CN105203521B - 一种基于纳米界面能量转移的邻苯二胺检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于纳米界面能量转移的邻苯二胺检测方法，包括步骤：1)柠檬酸钠缓冲溶液、金纳米溶液、能量转移供体溶液以体积比2～7：2～6：1混合，然后加入邻苯二胺标准工作溶液；2)混合溶液在荧光分光光度计上扫描，用激发波长为529nm，获得邻苯二胺和荧光强度F关联的数学模型。本发明以金纳米为荧光能量转移受体，优选罗丹明6G为荧光能量转移供体组建高效纳米界面能量转移体系。以此作为开发邻苯二胺检测新方法的基础，本发明方法能准确灵敏地检测水中邻苯二胺含量，最低检出限为4.5×10^{‑ 9}mol·L^‑1。样品不需要复杂的前处理过程，耗时少，检测成本远低于传统的仪器检测方法，而且检出限低，操作简单。

Description

一种基于纳米界面能量转移的邻苯二胺检测方法

技术领域

本发明属于检测领域，具体涉及一种利用荧光检测邻苯二胺的方法。

背景技术

邻苯二胺(o-phenylenediamine,OPD)为白色晶体，微溶于冷水，溶于热水，易溶于乙醇、乙醚和氯仿，是一种传统的精细化工中间体，主要用于生产农药，染料，药物，和感光材料等。OPD是国际上公认的致癌性物质，对环境和人体健康的有极大危害，现被我国列为十四类环境污染物黑名单，人体急性暴露可损害呼吸系统，消化系统，肝，甚至罹患癌症。邻苯二胺可经皮肤吸收，导致肝脏受损，在日用品中的使用受到严格限制。对微量甚至痕量的邻苯二胺的检测也因而是重要的环境质量控制环节。

目前OPD测定方法主要包括分光光度法，高效液相色谱法，气相色谱法，毛细管电泳法、电化学法等。分光光度法利用银离子在一定条件下被还原成纳米银实现对邻苯二胺的检测(Li Nan et al.，Colorimetric determination of o-phenylenediamine inwater samples based on the formation of silver nanoparticles as acolorimetric probe，Spectrochimica Acta Part A 2015第140期)，该方法简单，快速，成本低，但是检出限高，线性范围为1×10^-6mol·L^-1～8×10^-5mol·L^-1；高效液相色谱法，气相色谱法和气相色谱质谱联用法(万保坡，白色邻苯二胺生产工艺中试研究，中国化工贸易2012年第7期)具有灵敏度高、检出限低的优点，但由于复杂的仪器设备和繁琐的测定过程，不适合广泛推广和快速检测，且需要专业技术人员进行操作；电化学方法用钙钛矿复合纳米材料LaNiTiO₃-Fe₃O₄修饰玻碳电极以检测邻苯二胺的响应电流(如专利CN 103543188A)，进行测定的时候需要电化学工作站并构建三电极体系，操作繁琐。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于建立一种高灵敏、操作简单、成本低的邻苯二胺检测新方法，该方法是基于纳米界面能量转移的检测方法。

实现本发明目的的技术方案为：

一种基于纳米界面能量转移的邻苯二胺检测方法，包括步骤：

1)柠檬酸钠缓冲溶液、金纳米溶液、能量转移供体溶液以体积比2～7：2～6：1混合，然后加入邻苯二胺标准工作溶液；

2)步骤1)制得的混合溶液在荧光分光光度计上扫描，用激发波长为529nm，最大发射波长为550.2nm的荧光仪测量体系的荧光强度F和试剂空白F₀，获得邻苯二胺浓度c和荧光强度ΔF关联的数学模型。

所述步骤1)中柠檬酸钠缓冲溶液的pH值为3.0～5.5。优选地，所述步骤1)中柠檬酸钠缓冲溶液的浓度为10mmol·L^-1。

金纳米溶液可由氯金酸通过还原法制备。本发明优选金纳米溶液的制备方法为：向35～40mL的蒸馏水中加入1～2％HAuCl₄溶液(w/v)0.5～1.0mL，混匀，边加热边搅拌至沸，再加入柠檬酸钠，1min内可见溶液颜色由黄色变黑直至酒红色，继续加热搅15min后，停止加热。

金纳米溶液制备中，加入的柠檬酸钠溶液浓度为35～40mmol·L^-1，加入的体积为4～7mL；停止加热后继续搅拌至溶液冷却至室温，用0.22μm滤膜过滤，储存于棕色试剂瓶。

金纳米溶液制备具体可以为：向39.2mL的蒸馏水中加入质量分数为2％HAuCl₄溶液0.82mL，混匀，边加热变搅拌至沸，再加入6.4mL，38.8mmol·L^-1的柠檬酸钠溶液，1min内可见溶液颜色由黄色变黑直至酒红色，继续加热搅15min后，停止加热。

其中，所述步骤1)中能量转移供体为阴离子荧光染料或阳离子荧光染料，所述阴离子荧光染料为曙红B；所述阳离子荧光染料为罗丹明6G、吖啶橙、番红花红T中的一种；能量转移供体溶液的浓度为2.5×10^-7～2.5×10^-5mol·L^-1。

其中，所述步骤1)中加入邻苯二胺标准工作溶液后定容，使得到的混合溶液中邻苯二胺浓度在1.5×10^-8mol·L^-1～7.2×10^-7mol·L^-1范围内。

其中，所述步骤2)中，荧光分光光度计的激发和发射狭缝宽度分别为5nm和5nm，光电倍增管(PVM)负电压为700V。

通过本发明的方法获得的邻苯二胺浓度c和荧光强度ΔF关联的数学模型可以是线性方程和/或图形，可直接用于未知邻苯二胺含量溶液的检测。

在溶液柠檬酸钠缓冲介质中，阳离子荧光染料罗丹明6G分子通过静电作用吸附在柠檬酸根包被的带负电荷的AuNPs表面，发生纳米界面的荧光能量转移，导致金纳米静态猝灭罗丹明6G的荧光，加入邻苯二胺后，金纳米与邻苯二胺通过Au-NH共价键结合，荧光染料罗丹明6G远离金纳米呈现较强荧光。实验结果表明，550.2nm处的ΔF与邻苯二胺的摩尔浓度在1.5×10^-8mol·L^-1～7.2×10^-7mol·L^-1范围内呈良好线性关系，其线性回归方程为ΔF_OPD＝9.236c(×10^-8mol·L^-1)-42.66，R²＝0.9912。

具体地，本发明所述的邻苯二胺检测方法还包括步骤：对待测样品用步骤1)和步骤2)同样方法进行荧光检测，根据步骤2)建立的数学模型确定待测样品中邻苯二胺的含量。

本发明的有益效果在于：

本发明通过实验摸索了荧光能量转移受体和荧光能量转移供体之间的匹配情况，选择了适宜的荧光能量转移供体；实验结果表明，优选罗丹明6G为荧光能量转移供体的猝灭效率最高。

本发明以纳米金为荧光能量转移受体，优选罗丹明6G为荧光能量转移供体组建高效纳米界面能量转移体系。以此作为开发邻苯二胺检测新方法的基础，本发明方法能准确灵敏地检测水中邻苯二胺含量，最低检出限为4.5×10^-9mol·L^-1。样品不需要复杂的前处理过程，耗时少，检测成本远低于传统的仪器检测方法，而且检出限低，操作简单。

附图说明

图1是邻苯二胺的标准曲线。

具体实施方式

现以以下最佳实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例中，如无特别说明，所采用的手段均为本领域公知的技术手段。

实施例1：金纳米的制备

制备过程中所用玻璃仪器均用王水(浓盐酸：浓硝酸＝3:1)浸泡至少5小时，洗净、干燥后备用。在平底烧瓶中加入39.2mL的蒸馏水，2％(w/v)HAuCl₄溶液0.82mL，混匀，置于磁力搅拌器上边加热变搅拌至沸，再加入6.4mL，38.8mmol·L^-1的柠檬酸钠溶液，1min内可见溶液颜色由黄色变黑直至酒红色，继续加热搅15min后，停止加热，继续搅拌至溶液冷却至室温，用0.22μm滤膜过滤至棕色试剂瓶，得纳米金。

根据朗伯比尔定律，当摩尔吸光系数为2.7×10⁸M^-1cm^-1时，利用520nm处的吸光度计算得金纳米(AuNPs)溶液浓度为8.8nM。

实施例2：纳米界面能量转移供体选择

本实施例试验了4种纳米界面能量转移供体：1种阴离子荧光染料(曙红B)和3种阳离子荧光染料(罗丹明6G，吖啶橙，番红花红T)。四种纳米界面能量转移供体的终浓度分别为2.50×10^-5mol·L^-1，2.50×10^-7mol·L^-1，1.25×10^-6mol·L^-1，2.50×10^-5mol·L^-1。根据AuNPs对有机荧光染料的猝灭效率公式：η＝1-(F/F₀)，式中F、F₀分别为在最佳测定条件下有、无猝灭剂时荧光分子的荧光强度，η为猝灭效率。

通过公式计算得出AuNPs对罗丹明6G、吖啶橙、番红花红T和曙红B的猝灭效率分别为：96％，57％，55％，60％，由此得之AuNPs对罗丹明6G的猝灭效果最好，猝灭效率达96％，其主要的原因是在金纳米表面发生了荧光能量转移即纳米界面能量转移，因此后续实验选择罗丹明6G作为纳米界面能量转移供体。本发明进一步探讨了金纳米对罗丹明6G的猝灭机制，在298K，308K，318K温度下，R6G-AuNPs体系的Stern-Volmer曲线斜率分别为8.68×10⁹、7.32×10⁹和7.23×10⁹L·mol^-1，说明随着温度升高，曲线斜率逐渐减小，即荧光猝灭常数(K_SV)依次降低，所以金纳米对罗丹明6G为静态猝灭。

实施例3：选择性实验

当邻苯二胺的浓度为6.0×10^-7mol·L^-1时，考察了可能存在的干扰物质对该体系的影响，在相对偏差不大于±10％时，6.0×10^-6mol·L^-1的Cd²⁺，Ba²⁺，Ni²⁺，Pb²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Cr³⁺，P0₄ ^3-，CO₃ ^2-，PO₄ ^3-，SO₄ ^2-，硝基苯，苯酚，乙醇，葡萄糖，色氨酸均不干扰。

实施例4绘制标准曲线

按优化后的最佳实验条件，移取3×10^-6mol·L^-1邻苯二胺标准工作液于2mL EP管中。具体如下操作：

在2mL EP管中，依次加入40μL的10mmol·L^-1柠檬酸钠缓冲溶液(pH4.5)，实施例1制金纳米溶液8.8nmol·L^-1，40μL，1.0×10^-5mol·L^-1罗丹明6G溶液10μL，混匀后，加入一定量的3.00×10^-6mol·L^-1的邻苯二胺标准工作溶液，用蒸馏水定容至500μL，混匀，室温放置20min。在F-4500荧光分光光度计上扫描，得到荧光光谱。激发波长为529nm，最大发射波长为550.2nm，测量体系的荧光强度F和试剂空白F₀，得到ΔF＝F-F₀。激发和发射狭缝宽度分别为5nm和5nm，光电倍增管(PVM)负电压为700V。

按实验方法分别测定550.2nm处荧光光强度F，以ΔF为纵坐标，邻苯二胺的浓度c为横坐标，绘制标准曲线(图1)。邻苯二胺浓度在1.5×10^-8mol·L^-1～7.2×10^-7mol·L范围内与荧光光强度呈现良好的线性关系。其回归方程为ΔF_OPD＝9.236c(×10^-8mol·L^-1)-42.66，r＝0.9913。

实施例5检出限和精密度

经11次空白平行测定，按照c＝3S_b/k(S_b表示空白溶液的标准偏差，k表示工作曲线的斜率)公式计算出邻苯二胺的检出限为4.5×10^-9mol·L^-1。对邻苯二胺为1.8×10^-7mol·L^-1、3.6×10^-7mol·L^-1和5.0×10^-7mol·L^-1的三种标准溶液进行7次平行测定的相对标准偏差为9.2﹪，4.5﹪和8.6％，实验结果充分表明本方法精密度良好。

以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于纳米界面能量转移的邻苯二胺检测方法，其特征在于，包括步骤：

1)柠檬酸钠缓冲溶液、金纳米溶液、能量转移供体溶液以体积比2～7：2～6：1混合，然后加入邻苯二胺标准工作溶液；所述能量转移供体为阴离子荧光染料或阳离子荧光染料，所述阴离子荧光染料为曙红B；所述阳离子荧光染料为罗丹明6G、吖啶橙、番红花红T中的一种；能量转移供体溶液浓度为2.5×10^-7～2.5×10^-5mol·L^-1；

2)步骤1)制得的混合溶液在荧光分光光度计上扫描，用激发波长为529nm，最大发射波长为550.2nm的荧光测量体系的荧光强度F和试剂空白F₀，获得邻苯二胺浓度c和荧光强度ΔF关联的数学模型。

2.根据权利要求1所述的邻苯二胺检测方法，其特征在于，所述步骤1)中柠檬酸钠缓冲溶液的pH值为3.0～5.5。

3.根据权利要求1所述的邻苯二胺检测方法，其特征在于，所述金纳米溶液的制备方法为：向35～40mL的蒸馏水中加入1～2％HAuCl₄溶液(w/v)0.5～1.0mL，混匀，边加热边搅拌至沸，再加入柠檬酸钠，1min内可见溶液颜色由黄色变黑直至酒红色，继续加热搅15min后，停止加热。

4.根据权利要求3所述的邻苯二胺检测方法，其特征在于，加入的柠檬酸钠溶液浓度为35～40mmol·L^-1，加入的体积为4～7mL；停止加热后继续搅拌至溶液冷却至室温，用0.22μm滤膜过滤，储存于棕色试剂瓶。

5.根据权利要求1～4任一所述的邻苯二胺检测方法，其特征在于，所述步骤1)中加入邻苯二胺标准工作溶液后定容，使得到的混合溶液中邻苯二胺浓度在1.5×10^-8mol·L^-1～7.2×10^-7mol·L^-1范围内。

6.根据权利要求1～4任一所述的邻苯二胺检测方法，其特征在于，所述步骤2)中，荧光分光光度计的激发和发射狭缝宽度分别为5nm和5nm，光电倍增管(PVM)负电压为700V。

7.根据权利要求1～4任一所述的邻苯二胺检测方法，其特征在于，还包括步骤：对待测样品用步骤1)和步骤2)同样方法进行荧光检测，根据步骤2)建立的数学模型确定待测样品中邻苯二胺的含量。