CN105092548A - 一种基于分子印迹比率型荧光探针检测对硝基苯酚的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于分子印迹比率型荧光探针检测对硝基苯酚的方法。分子印迹比率型荧光探针，是由核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子构成的；采用包覆量子点的二氧化硅纳米粒子和硅氧烷功能化碳点制备双发射比率型荧光纳米粒子，再在其表面生长一层含有印记分子对硝基苯酚的二氧化硅层，得到分子印迹双荧光复合纳米粒子。在该结构中，位于二氧化硅纳米粒子核内部的量子点作为参比荧光信号，外层分子印迹层中的碳点作为响应荧光信号，用于对硝基苯酚的选择性识别。充分发挥了分子印迹的抗干扰、高选择、高灵敏度等优势，克服了传统的单一荧光信号分析方法中易受检测底物浓度、外部环境等因素影响，在环境污染物监测与控制等领域具有重大的意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种对硝基苯酚的荧光分析检测方法，具体地说是一种基于分子印迹比率型荧光探针检测对硝基苯酚的方法。
背景技术
苯酚和苯酚类化合物对水体的污染引起了广泛关注，我国将其列为水中需优先控制的污染物之一。其中，对硝基苯酚作为重要的化工原料广泛的应用于炸药、染料、医药中间体等精细化工行业，是一类高毒性、难降解的一类化合物。因其广泛使用而产生大量的废水不仅污染环境而且危害生物安全。为确保人体健康，水中对硝基苯酚浓度应低于70μg/L，因此准确检测出水中对硝基苯酚含量并将其有效去除是至关重要的。一些分析检测方法，比如高效液相色谱法、电化学法等已经用于对硝基苯酚的检测。然而，这些传统方法存在着很多缺点，如仪器昂贵、耗时耗力等。基于以上原因，具有简单易操作、高灵敏度、无损等优点的荧光分析法越来越受到人们的重视。
在已经报道的检测对硝基苯酚的荧光探针中，大多数都是以单一荧光单元的增强或减弱作为响应信号。这种基于单一荧光强度变化的探针除易受检测底物的影响、光漂白等缺点外，还可能同时受到诸如重金属离子、活性氧自由基等荧光猝灭剂的干扰，降低了检测过程的选择性。针对这些现有方法的不足，我们拟采用分子印迹与比率荧光检测相结合的方法来设计探针用于检测对硝基苯酚。
比率荧光法是通过测量两个不同波长处的荧光强度，以其比值为信号参量来测定目标物的分析方法。它可减少或消除检测底物浓度、外部环境和仪器条件变化等因素引起的数据失真，提高测定结果的准确性；分子印迹材料可以针对目标物量身定制，实现对目标分子的专一识别，是解决环境、生物等复杂体系内特定目标分子高选择性识别的简捷、可靠手段。将比率荧光检测与分子印迹相结合，制备得到分子印迹比率荧光传感器，能满足传感器材料的抗干扰、高选择、高灵敏度的需求。
鉴于上述，本发明旨在提供一种分子印迹比率型荧光探针的制备方法，并将其用于对硝基苯酚的检测。
发明内容
本发明旨在提供一种基于分子印迹比率型荧光探针检测对硝基苯酚的方法。所述的分子印迹比率型荧光探针，是由核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子构成的：采用包覆量子点的二氧化硅纳米粒子和硅氧烷功能化碳点制备双发射比率型荧光纳米粒子，再在其表面生长一层含有印记分子对硝基苯酚的二氧化硅层，制备得到分子印迹双荧光复合纳米粒子。在该结构中，位于二氧化硅纳米粒子核内部的量子点作为参比荧光信号，而外层分子印迹层中的碳点作为响应荧光信号，用于对硝基苯酚的选择性识别。这里，量子点作为参比信号，由于其被包埋于核内，可有效避免泄漏问题，因此提供了一个可靠参比信号；而作为响应荧光信号的碳点通过共价键连接的方式连接到硅层的表面，形成了一个稳定的双发射荧光探针。检测过程中，核内的量子点荧光信号强度基本保持不变，而外层分子印迹层会选择性地与对硝基苯酚结合，从而导致外层碳点的荧光猝灭，实现对硝基苯酚的测定。
本发明的技术方案通过以下具体步骤实现：
一种基于分子印迹比率型荧光探针检测对硝基苯酚的方法，其步骤如下：
(1)将包覆量子点的荧光二氧化硅纳米粒子超声分散在无水甲苯中，加入硅氧烷功能化碳点，搅拌均匀后加热至回流温度，反应12～24h后，离心分离产物，得到核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子的固体粉末；
(2)将所得核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子的固体粉末溶于乙醇中，向其中加入对硝基苯酚后搅拌均匀，然后加入正硅酸乙酯和氨水，室温下反应3～5h，离心后用乙醇清洗产物，得到核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子的固体粉末；
(3)将所得核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子的固体粉末溶于乙醇中，然后加入对硝基苯酚标准溶液和待测溶液，使用荧光光谱仪测定体系荧光发射光谱，根据双发射峰的荧光强度之比建立标准曲线，对比标准曲线得到待测溶液中对硝基苯酚的浓度。
所述在步骤(1)中，每毫克包覆量子点的荧光二氧化硅纳米粒子需超声分散在10～20mL无水甲苯中。
所述在步骤(1)中，每毫克包覆量子点的荧光二氧化硅纳米粒子需添加1～3μL硅氧烷功能化碳点。
所述在步骤(2)中，每毫克核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子的固体粉末需溶于10～20mL乙醇中.
所述在步骤(2)中，每毫克核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子需添加0.02～0.1mg对硝基苯酚、3～8μL正硅酸乙酯和3～8μL氨水。
所述在步骤(3)中，每毫克核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子的固体粉末需溶于10～20mL乙醇中。
所述荧光强度对应激发波长为350nm。所述荧光强度的测量可以通过任意一款荧光光谱仪实现。
包覆量子点的荧光二氧化硅纳米粒子的制备方法可以采用已有的中国专利报道(授权公告号：CN102757790B和CN1306002C)。
硅氧烷功能化碳点的制备方法可以采用已有的中国专利报道(公开号：CN103421495A)
本方法首次将分子印迹技术与双发射荧光检测相结合，将其应用于对硝基苯酚传感器的构建，并充分发挥了分子印迹的抗干扰、高选择、高灵敏度等优势，建立了一种简便快速和高灵敏度高选择性的定量方法，克服了传统的单一荧光信号分析方法中易受检测底物浓度、外部环境和仪器条件变化等因素影响的缺点，在环境污染物监测与控制等领域具有重大的实践意义。
附图说明
图1为本发明所述核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子的形貌图。
图2为本发明所述分子印迹比率型荧光探针对不同浓度对硝基苯酚的荧光响应曲线。
图3为该方法检测对硝基苯酚的标准曲线和线性范围。图中表明：本方法对于对硝基苯酚的检出限为0.026μg/mL，线性检测范围0.051～13.7μg/mL作为标准对比曲线。
具体实施方式
实施例1
一种基于分子印迹比率型荧光探针检测对硝基苯酚的方法，步骤如下：
(1)包覆量子点的荧光二氧化硅纳米粒子的制备；
采用已公开中国专利(授权公告号：CN102757790B和CN1306002C)的方法，制得包覆量子点的荧光二氧化硅纳米粒子。
(2)硅氧烷功能化碳点的制备；
采用已公开中国专利(公开号：CN103421495A)的方法，制得硅氧烷功能化碳点。
(3)核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子的制备；
取5mg步骤(1)所得包覆量子点的荧光二氧化硅纳米粒子超声分散在50mL无水甲苯中，向其中加入5μL步骤(2)所得的硅氧烷功能化碳点，搅拌均匀后加热至回流温度，反应12h后，离心分离产物，得到5.7mg核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子的固体粉末。
(4)核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子的制备；
取5mg步骤(3)所得核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子溶于50mL乙醇，向其中加入0.1mg对硝基苯酚，搅拌2h。之后，加入15μL正硅酸乙酯和15μL氨水，室温下反应5h，离心后用乙醇清洗产物，得到核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子的固体粉末，其形貌见图1。
(5)核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子用于检测对硝基苯酚
取5mg步骤(4)所得核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子溶于50mL乙醇中，向其中分别加入浓度为0～14μg/mL的对硝基苯酚标准溶液和待测溶液，混合均匀后室温反应10min后测定体系在350nm激发波长下的荧光发射光谱，结果见图2，随着对硝基苯酚浓度的增加，量子点荧光信号强度(615nm)基本保持不变，而外层分子印迹层与对硝基苯酚结合后，导致外层碳点(455nm)的荧光强度逐渐降低。根据双发射峰(455nm和615nm)的荧光强度之比建立标准曲线，结果见图3。对比标准曲线，根据待测溶液的荧光强度比1.93，可知待测溶液中对硝基苯酚的浓度为3.56μg/mL，与高效液相色谱的测试结果相一致，证明本方法的测量结果准确。
实施例2
(1)包覆量子点的荧光二氧化硅纳米粒子的制备；
采用已公开中国专利(授权公告号：CN102757790B和CN1306002C)的方法，制得包覆量子点的荧光二氧化硅纳米粒子。
(2)硅氧烷功能化碳点的制备；
采用已公开中国专利(公开号：CN103421495A)的方法，制得硅氧烷功能化碳点。
(3)核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子的制备；
取5mg步骤(1)所得包覆量子点的荧光二氧化硅纳米粒子超声分散在100mL无水甲苯中，向其中加入15μL步骤(2)所得的硅氧烷功能化碳点，搅拌均匀后加热至回流温度，反应16h后，离心分离产物，得到5.9mg核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子的固体粉末。
(4)核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子的制备；
取5mg步骤(3)所得核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子溶于100mL乙醇，向其中加入0.25mg对硝基苯酚，搅拌2h。之后，加入25μL正硅酸乙酯和25μL氨水，室温下反应3h，离心后用乙醇清洗产物，得到核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子的固体粉末。
(5)核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子用于检测对硝基苯酚
取5mg步骤(4)所得核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子溶于100mL乙醇中，向其中分别加入浓度为0～14μg/mL的对硝基苯酚标准溶液和待测溶液，混合均匀后室温反应10min后测定体系在350nm激发波长下的荧光发射光谱，随着对硝基苯酚浓度的增加，量子点荧光信号强度(615nm)基本保持不变，而外层分子印迹层与对硝基苯酚结合后，导致外层碳点(455nm)的荧光强度逐渐降低。根据双发射峰(455nm和615nm)的荧光强度之比建立标准曲线。对比标准曲线，根据待测溶液的荧光强度比，可知待测溶液中对硝基苯酚的浓度。
实施例3
(1)包覆量子点的荧光二氧化硅纳米粒子的制备；
采用已公开中国专利(授权公告号：CN102757790B和CN1306002C)的方法，制得包覆量子点的荧光二氧化硅纳米粒子。
(2)硅氧烷功能化碳点的制备；
采用已公开中国专利(公开号：CN103421495A)的方法，制得硅氧烷功能化碳点。
(3)核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子的制备；
取5mg步骤(1)所得包覆量子点的荧光二氧化硅纳米粒子超声分散在75mL无水甲苯中，向其中加入10μL步骤(2)所得的硅氧烷功能化碳点，搅拌均匀后加热至回流温度，反应12h后，离心分离产物，得到5.8mg核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子的固体粉末。
(4)核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子的制备；
取5mg步骤(3)所得核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子溶于75mL乙醇，向其中加入0.5mg对硝基苯酚，搅拌2h。之后，加入40μL正硅酸乙酯和40μL氨水，室温下反应5h，离心后用乙醇清洗产物，得到核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子的固体粉末。
(5)核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子用于检测对硝基苯酚
取5mg步骤(4)所得核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子溶于75mL乙醇中，向其中分别加入浓度为0～14μg/mL的对硝基苯酚标准溶液和待测溶液，混合均匀后室温反应10min后测定体系荧光发射光谱，随着对硝基苯酚浓度的增加，量子点荧光信号强度(615nm)基本保持不变，而外层分子印迹层与对硝基苯酚结合后，导致外层碳点(455nm)的荧光强度逐渐降低。根据双发射峰(455nm和615nm)的荧光强度之比建立标准曲线。对比标准曲线，根据待测溶液的荧光强度比，可知待测溶液中对硝基苯酚的浓度。
本发明公开和提出的一种基于分子印迹比率型荧光探针检测对硝基苯酚的方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变原料和工艺路线等环节实现，尽管本发明的方法已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (7)
1.一种基于分子印迹比率型荧光探针检测对硝基苯酚的方法，其特征在于步骤如下：
(1)将包覆量子点的荧光二氧化硅纳米粒子超声分散在无水甲苯中，加入硅氧烷功能化碳点，搅拌均匀后加热至回流温度，反应12～24h后，离心分离产物，得到核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子的固体粉末；
(2)将所得核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子的固体粉末溶于乙醇中，向其中加入对硝基苯酚后搅拌均匀，然后加入正硅酸乙酯和氨水，室温下反应3～5h，离心后用乙醇清洗产物，得到核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子的固体粉末；
(3)将所得核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子的固体粉末溶于乙醇中，然后加入对硝基苯酚标准溶液和待测溶液，使用荧光光谱仪测定体系荧光发射光谱，根据双发射峰的荧光强度之比建立标准曲线，对比标准曲线得到待测溶液中对硝基苯酚的浓度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述在步骤(1)中，每毫克包覆量子点的荧光二氧化硅纳米粒子需超声分散在10～20mL无水甲苯中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述在步骤(1)中，每毫克包覆量子点的荧光二氧化硅纳米粒子需添加1～3μL硅氧烷功能化碳点。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述在步骤(2)中，每毫克核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子的固体粉末需溶于10～20mL乙醇中。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是所述在步骤(2)中，每毫克核壳式双发射荧光二氧化硅纳米粒子需添加0.02～0.1mg对硝基苯酚、3～8μL正硅酸乙酯和3～8μL氨水。
6.如权利要求1所述的方法，其特征是所述在步骤(3)中，每毫克核壳式双发射分子印迹二氧化硅纳米粒子的固体粉末需溶于10～20mL乙醇中。
7.如权利要求1所述的方法，其特征是所述荧光强度对应激发波长为350nm。
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