CN109187468A - 一种用适配体介导掺氮碳点催化h2o2与tmb反应荧光光谱法测定水胺硫磷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用适配体介导掺氮碳点催化H₂O₂与TMB反应荧光光谱法测定水胺硫磷的方法，包括如下步骤：（1）制备已知浓度的水胺硫磷标准溶液体系；（2）制备空白对照溶液体系；（3）计算ΔF=F‑F₀；（4）以ΔF对水胺硫磷的浓度做工作曲线；（5）制备被测样品溶液，计算ΔF_样品=F_样品‑F₀；（6）计算出被测样品中的水胺硫磷的浓度。这种方法利用水胺硫磷适配体反应介导掺氮碳点（CD）的催化作用，即CD能催化H₂O₂氧化TMB反应生成荧光产物，CD与催化反应结合使得灵敏度有大的提高，以该荧光产物为荧光探针与被测物水胺硫磷浓度呈线性关系，实现用掺氮碳点催化反应荧光法定量测定水胺硫磷，该方法简便、快速、选择性好、灵敏度高。

Description

一种用适配体介导掺氮碳点催化H2O2与TMB反应荧光光谱法测 定水胺硫磷的方法

技术领域

本发明涉及分析化学领域，具体是一种用适配体介导掺氮碳点催化H₂O₂与TMB反应荧光光谱法测定水胺硫磷的方法。

背景技术

碳点的制备方法研究一直是纳米材料、分析化学的研究热点之一。目前已经建立了一系列碳点合成的方法，如电弧放电法、激光刻蚀法、化学氧化法、模板法、微波法和水热合成法等，其中微波法因其制备速度快、采用无害的水做溶剂等优点而备受关注。现有文献报道了现有技术有下面几种碳点的制备方法：一种在4,7,10-三氧杂-1,13-十三烷二胺存在下，通过一步微波辅助热解甘油合成强光致发光碳纳米点(C点)的方法，该方法合成的碳点尺寸为3.5nm、量子产率为12.02％、激发波长为340-480nm、发射波长为450-550nm，C点的形成和表面钝化同时完成，获得的C点显示出优异的生物相容性和用于生物成像的卓越的多色光致发光性质；一种以乙二胺为介质，通过使用富含磷的植酸作为碳源的简单的一步微波辅助方法来合成具有强绿色荧光的水溶性含磷碳点(PCD)，其碳点尺寸为9nm、量子产率为18-21％、激发波长为400nm、发射波长为 525nm，该方法合成的碳点(CD)作为新型的荧光纳米材料，由于其优异的光学性能，良好的化学稳定性，低毒性，优异的生物相容性及表面功能可调节性等特点，得到了人们的极大关注，成为了继富勒烯、碳纳米管和石墨烯之后最热门的碳纳米材料，已被广泛研究和应用于生物成像、荧光传感器、环境监测及纳米材料等领域；一种利用荧光共振能量转移比率荧光传感器用于检测H₂S的方法是在水溶性介质、血清以及活细胞内，该传感器中，碳点既作为能量供体，也是碳点的锚定位点，其线性范围为1-10mmol/L，检测限为10nmol/L H₂S；另一种是基于在金纳米颗粒(AuNPs)和沉积在二氧化硅光子晶体珠(SPCBs)表面上的多尺寸量子点(QDs)之间的荧光共振能量转移的方法用于检测核酸杂交，将探针DNA序列共价连接到QDs包被的SPCBs表面上的羧基，在添加 DNA-AuNPs杂交时，由于AuNPs紧密接近，供体QDs的荧光淬灭，然而，靶DNA的加入导致QDs包被的SPCBs的荧光恢复，从而能够定量测定杂交的DNA，回收的荧光强度与添加的靶DNA的对数浓度成线性比例，线性范围为1-200nmol/L，在信噪比为3时，检测限为0.35nmol/L，该法被认为是一种针对高通量多路复用基因检测的新的可行方法；一种用乙二醇双-(2-氨基乙基醚)-N，N，N'，N'-四乙酸和三(羟甲基)乙二胺的混合物的热碳化合成碳点氨基甲烷，该碳点被羟基和羰基封端，并且如果激发波长从310nm 增加到360-370nm，则具有高度荧光且具有从427nm变为438nm的发射峰，该荧光峰被 4-硝基苯酚猝灭，用于测定4-硝基苯酚，检测限为28nmol/L，线性范围为0.1-50μ mol/L，该方法已应用于加标水和海水中4-硝基苯酚的测定。但有关非标记适配体介导碳点荧光探针分析法无报道。

3，3’，5，5’-四甲基联苯胺(TMB)相较于毒性大的苯胺、酚类而言，几乎无毒，已用于电分析、光度分析。近来，基于纳米催化氧化TMB显色反应备受分析化学家青睐。一种基于Fe₃O₄纳米颗粒介导的TMB-H₂O₂比色系统具有光热效应，并将其应用于开发一种新型简单的使用普通温度计作为光热免疫分析平台，可检测1.0-64.0ng/mL前列腺特异性抗原。现有文献报道了碳纳米点具有过氧化物酶活性，通过H₂O₂催化氧化3，3’，5， 5’-四甲基联苯胺显色，可用比色法检测0.002-0.10mmol/L H₂O₂，当与葡萄糖氧化酶 (GOx)结合时，可检测0.0010-0.50mmol/L葡萄糖。一种用视觉比色检测Fe²⁺的MnO₂纳米片-TMB显色体系，在检测系统中，MnO₂作为稳定、高效且低成本的共反应物，可以直接氧化TMB形成黄色TMB二亚胺，可检测0-1000μmol/L，其检出限为0.3μmol/L Fe²⁺；基于负载掺氮石墨烯量子点上的银纳米颗粒具有过氧化物酶活性，一种新型比色传感器用于0.1-157.6μmol/L谷胱甘肽的灵敏检测；基于纳米金催化H₂O₂氧化TMB，利用过氧化物酶活性的传感器，可用显色法检测0.1pmol/L-0.1μmol/L凝血酶。这些报道的方法均是比色法，有关适配体介导碳点催化H₂O₂氧化TMB荧光分析法尚无报道。

核酸适配体是经过指数富集配体系统技术筛选出的寡聚核苷酸片段，寡聚核苷酸片段与配体之间有特异性的识别能力和高度的亲和力，在基因组学、食品安全、医疗诊断、生物医药等方面均有应用，例如将性腺激素孕酮(P4)的特异性核酸适配体涂覆在纳米金(AuNPs)表面，这种被适配体包裹的AuNPs在NaCl溶液中不会发生聚集，当P4存在时，与适配体结合形成稳定的交复结构，释放出的AuNPs在溶液中发生聚集，颜色由红变蓝，可以直观地进行比色检测，其检测范围是2.6-1400nmol/L，检出限为2.6 nmol/L，该方法排除了溶液体系中物质的干扰，具有良好的选择性。

有机磷农药被广泛地应用于农业生产，而农药残留会通过水、空气和食物对野生动物和人类健康构成风险。在各种农药类别中，有机磷农药的生殖毒性、致突变性、致癌性、细胞毒性、基因毒性、致畸性和免疫毒性备受关注，水胺硫磷(Isocarbophos，IPS) 则是农药残留的其中之一。农药污染的不利影响长期以来一直受到关注，许多高毒性和持久性杀虫剂已在全球范围内逐渐被禁止，尽管相对安全的农药已经开发并逐步取代了高毒性农药，但农药的环境问题还远远没有解决，如何快速、灵敏的检测和分析水胺硫磷的浓度成为重要的研究课题。近年来，检测水胺硫磷的技术主要有气相色谱联用选择性检测器(MS)，氮磷检测器(NPD)，电子捕获检测器(ECD)和火焰光度检测器(FPD)，以及HPLC与MS或UV检测相结合等。已有报道一种基于具有特异性DNA适配体的水溶性CdTe/CdS核壳量子点(QDs)的荧光性，用激光毛细管电泳灵敏检测有机磷农药的诱导荧光法(CE-LIF)，其中检测水胺硫磷的线性范围为0.50-10.0μmol/L，检出限为 0.17μmol/L；一种用固相萃取结合分散液-液微萃取技术，浓缩后使用高效液相色谱法进行有机磷农药的分析，其中检测水胺硫磷的线性范围为1.0-20000μg/L，检出限为0.15μg/L；有报道一种基于玻碳电极的电化学传感器，该传感器具有敏感和选择性的结合位点，用于检测水胺硫磷，在最佳条件下，氧化还原探针六氰合铁酸盐的DPV峰电流的变化与检测水胺硫磷浓度呈线性关系，线性范围为7.50×10^-8至5.00×10^-5mol/L 和5.00×10^-5至1.00×10^-4mol/L，检出限为2.01×10^-8mol/L，这些方法大多数采用的仪器昂贵，且操作复杂，为了克服这些缺点，寻求一种简单快捷测定水胺硫磷的方法十分重要。

荧光分析法是一种简便灵敏的分子光谱分析方法。近年来，具有荧光的量子点、纳米簇等纳米材料在荧光分析中的应用取得较大进展。基于水胺硫磷与适配体的适配体反应，通过适配体介导掺氮碳点荧光，催化H₂O₂氧化TMB反应生成荧光产物，以此产物为荧光分子探针，实现用荧光法测定水胺硫磷的方法尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种用适配体介导掺氮碳点催化H₂O₂与TMB反应荧光光谱法测定水胺硫磷的方法。这种方法是利用水胺硫磷适配体反应介导掺氮碳点(CD)的催化作用，即CD能催化H₂O₂氧化TMB反应生成荧光产物，该荧光产物与被测物水胺硫磷浓度呈线性关系，实现用荧光法定量测定水胺硫磷，该方法简便、快速、选择性好、灵敏度高。

实现本发明目的的技术方案是：

一种用适配体介导掺氮碳点催化H₂O₂与TMB反应荧光光谱法测定水胺硫磷的方法，与现有技术不同的是，包括如下步骤：

(1)制备已知浓度的水胺硫磷标准溶液体系：于不同的刻度试管中，依次加入20 μL-80μL 0.1mg/L碳点溶液、150μL-250μL 1mmol/L pH3.6 HAc-NaAc缓冲溶液、10 μL-50μL1.55μmol/L水胺硫磷适配体溶液(序列为5’ -AGCTTGCTGCAGCGATTCTTGATCGCCACAGAGCT-3’)、2μL-120μL 15μg/L水胺硫磷标准溶液、30μL-80μL 2mmol/L H₂O₂溶液和30μL-80μL0.5mmol/L TMB溶液，用二次蒸馏水定容至1.5mL，于50℃水浴反应15min，冰水冷却至室温；

(2)制备空白对照溶液体系：用步骤(1)的方法不加水胺硫磷标准溶液制备空白对照溶液体系；

(3)分别取按步骤(1)、(2)制备的水胺硫磷标准溶液体系及空白对照溶液体系倾入石英比色皿中，在荧光光谱仪上，设定仪器参数以285nm为激发波长扫描获得体系的荧光光谱，测定406nm处的荧光强度值为F，同时测定空白对照溶液体系的荧光强度值为F₀，计算ΔF＝F-F₀；

(4)依据ΔF对水胺硫磷的浓度关系做工作曲线；

(5)依照步骤(1)的方法制备样品溶液，其中加入的水胺硫磷标准溶液替换为样品溶液，并按步骤(3)的方法测定样品溶液的荧光峰强度值为F_样品，计算ΔF_样品＝F_样品 -F₀；

(6)依据步骤(4)的工作曲线，计算出样品溶液水胺硫磷的含量。

本技术方案中掺氮碳点的制备方法为：将1g柠檬酸和0.8g尿素超声溶解于30mL去离子水中，使溶解为透明溶液，然后转入消解罐中，加盖密封，置于微波消解仪中，设置温度为140℃，压强为4.5atm，保温时间10min，运行时间10min。反应结束后，放冷至室温，得到浅黄色溶液即为碳点溶液(简称CD)，以加入总碳量计算，浓度为17 mg/mL。该掺氮碳点的制备方法是现有技术。

实现本技术方案的原理是：采用柠檬酸和尿素为原料的微波消解方法制备的掺氮碳点(CD)做为H₂O₂与TMB反应的催化剂，TMB的氧化产物(简写为TMBox)在406nm 产生一个荧光峰，该峰与CD在440nm的荧光峰波长不同，说明CD催化H₂O₂氧化TMB反应生成了具有荧光的产物，随着产物的增加，406nm处的荧光峰强度逐渐增强；当加入水胺硫磷适配体后，适配体包裹了CD，抑制了CD对H₂O₂-TMB反应的催化能力，生成TMBox 减少，荧光峰强度减弱，当有水胺硫磷存在时，发生了适配体反应，CD释放的量增加，荧光峰强度随水胺硫磷浓度增加呈正相关，据此建立了用适配体介导CD催化H₂O₂与TMB 反应、以氧化产物为荧光探针测定水胺硫磷的荧光方法。

这种方法的优点是：与现有的方法相比，这种方法是利用水胺硫磷适配体反应介导掺氮碳点(CD)的催化作用，即CD能催化H₂O₂氧化TMB反应生成荧光产物，CD与催化反应结合使得灵敏度有大的提高，以该荧光产物为荧光探针与被测物水胺硫磷浓度呈线性关系，实现用荧光法定量测定水胺硫磷，该方法简便、快速、选择性好、灵敏度更高。

附图说明

图1为实施例中的荧光光谱示意图。

图中，a.31nmol/L IPS适配体+3.33μg/L CD+0.13mmol/L pH3.6 HAc-NaAc+0.053mmol/L H₂O₂+0.017mmol/L TMB b.a+0.02μg/L IPS c.a+0.1μg/L IPS d.a+0.3μ g/LIPS e.a+0.5μg/L IPS f.a+0.7μg/L IPS g.a+0.9μg/L IPS h.a+1.2μg/L IPS。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

实施例：

一种用适配体介导掺氮碳点催化H₂O₂与TMB反应荧光光谱法测定水胺硫磷的方法，包括如下步骤：

(1)制备已知浓度的水胺硫磷标准溶液体系：于7支不同的刻度试管中，依次加入50μL 0.1mg/L碳点溶液、200μL 1mmol/L pH3.6 HAc-NaAc缓冲溶液、30μL 1.55 μmol/L水胺硫磷适配体溶液(序列为5’-AGCTTGCTGCAGCGATTCTTGATCGCCACAGAGCT-3’), 摇匀；再分别加入2μL、10μL、30μL、50μL、70μL、90μL、120μL 15μg/L水胺硫磷标准溶液、40μL 2mmol/LH₂O₂溶液和50μL 0.5mmol/L TMB溶液，用二次蒸馏水定容至1.5mL，于50℃水浴反应15min，冰水冷却至室温；

(2)制备空白对照溶液体系：采用步骤(1)的方法不加水胺硫磷标准溶液制备空白对照溶液体系；

(3)分别取按步骤(1)、(2)制备的水胺硫磷标准溶液体系及空白对照溶液体系倾入石英比色皿中，在荧光光谱仪上，设定仪器参数，在荧光电压为350V、狭缝为5nm, 以285nm为激发波长扫描获得体系的荧光光谱，测定406nm处的荧光强度值为F，同时测定空白对照溶液体系的荧光强度值为F₀，计算ΔF＝F-F₀，如图1所示；

(4)依据ΔF对水胺硫磷的浓度关系做工作曲线，获得线性回归方程为ΔF＝964.4C+63.7，其中水胺硫磷浓度C的单位为μg/L，测定线性范围为0.02-1.2μg/L，检出限为0.007μg/L；

(5)样品测定：取农田水和池塘水，过滤以去除悬浮颗粒物，依照步骤(1)的方法制备被测样品，其中加入的水胺硫磷标准溶液替换为被测样品，按步骤(2)-(4) 操作，算出被测样品的ΔF_样品＝F_样品-F₀；

(6)依据步骤(4)的工作曲线，计算出农田水和池塘水被测样品水胺硫磷的含量分别为0.92μg/L、0.45μg/L；

本技术方案检测方法的验证：

取上述实施例步骤(5)中的农田水和池塘水，分别加入浓度为1.5μg/L的水胺硫磷标准溶液，进行加标回收实验，求得回收率分别是：农田水为99.7％；池塘水为99.3％，相对标准偏差为3.3％、3.6％，说明本技术方案方法准确可靠。

序列表

<110> 广西师范大学

<120> 一种用适配体介导掺氮碳点催化

H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>与TMB反应荧光光谱法测定水胺硫磷的方法

<141> 2018-08-27

<160> 1

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 35

<212> DNA

<213> DNA

<400> 1

agcttgctgc agcgattctt gatcgccaca gagct 35

Claims (1)

1.一种用适配体介导掺氮碳点催化H₂O₂与TMB反应荧光光谱法测定水胺硫磷的方法，其特征是，包括如下步骤：

(1)制备已知浓度的水胺硫磷标准溶液体系：于不同的刻度试管中，依次加入20μL-80μL 0.1mg/L碳点溶液、150μL-250μL 1mmol/L pH3.6HAc-NaAc缓冲溶液、10μL-50μL 1.55μmol/L水胺硫磷适配体溶液(序列为5’-AGCTTGCTGCAGCGATTCTTGATCGCCACAGAGCT-3’)、2μL-120μL 15μg/L水胺硫磷标准溶液、30μL-80μL 2mmol/L H₂O₂溶液和30μL-80μL0.5mmol/LTMB溶液，用二次蒸馏水定容至1.5mL，于50℃水浴反应15min，冰水冷却至室温；

(2)制备空白对照溶液体系：采用步骤(1)的方法不加水胺硫磷标准溶液制备空白对照溶液体系；

(3)分别取按步骤(1)、(2)制备的水胺硫磷标准溶液体系及空白对照溶液体系倾入石英比色皿中，在荧光光谱仪上，设定仪器参数以285nm为激发波长扫描获得体系的荧光光谱，测定406nm处的荧光强度值为F，同时测定空白对照溶液体系的荧光强度值为F₀，计算ΔF＝F-F₀；

(4)依据ΔF对水胺硫磷的浓度关系做工作曲线；

(5)依照步骤(1)的方法制备样品溶液，其中加入的水胺硫磷标准溶液替换为样品溶液，并按步骤(3)的方法测定样品溶液的荧光峰强度值为F_样品，计算ΔF_样品＝F_样品-F₀；

(6)依据步骤(4)的工作曲线，计算出样品溶液水胺硫磷的含量。