CN108195803B - 一种水体消毒副产物的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种水体消毒副产物的检测方法，所述方法如下：S1：选用含硫氨基酸修饰Mn掺杂ZnS量子点，然后对修饰后的量子点进行活化处理；S2：将氨基酸溶液与S1活化处理后的量子点溶液混合并搅拌使两者耦联，然后离心分离、洗涤、沉淀、干燥，得氨基酸修饰量子点备用；S3：将待测水体样本与S2所得氨基酸修饰量子点溶液混合，震荡使反应，然后用分子荧光光度计测量溶液的荧光强度。本发明在量子点优异的荧光性能的基础上，首次实现了将特定的氨基酸修饰到Mn掺杂ZnS量子点上，并利用氨基酸与目标物苯醌的荷移反应导致量子点的荧光猝灭，建立了一种水体消毒副产物快速、灵敏的荧光检测方法。

Description

一种水体消毒副产物的检测方法
技术领域
本发明涉及分析化学检测技术领域，具体地，涉及一种水体消毒副产物的检测方法。
背景技术
半导体量子点作为一种新型的纳米材料，具有吸收光谱宽、发射光谱窄且对称、发射波长可控、不易发生光漂白、量子产率高、斯托克斯位移大等优点，是一种非常理想的荧光材料。基于其优良的光电特性，半导体量子点在众多领域中得到了深入的研究和应用，如生物领域（细胞成像以及动物活体成像）、分析领域（检测金属和非金属离子、小分子化合物等）、能源领域（量子点敏化太阳能电池等）和光电器件等等。
在自来水消毒过程中，通常会加入氯、溴等强氧化性物质。但自来水残余的余氯、溴等在大自然中经过氧化等过程，会产生2,6-二氯-1,4-苯醌和2,6-二溴-1,4-苯醌等痕量的消毒副产物，对人体健康带来极大的威胁。因此检测痕量消毒副产物已成为分析化学领域要解决的主要问题之一。文献报道的水体消毒副产物的检测方法主要是通过液液萃取、固相萃取和固相微萃取等样品前处理方法对目标分析物进行分离富集，洗脱后利用高灵敏度的液相色谱-质谱（HPLC-MS），气相色谱-质谱（GC-MS）等仪器进行定性和定量分析。这些分析方法结合了色谱的强大的分离能力和质谱的高灵敏的定量能力，可以实现对目标物检测。但存在操作步骤繁琐，选择性不高，分析周期长等缺点。
因此，亟需建立选择性强、灵敏度高，同时又能实现富集和检测为一体的快速高效的分析方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种水体消毒副产物的检测方法。
本发明在量子点优异的荧光性能的基础上，首次实现了将特定的氨基酸修饰到Mn掺杂ZnS量子点上，并利用氨基酸与目标物苯醌的荷移反应导致量子点的荧光猝灭，建立了一种水体消毒副产物快速、灵敏的荧光检测方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种水体消毒副产物的检测方法，所述方法如下：
S1：选用含硫氨基酸修饰Mn掺杂ZnS量子点，然后对修饰后的量子点进行活化处理；
S2：将氨基酸溶液与S1活化处理后的量子点溶液混合并搅拌使两者耦联，然后离心分离、洗涤、沉淀、干燥，得氨基酸修饰量子点备用；
S3：将待测水体样本与S2所得氨基酸修饰量子点溶液混合，震荡使反应，然后用分子荧光光度计测量溶液的荧光强度。
优选地，S1中，所述含硫氨基酸为巯基丙酸和/或半胱氨酸。
优选地，S2中，所述氨基酸为苏氨酸、络氨酸或色氨酸中的一种或几种。
优选地，S3中，反应时间为60～120min，反应温度为30～60℃。
优选地，S3中，反应时间为80min，反应温度为40℃。
优选地，S2中，所述量子点溶液的质量浓度为2.0～30 mg/mL，所述氨基酸溶液的质量浓度为2～10mg/mL。
优选地，S2中，所述氨基酸与量子点的质量比为1～1：1～3。
优选地，S1中，将修饰后的量子点溶液与乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基丁二酰亚胺混合并振荡即得活化后的量子点。
优选地，S2中，所述耦联的具体操作为：将氨基酸溶于PBS缓冲溶液中调节pH至6～8，然后与S1活化处理后的量子点溶液混合，持续搅拌0.5～2h。
优选地，所述水体消毒副产物为卤代对苯醌；进一步优选地，所述卤代对苯醌为2,6-二氯-1,4-苯醌或2,6-二溴-1,4-苯醌。本发明提供的检测方法能够手性识别2,6-二氯-1,4-苯醌或2,6-二溴-1,4-苯醌。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明首次实现了将特定的氨基酸修饰到Mn掺杂ZnS量子点上，并利用氨基酸与目标物苯醌的荷移反应导致量子点的荧光猝灭，据此建立了一种对水体消毒副产物如2,6-二氯-1,4-苯醌或2,6-二溴-1,4-苯醌的检测方法。与其它量子点的功能化方法相比，本发明提供的检测方法是基于对苯醌和氨基酸的荷移反应引起的荧光猝灭，因此方法的选择性强、灵敏度高，最低检出限可以达到0.05 ng/L；本发明提供的方法集富集和检测为一体，具有快速高效、步骤简单的优点，将大大拓展量子点在分析化学中的应用。
附图说明
图1为实施例1提供的苏氨酸修饰的Mn掺杂ZnS量子点的透射电镜图；
图2为实施例1中2,6-二氯-1,4-苯醌与苏氨酸修饰的量子点反应的紫外光谱图；
图3为实施例1中2,6-二溴-1,4-苯醌与苏氨酸修饰的量子点反应的紫外光谱图；
图4为实施例2中2,6-二氯-1,4-苯醌加入前后量子点的荧光强度改变图。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，本发明所用试剂和材料均为市购。
实施例1
一种水体消毒副产物的检测方法，包括以下步骤：
（1）巯基丙酸修饰的Mn掺杂ZnS量子点的制备
往三口烧瓶中依次加入0.1 mol/L的乙酸锌溶液3mL，0.01mol/L的乙酸锰溶液1mL， 0.1mol/L的3-巯基丙酸溶液10 mL。用1 mol/L NaOH调节溶液pH至10，用真空泵抽空气，然后通氮气，搅拌30分钟。用蠕动泵滴加0.1 mol/L的硫化钠溶液3 mL。在空气下，油浴50℃，陈化2小时。待溶液冷却至室温，加入等体积无水乙醇，然后搅拌3分钟，再进行离心分离。加入5mL无水乙醇洗涤沉淀，进行离心分离。沉淀进行氮吹，然后50℃真空干燥24小时。
（2）苏氨酸修饰量子点
在100mL烧杯中，加入浓度为0.5 mg/L 的EDC溶液5 mL，0.5 mg/L NHS溶液3 mL，1mg/mL量子点溶液8 mL，搅拌30分钟。同时将20 mg苏氨酸溶于1 ml PBS缓冲溶液中，调节pH至6，倒入混合溶液中，继续搅拌4小时。加入丙酮，继续搅拌3分钟，然后离心分离。加入3 mL丙酮洗涤沉淀，进行离心分离，重复3次。沉淀进行氮吹，然后50℃真空干燥24小时。
（3）水体消毒副产物2,6-二氯-1,4-苯醌和2,6-二溴-1,4-苯醌的荧光检测
分别取0.1 g/L的量子点溶液，1 ml的2,6-二氯-1,4-苯醌和2,6-二溴-1,4-苯醌溶液置于10ml棕色容量瓶中，加入0.05 mol/L的硼砂溶液1 ml，定容。取适量溶液在30-60℃水浴中反应1-2 h。用分子荧光光度计检测溶液的荧光强度。根据Stern-Volmerequation（FO/F=1+Ksv[c]）以浓度[c]为横坐标，相对荧光强度（Fo /F）为纵坐标绘制荧光响应曲线。
实施例2
一种水体消毒副产物的检测方法，包括以下步骤：
（1）半胱氨酸修饰的Mn掺杂ZnS量子点的制备
往三口烧瓶中依次加入0.3 mol/L的乙酸锌溶液7 mL， 0.03mol/L的乙酸锰溶液2mL， 0.3mol/L的半胱氨酸溶液30 mL。用3 mol/L NaOH调节溶液pH至13左右，用真空泵抽空气，然后通氮气，搅拌30分钟。用蠕动泵滴加0.3 mol/L的硫化钠溶液7 mL。在空气下，油浴50℃，陈化2小时。待溶液冷却至室温，加入等体积无水乙醇，然后搅拌3分钟，再进行离心分离。加入5mL无水乙醇洗涤沉淀，进行离心分离。沉淀进行氮吹，然后50℃真空干燥24小时。
（2）色氨酸修饰量子点
在100 mL烧杯中，加入浓度为1.5 mg/L 的EDC溶液8 mL， 1.5 mg/L NHS溶液5mL， 5 mg/mL量子点溶液12 mL，搅拌30分钟。同时将50 mg色氨酸溶于5 ml PBS缓冲溶液中，调节pH至8，倒入混合溶液中，继续搅拌4小时。加入丙酮，继续搅拌3分钟，然后离心分离。加入7 mL丙酮洗涤沉淀，进行离心分离，重复3次。沉淀进行氮吹，然后50℃真空干燥24小时。
（3）水体消毒副产物2,6-二氯-1,4-苯醌和2,6-二溴-1,4-苯醌的荧光检测
分别取0.5 g/L的量子点溶液， 3ml的2,6-二氯-1,4-苯醌和2,6-二溴-1,4-苯醌溶液置于10ml棕色容量瓶中，加入0.2 mol/L的硼砂溶液5 ml，定容。取适量溶液在30-60℃水浴中反应1-2 h。用分子荧光光度计检测溶液的荧光强度。根据Stern-Volmerequation（FO/F=1+Ksv[c]）以浓度[c]为横坐标，相对荧光强度（Fo /F）为纵坐标绘制荧光响应曲线。
本发明具体实施方式中荧光分析检测方法的建立按如下方式进行：
将适量量子点荧光溶液和已知浓度的一系列目标物浓度溶液加入到10 mL容量瓶中，室温下超声30 min后置于40 ℃水浴中12 h。用分子荧光光度计测量系统检测溶液的荧光强度。根据Stern-Volmer equation（FO/F=1+Ksv[c]）以浓度[c]为横坐标，相对荧光强度（Fo/F）为纵坐标绘制荧光响应曲线。选择S型和R型的混合物的布洛芬溶液，评价其手性识别能力。
本发明还考察了待测水体样本和量子点的反应时间及温度对荧光强度的影响以及水体样本加入前后对量子点紫外光谱图的变化，具体操作如下。
（1）待测水体样本和量子点的反应时间及温度对荧光强度的影响
分别选择了20min，40min，60min，80min，100min和120 min做为反应时间，结果发现在80min时，苏氨酸修饰的量子点与目标物2,6-二氯-1,4-苯醌和2,6-二溴-1,4-苯醌反应达到平衡，猝灭量达到最大。
接下来选择了25℃，30℃，35℃，40℃，45℃，和50℃等不同的反应温度进行优化，选择40℃作为最佳反应温度。
配制0.1 g/L的量子点水溶液和2,6-二氯-1,4-苯醌、2,6-二溴-1,4-苯醌浓度为10-7-10-9 g/L的乙醇溶液，然后用荧光分光光度计检测溶液的荧光强度，根据Stern-Volmer equation（FO/F=1+Ksv[c]）以浓度[c]为横坐标，相对荧光强度（Fo/F）为纵坐标绘制荧光响应曲线；测试结果见表1。
表1 文献报道的其它检测方法与本发明提供的方法对比
Figure 31262DEST_PATH_IMAGE001
本研究方法将样品前处理与检测过程合二为一，有效减少了分析检测的时间，同时，荧光检测方法的灵敏度为0.05 ng/L，与其他方法相当或高于其他方法，因此本研究方法适于检测水体消毒副产物如2,6-二氯-1,4-苯醌和2,6-二溴-1,4-苯醌。
（2）待测水体样本加入前后对量子点紫外光谱图的变化。
如图2所示。量子点的紫外吸收在290 nm左右，2,6-二氯-1,4-苯醌有两个吸收峰，分别在220nm和270nm波长处，两者混合反应后形成的荷移络合物在330 nm处有最大吸收峰。2,6-二溴-1,4-苯醌的最大紫外吸收在210 nm和310nm左右，和苏氨酸修饰的量子点混合反应后形成的荷移络合物，在350 nm产生新的吸收峰。这些都证明了苏氨酸修饰的量子点与目标物发生了荷移反应，进而引起量子点荧光强度的猝灭。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种水体消毒副产物的检测方法，其特征在于，所述方法如下：
S1：选用含硫氨基酸或巯基丙酸修饰Mn掺杂ZnS量子点，然后对修饰后的量子点进行活化处理；
S2：将氨基酸溶液与S1活化处理后的量子点溶液混合并搅拌使两者耦联，然后离心分离、洗涤、沉淀、干燥，得氨基酸修饰量子点备用，所述氨基酸为苏氨酸、络氨酸或色氨酸中的一种或几种；
S3：将待测水体样本与S2所得氨基酸修饰量子点溶液混合，震荡使反应，然后用分子荧光光度计测量溶液的荧光强度；
所述水体消毒副产物为卤代对苯醌。
2.根据权利要求1所述检测方法，其特征在于，S1中，所述含硫氨基酸为半胱氨酸。
3.根据权利要求1所述检测方法，其特征在于，S3中，反应时间为60～120min，反应温度为30～60℃。
4.根据权利要求3所述检测方法，其特征在于，S3中，反应时间为80min，反应温度为40℃。
5.根据权利要求1所述检测方法，其特征在于，S2中，所述量子点溶液的质量浓度为2.0～30mg/mL，所述氨基酸溶液的质量浓度为2～10mg/mL。
6.根据权利要求1所述检测方法，其特征在于，S2中，所述氨基酸与量子点的质量比为1～1：1～3。
7.根据权利要求1所述检测方法，其特征在于，S1中，将修饰后的量子点溶液与乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基丁二酰亚胺混合并振荡即得活化后的量子点。
8.根据权利要求1所述检测方法，其特征在于，S2中，所述耦联的具体操作为：将氨基酸溶于PBS缓冲溶液中调节pH至6～8，然后与S1活化处理后的量子点溶液混合，持续搅拌0.5～2h。
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