骨架材料（Metal-Organic Frameworks，MOFs)是一类通过金属离子/团簇团体通过配位键与含氮、氧的芳香酸或碱多齿有机配体自组装而形成的骨架材料，又被称为多孔配位聚合物（porous coordination polymer，PCP）。金属有机骨架材料具有新颖的拓扑结构、超大的比表面积和良好的热稳定性，使得此种材料在气体存储、催化、药物缓释、分子传感、成像等方面有着广泛的应用。
抗坏血酸是一种重要的抗氧化剂，在我们人类的日常饮食中扮演着重要的作用，此外，抗坏血酸还可用于预防和治疗普通感冒，精神疾病，不孕不育，艾滋病和癌症等疾病。近几年来，随着越来越多的化学材料被发现，利用这些材料来检测抗坏血酸的方法也层出不穷。传统检测抗坏血酸的方法有气相色谱法、高效液相色谱法、电化学法、紫外吸收光谱法等。这些方法存在检测时间长、检测过程复杂、仪器昂贵、检测灵敏度低等不足。
而金属有机骨架材料优异的光学性质使其在荧光检测金属离子、硝基炸药等方面有很多应用，而应用于荧光检测抗坏血酸的，鲜有报道。本方法利用抗坏血酸与金属有机骨架材料之间的特殊相互作用，采用荧光法检测抗坏血酸，可通过反应体系荧光发射光谱变化实现对抗坏血酸的快速灵敏检测。
发明内容
本发明利用金属有机骨架材料优异的光学性质和抗坏血酸与金属有机骨架材料之间的特殊相互作用，采用荧光法检测抗坏血酸，可通过反应体系荧光发射光谱变化实现对抗坏血酸的快速灵敏检测。
为实现上述目的，本发明公开了金属有机骨架材料在荧光检测抗坏血酸中的应用。同时也公开了采用金属有机骨架材料检测抗坏血酸的方法，它是依次加入400 µL pH=6.0-9.6的Tris-HCl缓冲溶液(0.1 M)、5-2000 µL抗坏血酸(2 mM)和200-2000 µL金属有机骨架材料悬浮液(200 mg L-1)，加水定容至4 mL，静置5-15分钟，待反应体系稳定后测定反应体系的荧光发射光谱，通过荧光发射光谱的强度和线性方程计算出待测液中抗坏血酸的浓度。
本发明进一步公开了采用金属有机骨架材料对抗坏血酸进行检测的方法在制备检测人体尿液、血清中抗坏血酸含量方面应用。实验结果显示：本发明所提供的检测方法有较宽的检测范围和较低的检出限，检测抗坏血酸过程简单，易于操作。
本发明重点考察了：
（1）金属有机骨架材料优秀的发光性质在荧光检测方面的应用潜力；
（2）金属有机骨架材料在选择性检测抗坏血酸的应用；
（3）金属有机骨架材料应用于检测人体尿液、血清中抗坏血酸的检测；
本发明优选的例子描述如下：
a) 金属有机骨架材料{[Cd(abtz)2(NCS)]·(ClO4)}n的制备：根据文献(Y. Y.Wang, Q. Jin, S. X. Liu, C. Guo, Y. Y. Liu, B. Ding, X. X. Wu, Y. Li, Z. Z.Zhu, RSC Adv., 2015, 5, 35238)，将Cd(ClO4)2·6H2O (20.9 mg, 0.05 mmol) 和4-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基甲基) 苯胺(abtz) (17.4 mg, 0.1 mmol) 混合在高纯水(5 mL)和甲醇(5 mL)中，搅拌0.5 h，过滤后室温下干燥两星期，得到无色晶体。将上述产物（0.3565g，0.5mmol）和NH4SCN（0.076g，1 mmol）在10 mL水/甲醇（v/v = 1:1）溶液中混合搅拌一小时，然后将混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在160 ℃的条件下加热反应12 h后，在室温条件下自然冷却72 h。用水和乙醚洗涤数次后，抽滤得到无色晶体，即{[Cd(abtz)2(NCS)]·(ClO4)}n。
b) 上述制备方法制备的金属有机骨架材料在检测抗坏血酸上的应用：依次加入400 µL pH=6.0-9.6的Tris-HCl缓冲溶液(0.1 M)、5-2000 µL抗坏血酸(2 mM)和200-2000µL金属有机骨架材料悬浮液(200 mg L-1)，加水定容至4 mL，静置5-15分钟，待反应体系稳定后测定反应体系的荧光发射光谱，通过荧光发射光谱的强度和线性方程计算出待测液中抗坏血酸的浓度。
本发明公开的荧光法检测抗坏血酸方法与现有的技术相比，具有以下的有益效果：
（1）本发明所提供的检测方法有较宽的检测范围和较低的检出限，本方法与其他方法的比较见表1，说明了本方法有较宽的检测范围和较低的检出限；
（2）本发明利用金属有机骨架材料检测抗坏血酸过程简单，易于操作，且荧光分光光度计较常见：
结论：说明本方法有较宽的检测范围和较低的检出限。
附图说明：
图1为金属有机骨架材料的粉末衍射图，说明本专利成功的合成了文献中报道的金属有机骨架材料{[Cd(abtz)2(NCS)]·(ClO4)}n；
图2为金属有机骨架材料的紫外光谱图和荧光发射图，说明本专利中合成的金属有机骨架材料在250 nm处有较强的吸收，故使用250 nm为激发波长，在250 nm的激发波长下，本方法合成的金属有机骨架材料在348 nm处有激发峰；
图3为优化金属有机骨架材料浓度图，说明在浓度范围为20-100 mg L-1，金属有机骨架材料荧光强度先逐渐升高，当浓度过高时，荧光强度逐渐降低；
图4为优化金属有机骨架材料pH图，说明在pH=6.0-9.6条件下，金属有机骨架材料荧光强度无太大变化；
图5为金属有机骨架材料检测抗坏血酸的荧光光谱图，说明了随抗坏血酸浓度的增大，反应体系的荧光发射强度逐渐减低；
图6为金属有机骨架材料检测抗坏血酸的线性范围图，说明了在抗坏血酸浓度为0.25 µM-75 µM范围内，反应体系中抗坏血酸的浓度与荧光猝灭强度呈线性关系，其线性方程为：I0- I = 10.8422 + 5.49051C0 ，R2=0.9984。
具体实施方式
通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清晰和容易理解。下面结合具体实例对本发明作进一步详细说明。
所用化学试剂至少为分析纯，高纯水购自哇哈哈纯净水公司，Cd(ClO4)2·6H2O，4-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基甲基)苯胺(abtz)、NH4SCN、甲醇购自天津市江天统一科技有限公司，三羟甲基氨基甲烷（Tris）购自北京鼎国生物技术有限公司，L-抗坏血酸、葡萄糖、尿素、NaCl、KCl、CaCl2、 (CH3COO)2Zn·2H2O 购自天津市光复科技发展有限公司，CH3COONa·3H2O购自北方天医化学试剂厂，甘氨酸购于天津市珠江卫生材料厂。
实施例1
金属有机骨架材料{[Cd(abtz)2(NCS)]·(ClO4)}n的制备：根据文献(Y. Y. Wang,Q. Jin, S. X. Liu, C. Guo, Y. Y. Liu, B. Ding, X. X. Wu, Y. Li, Z. Z. Zhu,RSC Adv., 2015, 5, 35238)，将Cd(ClO4)2·6H2O (20.9 mg, 0.05 mmol) 和4-(1H-1,2,4-三氮唑-1-基甲基) 苯胺(abtz) (17.4 mg, 0.1 mmol) 混合在高纯水 (5 mL)和甲醇(5 mL中，搅拌0.5 h，过滤后室温下干燥两星期，得到无色晶体。将上述产物（0.3565g，0.5mmol）和NH4SCN（0.076g，1 mmol）在10 mL水/甲醇（v/v = 1:1）溶液中混合搅拌一小时，然后将混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在160 ℃的条件下加热反应12 h后，在室温条件下自然冷却72 h。用水和乙醚洗涤数次后，抽滤得到无色晶体。通过粉末衍射图对比，我们成功合成了文献报道的{[Cd(abtz)2(NCS)]·(ClO4)}n。
实施例2
（1）金属有机骨架材料{[Cd(abtz)2(NCS)]·(ClO4)}n的制备见实施例1
（2）200 mg L-1金属有机骨架材料悬浮液的配制：称量20 mg 金属有机骨架材料，定容在100 mL的容量瓶中，超声分散，放于阴暗处待用；
（3）0.1 M，25 ℃ Tris-HCl缓冲液的配制：分别称取八份Tris 0.01mol, Mr=121.14，含10 mM的NaCl, 0.001 molNaCl至八个烧杯中，分别用0.1 M和5 M的盐酸调pH为6.0, 6.8, 7.4, 8.2, 8.4, 8.9, 9.3, 9.6定容在100mL容量瓶中，放于冰箱中待用；
（3）2 mM抗坏血酸母液配制：称取抗坏血酸0.04 mol, Mr=176.12，定容在10 mL比色管中，现用现制；
实施例3
（1）金属有机骨架材料{[Cd(abtz)2(NCS)]·(ClO4)}n的制备见实施例1，相关溶液配制见实施例2
（2）荧光检测步骤：依次加入400 µL pH=6.0的Tris-HCl缓冲溶液(0.1 M)、0-2000µL抗坏血酸(2 mM)和2000 µL金属有机骨架材料悬浮液(200 mg L-1)，加水定容至4 mL，静置5分钟，待反应体系稳定后测定反应体系的荧光发射光谱。
实施例4
（1）金属有机骨架材料{[Cd(abtz)2(NCS)]·(ClO4)}n的制备见实施例1，相关溶液配制见实施例2
（2）荧光检测步骤：依次加入400 µL pH=7.4的Tris-HCl缓冲溶液(0.1 M)、0-2000µL抗坏血酸(2 mM)和2000 µL金属有机骨架材料悬浮液(200 mg L-1)，加水定容至4 mL，静置5分钟，待反应体系稳定后测定反应体系的荧光发射光谱。
实施例5
（1）金属有机骨架材料{[Cd(abtz)2(NCS)]·(ClO4)}n的制备见实施例1，相关溶液配制见实施例2
（2）荧光检测步骤：依次加入400 µL pH=8.9的Tris-HCl缓冲溶液(0.1 M)、0-2000µL抗坏血酸(2 mM)和2000 µL金属有机骨架材料悬浮液(200 mg L-1)，加水定容至4 mL，静置15分钟，待反应体系稳定后测定反应体系的荧光发射光谱。
实施例6
（1）金属有机骨架材料{[Cd(abtz)2(NCS)]·(ClO4)}n的制备见实施例1，相关溶液配制见实施例2
（2）荧光检测步骤：依次加入400 µL pH=6.0的Tris-HCl缓冲溶液(0.1 M)、0-2000µL抗坏血酸(2 mM)和200 µL金属有机骨架材料悬浮液(200 mg L-1)，加水定容至4 mL，静置15分钟，待反应体系稳定后测定反应体系的荧光发射光谱。
实施例7
（1）金属有机骨架材料{[Cd(abtz)2(NCS)]·(ClO4)}n的制备见实施例1，相关溶液配制见实施例2
（2）荧光检测步骤：依次加入400 µL pH=7.4的Tris-HCl缓冲溶液(0.1 M)、0-2000µL抗坏血酸(2 mM)和1200 µL金属有机骨架材料悬浮液(200 mg L-1)，加水定容至4 mL，静置10分钟，待反应体系稳定后测定反应体系的荧光发射光谱。
实施例8
（1）金属有机骨架材料{[Cd(abtz)2(NCS)]·(ClO4)}n的制备见实施例1，相关溶液配制见实施例2
（2）荧光检测步骤：依次加入400 µL pH=8.9的Tris-HCl缓冲溶液(0.1 M)、0-2000µL抗坏血酸(2 mM)和2000 µL金属有机骨架材料悬浮液(200 mg L-1)，加水定容至4 mL，静置10分钟，待反应体系稳定后测定反应体系的荧光发射光谱。
实施例9
反应体系中干扰物测定：以反应体系中抗坏血酸浓度25 µM为标准，分别探究了对常见干扰物尿素、葡萄糖、甘氨酸、、K+、Na+、Ca2+、Zn2+ 的抗干扰能力。
（1）金属有机骨架材料{[Cd(abtz)2(NCS)]·(ClO4)}n的制备见实施例1，相关溶液配制见实施例2
（2）分别配制不同浓度的常见干扰物尿素（4 mM）、葡萄糖（4 mM）、甘氨酸（4 mM）、K+（100 mM）、Na+（50 mM）、Ca2+（50 mM）、Zn2+（50 mM）溶液。
（3）依次加入400 µL pH=7.4的Tris-HCl缓冲溶液(0.1 M)和1200 µL金属有机骨架材料悬浮液(200 mg L-1)，加水定容至4 mL，静置10分钟，待反应体系稳定后测定反应体系的荧光发射强度为I0。
（4）依次加入400 µL pH=7.4的Tris-HCl缓冲溶液(0.1 M)、50 µL抗坏血酸(2 mM)和1200 µL金属有机骨架材料悬浮液(200 mg L-1)，加水定容至4 mL，静置10分钟，待反应体系稳定后测定反应体系的荧光发射强度为I1。
（5）依次加入400 µL pH=7.4的Tris-HCl缓冲溶液(0.1 M)、50 µL抗坏血酸(2mM)、常见干扰物和1200 µL金属有机骨架材料悬浮液(200 mg L-1)，加水定容至4 mL，静置10分钟，待反应体系稳定后测定反应体系的荧光发射强度为I2。
将(I1-I2)/(I0-I1)小于5%的浓度，定为反应体系能承受的此种干扰物最大浓度。测试结果如表3，说明了采用本方法检测抗坏血酸有很好的选择性，如表2：
实施例10
（1）金属有机骨架材料{[Cd(abtz)2(NCS)]·(ClO4)}n的制备见实施例1，相关溶液配制见实施例2
（4）尿液、血清样品均收集自健康的志愿者，尿液、血清样品经过5000转速，离心处理10分钟后，待用。依次加入400 µL pH=7.4的Tris-HCl缓冲溶液(0.1 M)、40-100 µL尿液或血清、0-10 µL抗坏血酸(2 mM)、和1200 µL金属有机骨架材料悬浮液(200 mg L-1)，加水定容至4 mL，静置10分钟，待反应体系稳定后测定反应体系的荧光发射光谱，通过荧光发射光谱的强度和线性方程计算出待测液中抗坏血酸的浓度，检测的结果如表3：
说明了本方法可以用于实际样品中抗坏血酸的高选择性检测。

Claims (2)

1.一种采用金属有机骨架材料对抗坏血酸进行检测的方法，其特征在于：依次加入400µL pH=6.0-9.6 的Tris-HCl缓冲溶液，浓度为0.1 M；5-2000 µL抗坏血酸，其浓度为2 mM；200-2000 µL金属有机骨架材料悬浮液，其重量为200 mg L-1，加水定容至4 mL，静置5-15分钟，待反应体系稳定后测定反应体系的荧光发射光谱，通过荧光发射光谱的强度和线性方程计算出待测液中抗坏血酸的浓度；所述的金属有机骨架材料指的是：[Cd(abtz)2(NCS)]·ClO4。
2.权利要求1所述采用金属有机骨架材料对抗坏血酸进行检测的方法在检测人体尿液、血清中抗坏血酸含量方面应用。
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