CN108956551B - 一种基于荧光猝灭检测双氧水的稀土铕-壳聚糖薄膜及其检测方法 - Google Patents

一种基于荧光猝灭检测双氧水的稀土铕-壳聚糖薄膜及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于荧光猝灭检测双氧水的稀土铕‑壳聚糖薄膜及其检测方法，本发明将稀土铕杂多酸盐引入环境友好型材料—壳聚糖的阳离子型表面活性剂的酸性溶液中，制成了荧光薄膜，由于壳聚糖分子间以及分子中含有大量的氢键，与含稀土铕的杂多酸盐结合紧密，易于成膜，成膜刚性强，结构紧凑、致密，稀土铕‑壳聚糖薄膜稳定性强，不容易变质和失效。制备工艺简单，成本低，环保，不污染环境，检测准确、灵敏度高、操作简单，能检测双氧水的浓度范围为0.1～88μmol/L。

Description

一种基于荧光猝灭检测双氧水的稀土铕-壳聚糖薄膜及其检 测方法
技术领域
本发明涉及一种基于荧光猝灭检测双氧水的稀土铕-壳聚糖薄膜及其检测方法，属于高分子薄膜材料和传感技术领域。
背景技术
双氧水是人体内重要的活性氧，其含量与癌症、帕金森氏综合征、老人痴呆症等各类疾病息息相关(参见Miller E W,Albers A E,Pralle A,et al.Journal of theAmerican Chemical Society,2005,127(47):16652-16659.Barnham K J,Masters C L,Bush A I.Nature reviews Drug discovery,2004,3(3):205-214.)。近年来，双氧水被广泛应用于食品、环境分析、临床治疗等多种领域。因而双氧水的检测成为了人们关注的焦点。
目前双氧水的检测方法主要分为两种，电化学方法(参见Xiang C,Zou Y,Sun LX,et al.Sensors and Actuators B:Chemical,2009,136(1):158-162.)和荧光法(参见Dou Z,Yu J,Xu H,et al.Microporous and Mesoporous Materials,2013,179:198-204.)。其中，荧光法由于价格低廉，响应时间短等优点而被广泛应用，但荧光法检测时所采用的溶剂材料大多为不环保的材料，例如甲苯，二甲苯等，与现在提倡的环境友好型的社会理念背道而驰。
目前环境友好型的壳聚糖因其来源丰富、价格低廉、生物可降解性等优异性能被制成薄膜而被广泛用于检测，但几乎没有用来检测双氧水(参见W.S.Adriano,E.H.C.Filho,J.A.Silva,L.R.B.Gonc，alves,Optimization of penicillin G acylasemultipoint immobilization on to glutaraldehydechitosan beads,Biotech.Appl.Biochem.41(2005)201.)。
因此，如何用环境友好型的壳聚糖来简单快速高效地检测双氧水是目前有待解决的技术难题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于荧光猝灭检测双氧水的稀土铕-壳聚糖薄膜及其检测方法。该检测方法具有快速、高效、微量、价廉、稳定等优势。
本发明的技术方案如下：
一种基于荧光猝灭检测双氧水的稀土铕-壳聚糖薄膜，该薄膜是按如下方法制备得到的：
(1)将壳聚糖粉末加入阳离子表面活性剂水溶液中，得混合溶液，壳聚糖与阳离子表面活性剂水溶液的质量比为1:50～1:33；
(2)向步骤(1)的混合溶液中加入酸性溶液，然后于50～100℃的温度下搅拌8～24小时，使壳聚糖充分溶解，得均一稳定的混合溶液；
(3)将含稀土铕的杂多酸盐搅拌溶解于去离子水中，制得浓度为5μmol/L～10mmol/L的含稀土铕的杂多酸盐水溶液；
(4)将步骤(2)均一稳定的混合溶液与杂多酸盐水溶液以体积比为1：(5～1)的比例室温下搅拌混合均匀，得成膜液；
(5)成膜干燥，制得基于荧光猝灭检测双氧水的稀土铕-壳聚糖薄膜。
根据本发明优选的，步骤(1)中的阳离子表面活性剂为N-甲基-N’-十六烷基咪唑溴([N-C16,N′-CO2H-Im]Br)、1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯([C4mim][C12H25SO4])、双十二烷基三甲基溴化铵([C12-2-C12im]Br2)或双十六烷基三甲基溴化铵([C12-2-C12im]Br2)。
最为优选的，步骤(1)中的阳离子表面活性剂为双十二烷基三甲基溴化铵([C12-2-C12im]Br2)。
根据本发明优选的，步骤(1)中，阳离子表面活性剂水溶液的浓度为0.1～1mmol/L。
根据本发明优选的，步骤(2)中的酸性溶液为冰醋酸。
根据本发明优选的，步骤(2)中的酸性溶液的加入量与步骤(1)混合溶液的质量比为(0.2～1)：(4～6)。
根据本发明优选的，步骤(3)中，含稀土铕的杂多酸盐为Na9[EuW10O36]，含稀土铕的杂多酸盐水溶液的浓度为0.5mmol/L～5mmol/L。
根据本发明优选的，步骤(4)中均一稳定的混合溶液与杂多酸盐水溶液的体积比为：1：(2～1)，最为优选的均一稳定的混合溶液与杂多酸盐水溶液的体积比为：1：1。
根据本发明优选的，步骤(4)中搅拌的时间为10～60min。
根据本发明优选的，所述步骤(5)中，干燥温度为70～100℃，干燥时间为2～24h。
根据本发明，稀土铕-壳聚糖薄膜用于检测双氧水的检测方法，步骤如下：
1)、将稀土铕-壳聚糖薄膜切割成相同长度的检测条，取其中一份滴加去离子水，经激发光源激发，检测580～660nm处的荧光发射峰强度，得到标准荧光强度；
2)另取检测条滴加待检测液，使用与步骤2)相同的激发光源激发，检测560-640nm处的荧光发射峰强度，与标准荧光强度进行比较，来检测待测液中是否含有双氧水。
根据本发明优选的，去离子水和双氧水的滴加量是相同的；激发光源的激发波长均为280nm；每一组测试均平行进行三次，取平均数进行比较，测试温度为室温。
本发明的稀土铕-壳聚糖薄膜检测时，在波长280nm激发光源激发下，在560和640nm处均有强烈的发射峰，当待检测水溶液含有双氧水时，会导致该处荧光发射峰强度减弱，并且双氧水含量越多，猝灭效果越明显。
本发明的检测原理：
本发明的稀土铕-壳聚糖薄膜含有稀土铕杂多酸，在一定波长的光源激发下具有荧光性质，双氧水使Eu-POM的荧光猝灭发生在电子转移的第一步(激发O-W配体到金属转移带上，使得d1电子发生跃迁)，导致能量的转移被阻断。在此过程中，双氧水夺稀土铕杂多酸的LUMO轨道上的电子，使得双氧水变为基态，阻断电子在POM分子上d1轨道上的跃迁，使电子不能从POM转移到Eu3+。
有益效果
1、本发明的稀土铕-壳聚糖薄膜由于壳聚糖分子间以及分子中含有大量的氢键，与含稀土铕的杂多酸盐结合紧密，易于成膜，成膜刚性强，结构紧凑、致密，稀土铕-壳聚糖薄膜稳定性强，不容易变质和失效。
2、本发明的稀土铕-壳聚糖薄膜制备工艺简单，成本低，环保，不污染环境，检测准确、灵敏度高、操作简单，能检测双氧水的浓度范围为0.1～88μmol/L。
3、本发明的稀土铕-壳聚糖薄膜检测时，利用620nm的发射峰对稀土铕杂多酸盐周围的微环境敏感性的特点，达到了双氧水浓度越大，荧光猝灭效果越明显的目的，实现了检测时间短，使用含量少，稳定性良好的目标，具有广阔的的应用前景，便于扩大生产。
4、本发明将稀土铕杂多酸盐引入环境友好型材料—壳聚糖的阳离子型表面活性剂的酸性溶液中，制成了荧光薄膜，利用荧光的方法达到了快速检测双氧水的目的，使用的不论是阳离子型表面活性剂还是壳聚糖均是价格低廉，解决了现有的材料不环保，价格昂贵，检测时间过长，材料不稳定等一系列的难题。
附图说明
图1为实施例1制得的稀土铕-壳聚糖薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图；
图2为加入不同浓度双氧水的荧光光谱图，在622nm处荧光强度从上到下依次对应的浓度分别为0，0.11μmol/L，1.1μmol/L，11μmol/L，22μmol/L，33μmol/L，44μmol/L，66μmol/L，88μmol/L；
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明所保护范围不限于此。
原料来源
壳聚糖购买自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
稀土铕杂多酸盐(Na9[EuW10O36])根据文献合成[Sugeta M,Yamase T.Crystalstructure and luminescence site of Na9[EuW10O36]·32H2O[J].Bulletin of theChemical Society of Japan,1993,66(2):444-449.]。
实施例1
一种基于荧光猝灭检测双氧水的稀土铕-壳聚糖薄膜，该薄膜是按如下方法制备得到的：
(1)将2g壳聚糖的粉末溶于98g双十二烷基三甲基溴化铵([C12-2-C12im]Br2)水溶液中，双十二烷基三甲基溴化铵([C12-2-C12im]Br2)水溶液的浓度为0.5mmol/L，加入冰醋酸，冰醋酸的加入量与混合溶液的质量比为1:5，在60℃搅拌16h，使壳聚糖充分溶解，得均一稳定的混合溶液；
(2)将Na9[EuW10O36]0.008g在室温下溶于50ml去离子水中，搅拌，制得浓度为0.5mmol/L的含稀土铕的杂多酸盐水溶液；
(3)将均一稳定的混合溶液与杂多酸盐水溶液以体积比为1:1混合，搅拌10min，倒入培养皿中，在85℃下干燥8h，制得待检测的稀土铕-壳聚糖薄膜。
得到的稀土铕-壳聚糖薄膜扫描电子显微镜如图1所示，从图1中可以看出，稀土铕-壳聚糖薄膜为致密膜，没有孔隙，膜刚性强，结构紧凑、致密。
稀土铕-壳聚糖薄膜用于检测双氧水的检测方法，步骤如下：
1)、将稀土铕-壳聚糖薄膜切割成相同长度的检测条，取其中一份滴加1ml去离子水，经280nm激发光源激发，检测622nm处的荧光发射峰强度，得到标准荧光强度；
2)另取检测条滴加1ml待检测液，使用与步骤2)相同的激发光源激发，检测622nm处的荧光发射峰强度，与标准荧光强度进行比较，来检测待测液中是否含有双氧水，每一组测试均平行进行三次，取平均数进行比较，测试温度为室温。
模拟实验：
待检测液：分别配制浓度为：0.11μmol/L，1.1μmol/L，11μmol/L，22μmol/L，33μmol/L，44μmol/L，66μmol/L，88μmol/L的双氧水；
采用上述检测方法进行检测，进行三次平行实验，检测结果如图2所示。
通过图2表明稀土铕-壳聚糖薄膜对不同浓度的双氧水均有很强的响应，可以检测最低浓度为0.11μmol/L的双氧水，猝灭效果越明显，灵敏度高，利用该方法可以快速高效稳定的检测双氧水。
实施例2
一种基于荧光猝灭检测双氧水的稀土铕-壳聚糖薄膜，该薄膜是按如下方法制备得到的：
(1)将2g壳聚糖的粉末溶于98g双十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，双十六烷基三甲基溴化铵水溶液的浓度为0.8mmol/L，加入冰醋酸，冰醋酸的加入量与混合溶液的质量比为1:6，在60℃搅拌16h，使壳聚糖充分溶解，得均一稳定的混合溶液；
(2)将Na9[EuW10O36]0.008g在室温下溶于50ml去离子水中，搅拌，制得浓度为0.5mmol/L的含稀土铕的杂多酸盐水溶液；
(3)将均一稳定的混合溶液与杂多酸盐水溶液以体积比为1:2混合，搅拌10min，倒入培养皿中，在92℃下干燥6h，制得待检测的稀土铕-壳聚糖薄膜。
对比例1
一种检测双氧水的方法，该方法采用含稀土铕的检测液进行，所述的含稀土铕的检测液是按如下方法制得：
(1)将双十二烷基三甲基溴化铵([C12-2-C12im]Br2)溶于水中，制得0.5mmol/L双十二烷基三甲基溴化铵水溶液；
(2)将Na9[EuW10O36]0.008g在室温下溶于50ml去离子水中，搅拌，制得浓度为0.5mmol/L的含稀土铕的杂多酸盐水溶液；
(3)将双十二烷基三甲基溴化铵水溶液与含稀土铕的杂多酸盐水溶液以体积比为1:1混合，搅拌10min，制得含稀土铕的检测液。
采用实施例1的检测方法进行检测，向检测液中滴加1ml不同浓度的双氧水，浓度为：0.11μmol/L，1.1μmol/L，11μmol/L，22μmol/L，33μmol/L，44μmol/L，66μmol/L，88μmol/L，经280nm激发光源激发，检测622nm处的荧光发射峰强度。
检测结果：含稀土铕的检测液对双氧水的猝灭极其微弱，基本上没有猝灭，无法快速灵敏的检测双氧水。
以上所述仅为本发明的具体实施方式。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权力要求所界定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于荧光猝灭检测双氧水的稀土铕-壳聚糖薄膜，该薄膜是按如下方法制备得到的：
（1）将壳聚糖粉末加入阳离子表面活性剂水溶液中，得混合溶液，壳聚糖与阳离子表面活性剂水溶液的质量比为1:50 ~ 1:33；阳离子表面活性剂为N-甲基-N’-十六烷基咪唑溴、1-丁基-3-甲基咪唑十二烷基硫酸酯、双十二烷基三甲基溴化铵或双十六烷基三甲基溴化铵；阳离子表面活性剂水溶液的浓度为0.1~1 mmol/L；
（2）向步骤（1）的混合溶液中加入酸性溶液，然后于50~100℃的温度下搅拌8~24小时，使壳聚糖充分溶解，得均一稳定的混合溶液；
（3）将含稀土铕的杂多酸盐搅拌溶解于去离子水中，制得浓度为0.5mmol/L~5 mmol/L的含稀土铕的杂多酸盐水溶液；含稀土铕的杂多酸盐为Na9[EuW10O36]；
（4）将步骤（2）均一稳定的混合溶液与杂多酸盐水溶液以体积比为1：（1～2）的比例室温下搅拌混合均匀，搅拌的时间为10~60 min，得成膜液；
（5）成膜干燥，干燥温度为70~100℃，干燥时间为2~24 h，制得基于荧光猝灭检测双氧水的稀土铕-壳聚糖薄膜。
2.根据权利要求1所述的基于荧光猝灭检测双氧水的稀土铕-壳聚糖薄膜，其特征在于，步骤（1）中的阳离子表面活性剂为双十二烷基三甲基溴化铵。
3.根据权利要求1所述的基于荧光猝灭检测双氧水的稀土铕-壳聚糖薄膜，其特征在于，步骤（2）中的酸性溶液为冰醋酸。
4.根据权利要求1所述的基于荧光猝灭检测双氧水的稀土铕-壳聚糖薄膜，其特征在于，步骤（2）中的酸性溶液的加入量与步骤（1）混合溶液的质量比为（0.2~1）：（4~6）。
5.根据权利要求1所述的基于荧光猝灭检测双氧水的稀土铕-壳聚糖薄膜，其特征在于，步骤（4）中均一稳定的混合溶液与杂多酸盐水溶液的体积比为1：1。
6.利用权利要求1-5任一项所述的稀土铕-壳聚糖薄膜检测双氧水的检测方法，步骤如下：
1）、将稀土铕-壳聚糖薄膜切割成相同长度的检测条，取其中一份滴加去离子水，经激发光源激发，检测622nm处的荧光发射峰强度，得到标准荧光强度；
2）另取检测条滴加待检测液，使用与步骤2) 相同的激发光源激发，检测622nm处的荧光发射峰强度，与标准荧光强度进行比较，来检测待测液中是否含有双氧水。
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