CN106525806A - 一种利用荧光氮掺杂碳量子点检测乙烯利的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用荧光氮掺杂碳量子点检测乙烯利的方法。包括如下步骤：配制氮掺杂碳量子点和铈离子的混合水溶液，经反应后的体系作为空白溶液；氮掺杂碳量子点的表面连接氨基和羧基；分别向空白溶液中加入不同体积的乙烯利待测液，作为待测液Ⅰ；乙烯利待测液为乙烯利标准品与碱反应后的水溶液；检测空白溶液和待测液Ⅰ的荧光强度，以待测液Ⅰ中乙烯利标准品的浓度为横坐标，以相应的荧光强度值为纵坐标制作标准曲线；向空白溶液中加入经处理后的待测样品，得到待测液Ⅱ；检测待测液Ⅱ的荧光强度，根据标准曲线即得。本发明基于氮掺杂碳量子点的荧光淬灭与恢复现象来简单、灵敏检测实际样品中乙烯利的方法，为乙烯利的检测提供了更多选择。

Description

一种利用荧光氮掺杂碳量子点检测乙烯利的方法
技术领域
本发明涉及一种利用荧光氮掺杂碳量子点检测乙烯利的方法，分析化学技术领域。
背景技术
乙烯利是一种植物生长调节剂，被植物吸收后，乙烯利在植物的根、茎、叶、果等组织的内部分解，并释放出乙烯。乙烯作为一种植物内源激素，可以影响植物生理活动和调节植物新陈代谢，具有促进细胞扩大、诱导花芽分化、打破休眠、促进发芽及抑制器官脱落等作用。因此，国内外广泛使用乙烯利并应用于果实催熟、促进棉铃开裂吐絮、刺激橡胶树分泌和促进菠萝开花等农业生产中。乙烯利的结构如式1所示：
但是，由于乙烯利在各类植物中大量施用，导致其残留成为影响植物产品使用的安全隐患之一。乙烯利过多的富集对环境可能会造成危害，对水体可造成污染。在蔬菜水果中涂上乙烯利，会使其个体性状更快趋于成熟，虽然乙烯利毒性不高，但长期食用对人体仍然有害。
目前，乙烯利的检测方法主要包括滴定分析法，离子色谱法(IC)、高效液相色谱-串联质谱法(HPLC-MS/MS)和气相色谱法(GC)。滴定色谱法在乙烯利含量检测中结果不够准确，使用较少。其他检测方法灵敏度虽然比较高，但是需要较为昂贵的设备，测定的时间较长，成本高，技术比较复杂，难以操作，不适合快速检测。因此需要建立一种简单、快速、灵敏的方法检测各样品中乙烯利含量。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于氮掺杂碳量子点荧光淬灭与恢复现象检测乙烯利的方法，以快速、简单、灵敏地检测样品中乙烯利的含量。
本发明首先提供了两种定性检测乙烯利的方法，其中：
第一种方法包括如下步骤，具体是利用氮掺杂碳量子点进行检测：
1)配制氮掺杂碳量子点和铈离子(Ⅲ)的混合，经反应后的体系作为空白溶液；
所述氮掺杂碳量子点的表面连接有氨基和羧基；
2)向所述空白溶液中加入经处理后的待测样品，得到待测液；
3)检测所述空白溶液和所述待测液的荧光强度，当所述待测液的荧光强度值相对于所述空白溶液的荧光强度值变化时，则判定所述待测样品中含有乙烯利；
步骤3)中所述“变化”指的是荧光强度的实质变化，排除系统误差、操作误差等所造成的变化；
第二种方法包括如下步骤，具体是利用量子点荧光试纸条进检测：
1)向量子点荧光试纸条上加入铈离子(Ⅲ)的水溶液，在紫外照射下无荧光现象；
所述量子点荧光试纸条由试纸条浸渍于氮掺杂碳量子点的水溶液中得到，所述浸渍步骤重复5～12次，取出后晾干；
所述氮掺杂碳量子点的表面连接有氨基和羧基；
2)向经步骤1)处理后的所述量子点荧光试纸条上加入经处理后的待测样品，若在紫外照射下观察到荧光现象，则判定所述待测样品中含有乙烯利。
该方法适用于现场检测乙烯利。
本发明进一步提供了一种定量检测乙烯利的方法，包括如下步骤：
(1)配制氮掺杂碳量子点和铈离子(Ⅲ)的混合水溶液，经反应后的体系作为空白溶液，即荧光淬灭的量子点溶液；
所述氮掺杂碳量子点的表面连接有氨基和羧基；
(2)分别向所述空白溶液中加入不同体积的乙烯利待测液，作为待测液Ⅰ；
所述乙烯利待测液为乙烯利标准品与碱反应后的水溶液；
(3)检测所述空白溶液和所述待测液Ⅰ的荧光强度，以所述待测液Ⅰ中所述乙烯利标准品的浓度为横坐标，以相应的荧光强度值为纵坐标，制作标准曲线；
(4)向所述空白溶液中加入经处理后的待测样品，得到待测液Ⅱ；检测所述待测液Ⅱ的荧光强度，根据所述标准曲线即得所述待测液Ⅱ中乙烯利的浓度，经稀释倍数换算即得所述待测样品中乙烯利的浓度。
上述的方法中，所述氮掺杂碳量子点的尺寸为1.8～3.8nm；
所述氮掺杂碳量子点按照下述方法制备得到：
以柠檬酸和尿素为原料经水热法制备，可按照下述进行：将所述柠檬酸和所述尿素溶于水中后进行搅拌使其完全溶解，得无色溶液；随后，将无色溶液转移到高压反应釜内，将高压反应釜密封后放入电烘炉中，让反应原料水热碳化得到初始产物。将初始产物装入透析袋后放入装有纯净水的烧杯中，持续搅拌下透析。透析后产物过水相滤膜后得到所述氮掺杂量子点溶液；上述各处理步骤可在常规条件下进行；
所述柠檬酸与所述尿素的摩尔比可为1：1～5，具体可为1：3；
上述的方法中，所述铈离子(Ⅲ)来自含铈离子(Ⅲ)的金属化合物；
所述金属化合物为有机酸盐，所述有机酸盐具体可为硝酸铈。
上述的方法中，所述待测样品经下述处理：
将所述待测样品粉碎后配制其水溶液，然后经离心后收集上清液，向所述上清液中加入基质进行吸附，得到的干净清液加入至所述空白溶液中作为待测液(Ⅰ)，所述基质可为PSA。
上述的方法中，所述碱可为氢氧化钠。
上述的方法中，所述待测液、所述待测液Ⅰ和所述待测液Ⅱ均利用Tris-HCl缓冲液定容，所述Tris-HCl缓冲液的pH值为7.4。
上述的方法中，所述待测液Ⅰ中所述乙烯利标准品的浓度为0～44mg/L，但不为零；
经验证，本发明方法的线性范围为8～28mg/L，当乙烯利浓度小于8mg/L时荧光强度相比空白溶液会降低，可作为定性测定，当乙烯利浓度大于28mg/L时荧光强度基本保持稳定，可作为定性测定。
上述的方法中，步骤(3)或步骤(3)和步骤(4)中，在激发波长为320～380nm的激发光下检测荧光强度。
上述的方法中，所述待测样品为果蔬、土壤、植株或种子。
包括氮掺杂碳量子点和铈离子(Ⅲ)的混合水溶液的检测乙烯利的试剂盒也属于本发明的保护范围；
其中所述氮掺杂碳量子点与所述铈离子(Ⅲ)铈离子的体积比为90～360：1。
本发明基于氮掺杂碳量子点荧光淬灭与恢复现象检测乙烯利的方法的原理如下：
以水热碳化法制备并纯化的氮掺杂碳量子点的表面具有丰富的氨基基团和羧基基团，因此具有很高的荧光强度，在紫外灯照射下可观察到强烈的蓝色荧光。当向量子点溶液中加入一定量的硝酸铈溶液后，可观测到量子点的荧光强度有明显的下降，这是由于硝酸铈溶液含有的铈离子与量子点表面的羧基基团结合后使得量子点大量聚集从而导致荧光强度下降。在荧光强度下降后的量子点-铈离子溶液中加入一定量的磷酸根离子后，混合溶液的荧光又可以观察到明显的恢复，这是由于磷酸根离子可以和铈离子结合形成磷酸铈，并且相比于量子点表面的羧基基团，磷酸根离子与铈离子之间有着更高的亲和力。因此，加入的磷酸根离子可以从量子点与铈离子聚集体中夺取铈离子并结合生成磷酸铈，量子点由于一部分的表面羧基基团不再与铈离子结合，在溶液中也分散开来，只剩少量聚集或者不再聚集，最终使得荧光强度得到了恢复。
与现有的利用荧光猝灭现象检测乙烯利的方法相比，本发明具有如下优点：量子点的荧光淬灭现象可能与很多因素相关，例如温度、酸碱度、反应时间、金属离子以及溶剂等，利用荧光淬灭现象不能特异性的检测药物，存在不少的偏差。而本发明方法则是利用量子点的荧光恢复现象进行测定，从较弱的荧光恢复到较强的荧光，视觉以及检测上更易于分辨，并且由于使淬灭量子点荧光恢复的因素很少，因此本发明方法可以特异性地检测可以使量子点荧光恢复的药物(乙烯利)。
与现有的利用酶和量子点对农药进行检测的方法相比，本发明具有如下优点：如利用乙酰酯酶和乙酰胆碱酶对有机磷类农药和拟除虫菊酯酶类农药进行检测，这些方法定量比较准确，可以排除多种因素如温度、酸碱度等干扰，但是由于检测方法需要各种酶，而酶的价格相对比较昂贵，而且难以长期保存，也无法快速制备用于检测实际样品，所以检测成本很高，不利于大量实际样品的检测。本发明方法的优点在于不需要使用昂贵的酶即可对药物进行测定，检测中只有量子点、金属离子和药物的存在，成本低廉而且可以随时制备使用，更适合运用于实际样品的检测。
综上所述，本发明制备了氮掺杂碳量子点，并提供了基于氮掺杂碳量子点的荧光淬灭与恢复现象来简单、灵敏检测实际样品中乙烯利的方法，为乙烯利的检测提供了更多的选择。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的氮掺杂量子点在不同激发波长下的荧光光谱图。
图2为本发明实施例1中不同浓度的乙烯利检测液的N-doped QDs-Ce(NO3)3-乙烯利体系的荧光光谱图。
图3为本发明实施例1得到的乙烯利浓度与荧光强度之间的标准曲线图。
图4为本发明实施例1中各荧光试纸条的荧光示意图(从左至右分别为空白试纸条、量子点荧光试纸条、淬灭量子点试纸条和恢复量子点试纸条)。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、
一、氮掺杂量子点的合成与纯化
材料/试剂：柠檬酸，尿素，纯净水
具体制备方法如下：
首先，在一个干净烧杯中，加入0.42g(2mmol)柠檬酸和0.24g(6mmol)脲，随后加入10ml纯净水，以玻璃棒搅拌使柠檬酸和尿素完全溶解于纯净水中，得到无色溶液。随后，将无色溶液转移到高压釜内，将高压反应釜密封后放入电烘炉中，使材料充分水热碳化得到初始产物。将初始产物装入透析袋后放入装有纯净水的烧杯中，持续搅拌下透析。透析后产物过水相滤膜后得到氮掺杂量子点溶液，其中氮掺杂碳量子点的尺寸为1.8～3.8nm。
配置pH＝7.4的Tris-HCl缓冲液1L，加入纯化后的氮掺杂碳量子点，得到稀释后的碳量子点溶液。
结果：本实施例制备的氮掺杂碳量子点在不同激发波长下的荧光光谱图如图1所示，可以看出，在波长为340nm的激发光下氮掺杂碳量子点的荧光光谱在440nm处有最大吸收峰。
二、乙烯利检测的前处理
取10ml容量瓶，加入101.0mg乙烯利标准品(纯度99％)，再加入固体氢氧化钠，加适量纯净水溶解，随后添加纯净水至刻度线，配成1000ppm浓度的乙烯利待测液。将容量瓶置于水浴锅中并保持一段时间。
三、通过测定荧光光谱图观察氮掺杂量子点、铈离子和乙烯利体系的反应
取四个2.0ml塑料离心管，编号为A、B、C和D，分别依次加入：A管(N-doped QD(氮掺杂量子点溶液)10μL，990μLTris-HCl缓冲液)，B管(N-doped QDs10μL，0.1M硝酸铈溶液10μL，980μLTris-HCl缓冲液)，C管(N-doped QDs10μL，乙烯利待测液10μL，980μLTris-HCl缓冲液)，D管(N-doped QDs10μL，0.1M硝酸铈溶液10μL，乙烯利待测液10μL，970μLTris-HCl缓冲液)，将混合物于室温下静止10min，分别测定荧光强度(320nm下)。
结果：只有量子点存在时溶液的荧光强度最大(A管)，加入乙烯利待测液后混合溶液的荧光强度基本没有变化(C管)，说明乙烯利待测液对量子点荧光强度没有影响。当硝酸铈溶液加入量子点后，溶液荧光强度下降，说明铈离子对于量子点的荧光有淬灭作用(B管)。向荧光淬灭后的溶液中加入乙烯利待测液后，荧光强度出现一定的恢复(D管)。由此可证明，铈离子可以使量子点荧光淬灭，而乙烯利待测液可以通过与铈离子的作用使使淬灭量子点的荧光恢复。
四、乙烯利的检测
材料/试剂：氮掺杂碳量子点，乙烯利标准品购于百灵威，樱桃果实、樱桃植株和土壤来自实验室空白样品。
(1)向含有900μL氮掺杂碳量子点溶液中分别加入0.1M硝酸铈溶液10μL，室温下反应4min后，作为空白溶液。向空白溶液中分别加入不同体积的乙烯利待测液，并以Tris-HCl定容到1000μL，室温下反应6min后，测定荧光强度。
(2)溶液中乙烯利检测溶液浓度依次为：0、4、8、12、16、20、24、28、32、36、40和44mg/L，各浓度下的检测液的荧光光谱图如2所示。根据荧光强度和乙烯利浓度建立标准曲线两者之间的标准曲线，如图3所示。
由图2可以看出，随着乙烯利浓度的增加，其荧光强度也具有增强的趋势。
由图3可以看出，线性关系的R2为0.9968，说明乙烯利浓度与荧光强度之间具有良好的线性关系。
(3)实际样品检测
取樱桃果实、樱桃植株、土壤和种子进行实际样品检测。
1)以樱桃果实进行实际样品检测。
樱桃果实中乙烯利的浓度为12.0mg/L。
将樱桃果实用粉碎机粉碎后，取1g樱桃果实装入50ml离心管中，加入10ml纯净水，加盖涡旋，随后离心并取出上清液，加入PSA进行吸附得到干净基质液，进行上述部分二的前处理，然后加入至空白溶液中，测定混和后的体系的荧光强度值，根据图3所示的标准曲线，即得体系中乙烯利的浓度，经换算得到樱桃果实中乙烯利的浓度为11.8mg/L。
本发明检测方法的误差为1.7％，具有较高的准确度。
2)以樱桃植株进行实际样品检测。
樱桃植株中乙烯利的浓度为8.0mg/L。
将樱桃植株用粉碎机粉碎后，取1g樱桃植株装入50ml离心管中，加入10ml纯净水，加盖涡旋，随后离心并取出上清液，加入PSA进行吸附得到干净基质液，进行上述部分二的前处理，然后加入至空白溶液中，测定混和后的体系的荧光强度值，根据图3所示的标准曲线，即得体系中乙烯利的浓度，经换算得到樱桃植株中乙烯利的浓度为8.1mg/L。
本发明检测方法的误差为1.3％，具有较高的准确度。
3)以土壤进行实际样品检测。
土壤中乙烯利的浓度为22.0mg/L。
取1g土壤装入50ml离心管中，加入10ml纯净水，加盖涡旋，随后离心并取出上清液，加入PSA进行吸附得到干净基质液，进行上述部分二的前处理，然后加入至空白溶液中，测定混和后的体系的荧光强度值，根据图3所示的标准曲线，即得体系中乙烯利的浓度，经换算得到土壤中乙烯利的浓度为21.7mg/L。
本发明检测方法的误差为1.4％，具有较高的准确度。
4)以种子进行实际样品检测。
种子中乙烯利的浓度为10.0mg/L。
取1g种子装入50ml离心管中，加入10ml纯净水，加盖涡旋，随后离心并取出上清液，加入PSA进行吸附得到干净基质液，进行上述部分二的前处理，然后加入至空白溶液中，测定混和后的体系的荧光强度值，根据图3所示的标准曲线，即得体系中乙烯利的浓度，经换算得到种子中乙烯利的浓度为9.8mg/L。
本发明检测方法的误差为2.0％，具有较高的准确度。
(5)回收试验
以土壤为例进行添加回收试验。
在土壤中加入已知浓度乙烯利标准品，并进行预处理(部分二)，然后进行检测(与上述实际样品检测的处理方法一致)。
结果：根据如图3所示的荧光强度和乙烯利浓度之间的标准曲线(线性范围为8～28mg/L)，添加回收试验结果见表1中所示：
表1土壤的添加回收试验结果
由表1中的数据可看出，不同添加浓度的乙烯利待测液在土壤基质中均具有良好的回收率，因此可以用于实际样品的检测。
四、量子点荧光试纸条定性检测乙烯利
将试纸条浸渍于上述制备的氮掺杂碳量子点的水溶液中后取出晾干(重复8次)，在紫外照射下可观察到明显的蓝色荧光，得到量子点荧光试纸条；向量子点荧光试纸条加入硝酸铈溶液后晾干，在紫外照射下观察到荧光淬灭现象；再向荧光淬灭的试纸条上加入乙烯利待测液后晾干，在紫外照射下可以观察到荧光恢复现象。
上述各情况下的荧光示意图如图4所示，其中从左至右分别为空白试纸条、量子点荧光试纸条、淬灭量子点试纸条和恢复量子点试纸条。

Claims (10)

1.一种定性检测乙烯利的方法，包括如下(1)或(2)的步骤：
(1)
1)配制氮掺杂碳量子点和铈离子(Ⅲ)的混合水溶液，经反应后的体系作为空白溶液；
所述氮掺杂碳量子点的表面连接有氨基和羧基；
2)向所述空白溶液中加入经处理后的待测样品，得到待测液；
3)检测所述空白溶液和所述待测液的荧光强度，当所述待测液的荧光强度值相对于所述空白溶液的荧光强度值变化时，则判定所述待测样品中含有乙烯利；
(2)
1)向量子点荧光试纸条上加入铈离子(Ⅲ)的水溶液，在紫外照射下无荧光现象；
所述量子点荧光试纸条由试纸条浸渍于氮掺杂碳量子点的水溶液中得到；
所述氮掺杂碳量子点的表面连接有氨基和羧基；
2)向经步骤1)处理后的所述量子点荧光试纸条上加入经处理后的待测样品，若在紫外照射下观察到荧光现象，则判定所述待测样品中含有乙烯利。
2.一种定量检测乙烯利的方法，包括如下步骤：
(1)配制氮掺杂碳量子点和铈离子(Ⅲ)的混合水溶液，经反应后的体系作为空白溶液；
所述氮掺杂碳量子点的表面连接有氨基和羧基；
(2)分别向所述空白溶液中加入不同体积的乙烯利待测液，作为待测液Ⅰ；
所述乙烯利待测液为乙烯利标准品与碱反应后的水溶液；
(3)检测所述空白溶液和所述待测液Ⅰ的荧光强度，以所述待测液Ⅰ中所述乙烯利标准品的浓度为横坐标，以相应的荧光强度值为纵坐标，制作标准曲线；
(4)向所述空白溶液中加入经处理后的待测样品，得到待测液Ⅱ；检测所述待测液Ⅱ的荧光强度，根据所述标准曲线即得所述待测液Ⅱ中乙烯利的浓度，经稀释倍数换算即得所述待测样品中乙烯利的浓度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述氮掺杂碳量子点按照下述方法制备得到：
以柠檬酸和尿素为原料经水热法制备；
所述柠檬酸与所述尿素的摩尔比为1：1～5。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述铈离子(Ⅲ)来自含铈离子(Ⅲ)的金属化合物；
所述金属化合物为有机酸盐。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(1)2)、步骤(2)2)或步骤(4)中，所述待测样品经下述处理：
将所述待测样品粉碎后配制其水溶液，然后经离心后收集上清液，向所述上清液中加入基质进行吸附。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于：所述待测液、所述待测液Ⅰ和所述待测液Ⅱ均利用Tris-HCl缓冲液定容。
7.根据权利要求2-6中任一项所述的方法，其特征在于：所述待测液Ⅰ中所述乙烯利标准品的浓度为0～44mg/L，但不为零。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于：步骤(3)或步骤(3)和步骤(4)中，在激发波长为320～380nm的激发光下检测荧光强度；
所述待测样品为果蔬、土壤、植株或种子。
9.一种检测乙烯利的试剂盒，包括氮掺杂碳量子点和铈离子(Ⅲ)的混合水溶液；
所述氮掺杂碳量子点的表面连接有氨基和羧基。
10.氮掺杂碳量子点、量子点荧光试纸条或权利要求9所述试剂盒在检测乙烯利中的应用；
所述氮掺杂碳量子点的表面连接有氨基和羧基；
所述量子点荧光试纸条由试纸条浸渍于所述氮掺杂碳量子点的水溶液中得到。
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