CN108152263A - 一种基于碳量子点荧光法快速检测铁元素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于碳量子点荧光法快速检测铁元素的方法，属于荧光法快速检测微量元素技术领域。本发明利用L‑抗坏血酸和乙醇制备碳量子点，无需进一步的纯化和表面修饰，适用于检测包括二价铁和三价铁形态在内的铁元素，具有以下几类优点：(1)制备碳量子点工艺简单，成本低廉，使用的材料绿色无毒，对环境无毒副作用；(2)检测铁的线性范围广，0‑400μM，检测限低至2.52μM；(3)样品预处理简单，无需强酸消化；(4)可以同时检测二价铁和三价铁，适用性广。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于碳量子点荧光法快速检测铁元素的方法，属于荧光法快速检测微量元素技术领域。
背景技术
铁是人体内必须的微量元素之一，是构成血红蛋白和血红素的主要成分之一，是缺铁性贫血的病因，也是许多酶的组成成分和氧化还原酶的激活剂，具有极为重要的生物学功能。因此，市场上充斥着各种铁补充剂或强化铁的保健食品，以满足人们补充铁的需求。这些保健品中的铁元素和人体中血红蛋白所需的铁元素都是以二价铁的形式存在的。
同时，印染、纺织、造纸等行业的用水，对铁含量的要求较高，必须在0.1mg/L以下，否则会导致衣物、纺织品和纸呈现斑底，影响产品的质量。因此，铁是印染、纺织、造纸等行业用水的必测项目，同时也是地表水、地下水、生活饮用水中的常规检测项目。
目前铁元素的检测方法有邻二氮菲比色法、原子吸收光谱法、电位溶出法等。但这些方法存在着试验周期长，试剂繁多、样品预处理复杂、只能单一检测二价铁或三价铁等缺点。
碳量子点作为一种新型的荧光碳纳米材料，保持了碳材料的无毒性、生物相容性的优点。此外，碳量子点的发光范围也可调节，双光子吸收截面大，光稳定性良好，并且没有光闪烁现象，易于大规模的合成制备。与一些常见的有机染料相比，碳量子点的优越性体现在较高的稳定性和较强的抗光漂白性。采取不同原料，不同合成方法制备的碳量子点，其本身的化学性质也有所不同。但是，目前为止，碳量子点法主要集中在三价铁的检测上，且合成过程复杂，需要分多个阶段进行表面修饰及纯化。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种以碳量子点为荧光剂，快速灵敏检测二价铁和三价铁的方法，尤其是检测保健品中二价铁的方法。
所述方法包括以下步骤：
(1)碳量子点的合成
将L-抗坏血酸溶于超纯水，并加入乙醇，在水热反应釜中160-200℃加热反应3-5小时，自然冷却至室温得到碳量子点溶液；
(2)碳量子点浓度的选择
将碳量子点溶液稀释不同倍数，获得荧光强度最大，且检测铁元素时具有最大的线性范围的碳量子点溶液的浓度；
(3)碳量子点检测铁的标准曲线绘制
向缓冲液中添加碳量子点溶液，再向其中加入各浓度的二价铁离子或三价铁离子溶液，将所得反应液置入荧光比色皿中，于荧光光度计中检测；以荧光强度(y)对二价铁离子或三价铁离子溶液浓度(x)，作标准曲线；
(4)样品检测
预处理：
④以乳酸亚铁为主的铁补充剂保健品，澄清透明，无需处理；
⑤以卟啉铁为主的铁补充剂保健品，色深，应加双氧水进行氧化脱色，然后加入少量二氧化锰作为催化剂，反应除去过量的双氧水，离心取上清液；
⑥地表水、地下水、生活饮用水等，需过滤、离心除去大颗粒物质，然后过0.22μm的滤膜即可。
检测：
取上清液，加入碳量子点溶液、磷酸缓冲液，混合均匀后，置入荧光比色皿中，于荧光光度计中检测，将峰值代入标准曲线，得到铁元素的浓度。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)碳量子点的合成，具体包括以下步骤：将L-抗坏血酸溶于超纯水中，然后加入无水乙醇，搅拌均匀后，将该溶液转移至聚四氟乙烯为内胆的水热反应釜，于160-200℃加热3-5小时后，自然冷却至室温；所述L-抗坏血酸、超纯水、无水乙醇的质量比为1：20-30：20-30。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)碳量子点浓度的选择，具体是将碳量子点溶液用0.2M的磷酸缓冲液(pH＝7)稀释80-100倍。此时荧光强度最大，且检测铁元素时具有最大的线性范围。
在本发明的一种实施方式中，步骤(3)碳量子点检测铁的标准曲线绘制，具体包括步骤：取0.2M的磷酸缓冲液(pH＝7)800μL，加入步骤(2)稀释后的碳量子点溶液100μL，再向其中分别加入100μL各浓度的二价铁离子或三价铁离子溶液，制备成20μM、40μM、60μM、80μM、100μM、200μM、400μM七种浓度的反应液；取400μL的反应液置入荧光比色皿中，于荧光光度计中检测，以荧光强度(y)对二价铁离子或三价铁离子溶液浓度(x)，作标准曲线；
荧光光度计参数为：
在本发明的一种实施方式中，步骤(4)样品检测，具体包括：
预处理：
铁补充剂以乳酸亚铁为主的澄清透明溶液无需处理，
铁补充剂以卟啉铁为主的深色溶液加浓度为30％的双氧水进行氧化脱色，溶液与双氧水体积1:1，静置反应1小时，然后加入少量二氧化锰作为催化剂，反应除去过量的双氧水，离心取上清液；
检测：
取上清液20μL，加入100μL的碳量子点，880μL的磷酸缓冲液(pH＝7)，混合均匀后，取400μL反应液置入荧光比色皿中，于荧光光度计中检测，将峰值代入标准曲线，得到浓度。
本发明的优点和效果：
本发明利用L-抗坏血酸和乙醇制备碳量子点，无需进一步的纯化和表面修饰，适用于检测包括二价铁和三价铁形态在内的铁元素，具有以下几类优点：(1)制备碳量子点工艺简单，成本低廉，使用的材料绿色无毒，对环境无毒副作用；(2)检测铁的线性范围广，0-400μM，检测限低至2.52μM；(3)样品预处理简单，无需强酸消化；(4)可以同时检测二价铁和三价铁，适用性广。
附图说明
图1碳量子点对铁元素的选择性
图2碳量子点荧光强度与二价铁或三价铁浓度的线性关系
具体实施方式
实施例1补铁口服液中铁的检测
(1)碳量子点的合成
称取L-抗坏血酸1g溶于25mL超纯水中，然后加入25mL无水乙醇，搅拌均匀后，将该溶液转移至100mL聚四氟乙烯为内胆的水热反应釜。将其置于烘箱中180℃加热4小时后取出，自然冷却至室温。将所得碳量子点溶液用0.2M的磷酸缓冲液(pH＝7)稀释100倍，此时浓度为0.2mg/mL。
(2)碳量子点检测铁的标准曲线绘制
取磷酸缓冲液800μL(pH＝7)，加入稀释后的碳量子点溶液100μL，再向其中加入100μL各浓度的二价铁离子溶液，制备成分别含二价铁20μM、40μM、60μM、80μM、100μM、200μM、400μM的七种浓度的反应液。
本实验采用的荧光光度计参数为：
取400μL的反应液置入荧光比色皿中，于荧光光度计中检测。每个样品取其峰值下的强度(即发射波长为380nm下的强度)作为线性曲线的数据，绘制成如图2所示的标准曲线。
(3)样品检测
预处理：
取3mL的补铁口服液原液，加入3mL的双氧水溶液(浓度30％)，静置一小时。然后加入少量二氧化锰作为催化剂，反应除去过量的双氧水。8000rpm下离心3min，取上清液。
检测：
取上清液20μL，加入100μL步骤(1)稀释后的碳量子点溶液，880μL的磷酸缓冲液(pH＝7)，混合均匀后，取400μL反应液于荧光光度计中检测，代入标准曲线Y＝34521-57.31X，得到浓度63.8μM，预处理时稀释了2倍，反应体系中又稀释了50倍，因此，补铁口服液原液中二价铁浓度为6380μM。
(4)回收率
取20μL的上清液，加入100μL步骤(1)稀释后的CQDs，800μL的磷酸缓冲液(pH＝7)，再添加各浓度的氯化亚铁溶液。混合均匀后，取400μL于荧光光度计中检测，代入标准曲线Y＝34521-57.31X，计算回收率如下表所示：
表1补铁口服液中铁元素的测定
Determination ofiron in samples(n＝3)
实施例2三价铁的检测
(1)碳量子点的合成
同实施例1。
(2)碳量子点检测铁的标准曲线绘制
取磷酸缓冲液800μL(pH＝7)，加入稀释后的碳量子点溶液100μL，再向其中加入100μL各浓度的三价铁离子溶液，制备成分别含三价铁20μM、40μM、60μM、80μM、100μM、200μM、400μM的七种浓度的反应液。
本实验采用的荧光光度计参数为：
取400μL的反应液置入荧光比色皿中，于荧光光度计中检测。每个样品取其峰值下的强度(即发射波长为380nm下的强度)作为线性曲线的数据，绘制成如图2中黑色圆圈所示的标准曲线。
(3)样品检测
预处理：
取太湖水10mL，过滤除去泥沙，8000rpm下离心3min，取上清液。然后将上清液过0.22μm的滤膜。
检测：
取上清液20μL，加入100μL步骤(1)稀释后的碳量子点溶液，880μL的磷酸缓冲液(pH＝7)，混合均匀后，取400μL反应液于荧光光度计中检测，代入标准曲线Y＝35511-60.37X，得到浓度0.16μM，反应体系中又稀释了50倍，因此，太湖水中三价铁浓度为8.00μM。
(4)回收率
表2太湖水中铁元素的测定
Determination ofiron in the lake samples(n＝3)
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (7)
1.一种基于碳量子点检测铁元素的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)碳量子点的合成
将L-抗坏血酸溶于超纯水，并加入乙醇，在水热反应釜中160-200℃加热反应3-5小时，自然冷却至室温得到碳量子点溶液；
(2)碳量子点浓度的选择
将碳量子点溶液稀释不同倍数，获得荧光强度最大，且检测铁元素时具有最大的线性范围的碳量子点溶液的浓度；
(3)碳量子点检测铁的标准曲线绘制
向缓冲液中添加碳量子点溶液，再向其中加入各浓度的二价铁离子或三价铁离子溶液，将所得反应液置入荧光比色皿中，于荧光光度计中检测；以荧光强度(y)对二价铁离子或三价铁离子溶液浓度(x)，作标准曲线；
(4)样品检测
预处理：
①以乳酸亚铁为主的铁补充剂保健品，澄清透明，无需处理；
②以卟啉铁为主的铁补充剂保健品，色深，需要脱色；
③地表水、地下水、生活饮用水等，需过滤、离心除去大颗粒物质，然后过滤膜即可；
检测：
取上清液，加入碳量子点溶液、磷酸缓冲液，混合均匀后，置入荧光比色皿中，于荧光光度计中检测，将峰值代入标准曲线，得到铁元素的浓度。
2.根据权利要求1所述的一种基于碳量子点检测铁元素的方法，其特征在于，步骤(1)碳量子点的合成，具体包括以下步骤：将L-抗坏血酸溶于超纯水中，然后加入无水乙醇，搅拌均匀后，将该溶液转移至聚四氟乙烯为内胆的水热反应釜，于160-200℃加热3-5小时后，自然冷却至室温；所述L-抗坏血酸、超纯水、无水乙醇的质量比为1：20-30：20-30。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于碳量子点检测铁元素的方法，其特征在于，步骤(2)碳量子点浓度的选择，具体是将碳量子点溶液用0.2M的磷酸缓冲液(pH＝7)稀释80-100倍，此时荧光强度最大，且检测铁元素时具有最大的线性范围。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于碳量子点检测铁元素的方法，其特征在于，步骤(3)碳量子点检测铁的标准曲线绘制，具体包括步骤：取0.2M的磷酸缓冲液(pH＝7)800μL，加入步骤(2)稀释后的碳量子点溶液100μL，再向其中分别加入100μL各浓度的二价铁离子或三价铁离子溶液，制备成20μM、40μM、60μM、80μM、100μM、200μM、400μM七种浓度的反应液；取400μL的反应液置入荧光比色皿中，于荧光光度计中检测，以荧光强度(y)对二价铁离子或三价铁离子溶液浓度(x)，作标准曲线。
5.根据权利要求4所述的一种基于碳量子点检测铁元素的方法，其特征在于，
荧光光度计参数为：
6.根据权利要求1～5任一所述的一种基于碳量子点检测铁元素的方法，其特征在于，步骤(4)样品检测，具体包括：
预处理：
铁补充剂以乳酸亚铁为主的澄清透明溶液无需处理，
铁补充剂以卟啉铁为主的深色溶液加浓度为30％的双氧水进行氧化脱色，溶液与双氧水体积1:1，静置反应1小时，然后加入少量二氧化锰作为催化剂，反应除去过量的双氧水，离心取上清液；
检测：
取上清液20μL，加入100μL的碳量子点，880μL的磷酸缓冲液(pH＝7)，混合均匀后，取400μL反应液置入荧光比色皿中，于荧光光度计中检测，将峰值代入标准曲线，得到浓度。
7.一种基于碳量子点检测铁元素的试剂盒，其特征在于，含有碳量子溶液，或者还含有缓冲液，或者还含有铁离子或亚铁离子溶液标样；使用方法为权利要求1～6任一所述的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Xi Jinzhong Inventor after: Zhang Ying Inventor after: Zhang Yichi Inventor after: Xie Yunfei Inventor after: Guo Yahui Inventor after: Cheng Yuliang Inventor after: Yu Hang Inventor after: Qian He Inventor after: Yao Weirong Inventor before: Xi Jinzhong Inventor before: Xie Yunfei Inventor before: Guo Yahui Inventor before: Cheng Yuliang Inventor before: Yu Hang Inventor before: Qian He Inventor before: Yao Weirong |
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |