CN106645069B - 一种基于罗丹明衍生物的重金属离子多重检测传感器制备方法 - Google Patents

一种基于罗丹明衍生物的重金属离子多重检测传感器制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于罗丹明衍生物的重金属离子多重检测传感器制备方法。以制备的AuNS@Ag纳米立方体复合纳米材料作为增强基底，以制备的罗丹明衍生物R作为荧光诱导物，利用增强基底表面金壳与罗丹明衍生物R发生Ag‑N螯合反应，实现基于多信号传感的重金属离子残留的快速、灵敏、高效检测研究。制备的重金属离子多重检测传感器，当重金属离子存在时，AuNS@Ag‑罗丹明衍生物R复合物发生开环反应，恢复罗丹明的共轭结构，从而增强了复合物的荧光强度，实现基于荧光信号的重金属离子检测；通过离心分离方式去除多余的复合物，测其拉曼光谱强度，以反应前后标记分子特征峰的拉曼强度差与重金属离子浓度建立标准曲线，实现基于拉曼信号的重金属离子检测。

Description

一种基于罗丹明衍生物的重金属离子多重检测传感器制备 方法
技术领域
本发明涉及一种基于罗丹明衍生物的重金属离子多重检测传感器制备方法，具体以制备的修饰对巯基苯胺标记分子的AuNS@Ag纳米立方体复合纳米材料作为增强基底，以制备的罗丹明衍生物R作为荧光诱导物，利用纳米立方体表面金壳与罗丹明衍生物R发生Ag-N螯合反应，结合表面增强拉曼光谱及荧光光谱技术构建重金属离子多重检测传感器，从而实现基于多信号传感的重金属离子残留的快速、灵敏、高效检测研究。
背景技术
随着人类对重金属的开采、冶炼以及加工等活动的深入，大量重金属进入大气、水、土壤等环境中，从而引起了重金属污染的严重化。尽管部分重金属元素是人类生命活动所必须的微量元素，但由于重金属不能被生物降解，具有生物累积性，可以在环境中积累和作物体内残留，通过食物链富集，最终进入食物链顶端的人类体内。因此，及时、准确、高灵敏测定环境中重金属离子浓度是预防、控制和治理重金属污染的基础和前提。传统的分析方法，如原子吸收光谱、紫外-可见分光光度法、电感耦合等离子体质谱、质谱、X-射线荧光光谱等，可以很好地痕量检测重金属离子。但这些方法普遍存在检测过程繁琐、仪器昂贵、运行费用高、不易携带，要求有经过专门训练的操作人员，并且不适合现场快速监测和连续在线分析等缺点。因此，鉴于申请人在食品安全因子检测及拉曼光谱技术使用方面积累的良好的工作基础，本发明拟制备一种快速、灵敏、有效的检测方法，结合拉曼光谱及荧光光谱技术实现多信号的重金属离子多重检测，为开创食品安全因子检测新途径提供理论基础。
目前，以制备AuNS@Ag纳米立方体复合纳米材料作为增强基底，以制备的罗丹明衍生物R作为荧光诱导物，利用纳米立方体表面金壳与罗丹明衍生物R发生Ag-N螯合反应，结合表面增强拉曼光谱及荧光光谱技术构建重金属离子多重检测传感器仍未见报道。本发明作为一种新兴的重金属离子残留检测方法，从一定程度上实现了食品安全因子检测的新途径开发。
发明内容
本发明的目的是提供了一种基于罗丹明衍生物的重金属离子多重检测传感器制备方法，其灵敏度高、可靠性强、检测速度快，实现重金属离子残留检测的目的，适用于食品安全、环境监测等技术领域。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案：以制备的AuNS@Ag纳米立方体复合纳米材料作为增强基底，以制备的罗丹明衍生物R作为荧光诱导物，利用纳米立方体表面金壳与罗丹明衍生物R发生Ag-N螯合反应，结合表面增强拉曼光谱及荧光光谱技术构建重金属离子多重检测传感器，从而实现基于多信号传感的重金属离子残留的快速、灵敏、高效检测研究。
上述的一种基于罗丹明衍生物的重金属离子多重检测传感器制备方法，所述的重金属离子多重检测是基于表面增强光谱及荧光光谱的多信号传感。
上述的一种基于罗丹明衍生物的重金属离子多重检测传感器制备方法，所述的增强基底AuNS@Ag纳米立方体复合纳米材料，与常用的增强基底金纳米颗粒、银纳米颗粒、金纳米棒、银纳米棒等相比，具有极强的拉曼信号增强效果，同时，AuNS@Ag纳米立方体制备工艺是经优化所得，最佳反应时间为4h，添加金纳米球的体积为2mL，十六烷基三甲基氯化铵体积为4.0mL。
上述的一种基于罗丹明衍生物的重金属离子多重检测传感器制备方法，所述的AuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物主要利用纳米立方体表面金壳与罗丹明衍生物R发生Ag-N螯合反应制备所得。
上述的一种基于罗丹明衍生物的重金属离子多重检测传感器制备方法，所述的拉曼信号主要利用自主搭建的显微拉曼光谱系统采集，所搭建显微拉曼光谱系统是将拉曼光谱技术与显微成像技术的独特性质相结合，既可用于拉曼光谱检测研究，还可通过显微模块，用于微观领域的拉曼光谱同步分析，实现不同技术之间的优势互补，为重金属离子快速检测提供优势平台。
上述的一种基于罗丹明衍生物的重金属离子多重检测传感器制备方法，该方法包括如下具体步骤：
1)金纳米球制备：CTAC包覆的金纳米球的合成主要是通过之前文献报道的种子生长法制备。具体步骤为，首先将0.6mL硼氢化钠(10mM)溶液加入到含有0.25mL10mM氯金酸和9.75mL0.1M CTAB混合溶液中，室温下连续震荡约30min，直到溶液颜色从黄色变为棕色。制备种子液在室温下放置3h。生长液的制备主要是将4.5mL 0.1M抗坏血酸加入到混有6mL0.5mM氯金酸和6mL 0.2M CTAC混合溶液中，随后，取0.3mL金种子液于上述生长液中，生长过夜，最终通过离心分离方式得到金纳米微球。
2)AuNS@Ag纳米立方体增强基底制备：分别取不同体积金纳米微球(0.15,0.2,0.5,1.0,2.0,and 3.0mL)与不同体积20mM CTAC(4.85,4.8,4.5,4.0,3.0,and 2.0mL)混合，60℃下连续震荡20min。随后，将5mL 2mM硝酸银及溶有50mM抗坏血酸和40mM CTAC的5mL水溶液分别加入到上述混合溶液中，60℃下连续震荡4h。反应结束后，将混合溶液立即取出于冰浴中冷却降至室温，随后通过离心分离方式获取不同尺寸优化的。
3)罗丹明衍生物制备：称取1g罗丹明B及5mL三(2-氨乙基)胺溶于60mL甲醇中，在395k温度下结合冷凝回流装置反应一段时间，直到溶液从粉红色变为黄色。随后，将混合溶液降为室温，抽真空过夜干燥。随后，将干燥物用100mL二氯甲烷和200mL蒸馏水混合清洗后，用无水硫酸钠干燥过夜。最终，将硫酸钠过滤掉，得到黄色油状罗丹明衍生物。
4)AuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物制备：在氮气保护环境下，取1g制备AuNS@Ag纳米立方体及0.57g罗丹明衍生物R于50mL甲苯试剂中，混合震荡48h后，离心，沉淀用甲苯及二氯甲烷清洗数次，随后真空干燥，得到AuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物。
5)拉曼光谱检测：将制备的200uLAuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物与100uL不同浓度重金属离子溶液混合于96孔板中，以100uL蒸馏水为对照组，通过离心分离方式去除多余的复合物，测其拉曼光谱强度(上清液)，以反应前后标记分子特征峰的拉曼强度差与重金属离子浓度建立标准曲线，实现基于拉曼信号的重金属离子检测。
6)荧光光谱检测：将制备的200uLAuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物与100uL不同浓度重金属离子溶液混合于离心管中，连续震荡混合后于微量比色皿中进行荧光光谱检测，激发波长为520nm，发射波长为400-700nm。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
本发明所提出的重金属离子多重检测是基于表面增强光谱及荧光光谱的多信号传感，之前无人报道过，
本发明所制备的增强基底AuNS@Ag纳米立方体复合纳米材料，与常用的增强基底金纳米颗粒、银纳米颗粒、金纳米棒、银纳米棒等相比，具有极强的拉曼信号增强效果，同时，AuNS@Ag纳米立方体制备工艺是经优化所得，最佳反应时间为4h，添加金纳米球的体积为2mL，十六烷基三甲基氯化铵体积为4.0mL。
本发明所制备的AuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物主要利用纳米立方体表面金壳与罗丹明衍生物R发生Ag-N螯合反应制备所得。
本发明制备的的检测方法用于重金属离子残留检测灵敏度高，检测速度快，检测范围广，在食品安全、环境监测等技术领域广泛应用。
本发明所述的拉曼信号主要利用自主搭建的显微拉曼光谱系统采集，所搭建显微拉曼光谱系统是将拉曼光谱技术与显微成像技术的独特性质相结合，既可用于拉曼光谱检测研究，还可通过显微模块，用于微观领域的拉曼光谱同步分析，实现不同技术之间的优势互补，为重金属离子快速检测提供优势平台。
本发明利用AuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物与重金属离子发生开环反应实现其检测。
附图说明
图1为金纳米球表征图：(A)为金纳米球透射电镜图；(B)为金纳米球紫外吸收光谱；
图2为为不同优化尺寸AuNS@Ag纳米立方体复合纳米材料透射电镜表征图。
具体实施方式
实施实例1
为了进一步验证本发明所制备检测方法对牛重金属离子残留检测的作用，本发明实例，以汞离子(Hg2+)为例，具体操作步骤如下：
(1)金纳米球制备：CTAC包覆的金纳米球的合成主要是通过之前文献报道的种子生长法制备。具体步骤为，首先将0.6mL硼氢化钠(10mM)溶液加入到含有0.25mL10mM氯金酸和9.75mL0.1M CTAB混合溶液中，室温下连续震荡约30min，直到溶液颜色从黄色变为棕色。制备种子液在室温下放置3h。生长液的制备主要是将4.5mL 0.1M抗坏血酸加入到混有6mL0.5mM氯金酸和6mL 0.2M CTAC混合溶液中，随后，取0.3mL金种子液于上述生长液中，生长过夜，最终通过离心分离方式得到金纳米微球。图1为金纳米球表征图：(A)为金纳米球透射电镜图；(B)为金纳米球紫外吸收光谱；
(2)AuNS@Ag纳米立方体增强基底制备：取2.0mL金纳米微球与不同体积4mL 20mMCTAC混合，60℃下连续震荡20min。随后，将5mL 2mM硝酸银及溶有50mM抗坏血酸和40mMCTAC的5mL水溶液分别加入到上述混合溶液中，60℃下连续震荡4h。反应结束后，将混合溶液立即取出于冰浴中冷却降至室温，随后通过离心分离方式获取纳米立方体图2为为不同优化尺寸AuNS@Ag纳米立方体复合纳米材料透射电镜表征图；
(3)罗丹明衍生物制备：称取1g罗丹明B及5mL三(2-氨乙基)胺溶于60mL甲醇中，在395k温度下结合冷凝回流装置反应一段时间，直到溶液从粉红色变为黄色。随后，将混合溶液降为室温，抽真空过夜干燥。随后，将干燥物用100mL二氯甲烷和200mL蒸馏水混合清洗后，用无水硫酸钠干燥过夜。最终，将硫酸钠过滤掉，得到黄色油状罗丹明衍生物。
(4)AuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物制备：在氮气保护环境下，取1g制备AuNS@Ag纳米立方体及0.57g罗丹明衍生物R于50mL甲苯试剂中，混合震荡48h后，离心，沉淀用甲苯及二氯甲烷清洗数次，随后真空干燥，得到AuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物。
(5)拉曼光谱检测：将制备的200uLAuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物与100uL不同浓度重金属离子溶液混合于96孔板中，以100uL蒸馏水为对照组，通过离心分离方式去除多余的复合物，测其拉曼光谱强度(上清液)，以反应前后标记分子特征峰的拉曼强度差与重金属离子浓度建立标准曲线，实现基于拉曼信号的重金属离子检测。图2为拉曼信号采集装置构建技术图；
(6)荧光光谱检测：将制备的200uLAuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物与100uL不同浓度重金属离子溶液混合于离心管中，连续震荡混合后于微量比色皿中进行荧光光谱检测，激发波长为520nm，发射波长为400-700nm。
综上，本发明涉及一种基于罗丹明衍生物的重金属离子多重检测传感器制备方法。该方法为：以重金属离子为研究对象，以制备的修饰对巯基苯胺标记分子的AuNS@Ag纳米立方体复合纳米材料作为增强基底，以制备的罗丹明衍生物R作为荧光诱导物，利用纳米立方体表面金壳与罗丹明衍生物R发生Ag-N螯合反应，结合表面增强拉曼光谱及荧光光谱技术构建重金属离子多重检测传感器，从而实现基于多信号传感的重金属离子残留的快速、灵敏、高效检测研究。制备的重金属离子多重检测传感器，当重金属离子存在时，一方面，AuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物发生开环反应，并发生螯合作用，恢复罗丹明的共轭结构，从而增强了复合物的荧光强度，实现基于荧光信号的重金属离子检测；另一方面，通过离心分离方式去除多余的复合物，测其拉曼光谱强度，以反应前后标记分子特征峰的拉曼强度差与重金属离子浓度建立标准曲线，实现基于拉曼信号的重金属离子检测；该方法适用于食品安全、环境监测等技术领域。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于罗丹明衍生物R的重金属离子多重检测传感器制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
1)金纳米球制备：CTAC包覆的金纳米球的合成是通过之前文献报道的种子生长法制备；具体步骤为，首先将0.6mL硼氢化钠溶液加入到含有0.25mL 10mM氯金酸和9.75mL0.1MCTAB混合溶液中，室温下连续震荡约30min，直到溶液颜色从黄色变为棕色；制备种子液在室温下放置3h；生长液的制备是将4.5mL 0.1M抗坏血酸加入到混有6mL 0.5mM氯金酸和6mL0.2M CTAC混合溶液中，随后，取0.3mL金种子液于上述生长液中，生长过夜，最终通过离心分离方式得到金纳米微球；
2)AuNS@Ag纳米立方体增强基底制备：分别取不同体积金纳米微球与不同体积20mMCTAC混合，60℃下连续震荡20min；随后，将5mL 2mM硝酸银及溶有50mM抗坏血酸和40mMCTAC的5mL水溶液分别加入到上述混合溶液中，60℃下连续震荡4h；反应结束后，将混合溶液立即取出于冰浴中冷却降至室温，随后通过离心分离方式获取不同尺寸优化的；
3)罗丹明衍生物R制备：称取1g罗丹明B及5mL三(2-氨乙基)胺溶于60mL甲醇中，在395k温度下结合冷凝回流装置反应一段时间，直到溶液从粉红色变为黄色；随后，将混合溶液降为室温，抽真空过夜干燥；随后，将干燥物用100mL二氯甲烷和200mL蒸馏水混合清洗后，用无水硫酸钠干燥过夜；最终，将硫酸钠过滤掉，得到黄色油状罗丹明衍生物R；
4)AuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物制备：在氮气保护环境下，取1g制备AuNS@Ag纳米立方体及0.57g罗丹明衍生物R于50mL甲苯试剂中，混合震荡48h后，离心，沉淀用甲苯及二氯甲烷清洗数次，随后真空干燥，得到AuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物；
5)拉曼光谱检测：将制备的200uLAuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物与100uL不同浓度重金属离子溶液混合于96孔板中，以100uL蒸馏水为对照组，通过离心分离方式去除多余的复合物，测上清液拉曼光谱强度，以反应前后标记分子特征峰的拉曼强度差与重金属离子浓度建立标准曲线，实现基于拉曼信号的重金属离子检测；
6)荧光光谱检测：将制备的200uLAuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物与100uL不同浓度重金属离子溶液混合于离心管中，连续震荡混合后于微量比色皿中进行荧光光谱检测，激发波长为520nm，发射波长为400-700nm。
2.根据权利要求1所述的一种基于罗丹明衍生物R的重金属离子多重检测传感器制备方法，其特征在于，所述的重金属离子多重检测是基于表面增强光谱及荧光光谱的多信号传感。
3.根据权利要求1所述的一种基于罗丹明衍生物R的重金属离子多重检测传感器制备方法，其特征在于，所述的增强基底修饰对巯基苯胺标记分子的AuNS@Ag纳米立方体复合纳米材料，与常用的增强基底金纳米颗粒、银纳米颗粒、金纳米棒、银纳米棒相比，具有极强的拉曼信号增强效果，同时，AuNS@Ag纳米立方体制备工艺是经优化所得，最佳反应时间为4h，添加金纳米球的体积为2mL，十六烷基三甲基氯化铵体积为4.0mL。
4.根据权利要求1所述的一种基于罗丹明衍生物R的重金属离子多重检测传感器制备方法，其特征在于，所述的AuNS@Ag-罗丹明衍生物R复合物利用纳米立方体表面金壳与罗丹明衍生物R发生Ag-N螯合反应制备所得。
5.根据权利要求1所述的一种基于罗丹明衍生物R的重金属离子多重检测传感器制备方法，其特征在于，所述的拉曼信号利用自主搭建的显微拉曼光谱系统采集，所搭建显微拉曼光谱系统是将拉曼光谱技术与显微成像技术的独特性质相结合，既可用于拉曼光谱检测研究，还可通过显微模块，用于微观领域的拉曼光谱同步分析，实现不同技术之间的优势互补，为重金属离子快速检测提供优势平台。
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新型罗丹明B荧光探针的合成及其对Hg2+的识别研究;肖慧丰 等;《有机化学》;20161231;第36卷;第2413-2418页

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Assignee: Zhejiang Zhentonghong Tea Industry Co., Ltd.

Assignor: Jiangsu University

Contract record no.: 2019320000167

Denomination of invention: Preparation method of rhodamine derivative based heavy metal ion multiple detection sensor

Granted publication date: 20190402

License type: Common License

Record date: 20190530

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