CN109632751B - 基于三线态-三线态湮灭上转换荧光检测pH值的方法及pH检测器 - Google Patents

基于三线态-三线态湮灭上转换荧光检测pH值的方法及pH检测器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于三线态‑三线态湮灭上转换荧光检测pH值的方法，包括：选取三线态‑三线态湮灭上转换体系的给体与受体；将所述给体与受体溶于溶剂中，得到的溶液分别取等量加入多个容器中，并除尽溶液中的空气；向各容器中加入H+或OH‑，使得各容器中溶液的pH值已知且呈梯度排列，再测试各容器中溶液的上转换发光情况；计算各容器中溶液上转换发光的积分面积，得出上转换发光积分面积与pH值的线性关系，根据所述线性关系即可通过上转换发光检测待测溶液的pH值。本发明的检测pH值的方法，能够实现pH值4～11的大范围精确检测。

Description

基于三线态-三线态湮灭上转换荧光检测pH值的方法及pH检 测器
技术领域
本发明涉及检测方法的技术领域，具体涉及一种基于三线态-三线态湮灭上转换荧光检测pH值的方法以及pH检测器。
背景技术
在农业、化工、环境、生物医学等领域中，pH值作为理化参数，它的精确测定是至关重要的，因此发展高效、简便的pH值检测方法具有重要意义。传统检测手段通常采用大型的仪器设备，因操作复杂、测试繁琐、耗时等缺点阻碍了其广泛使用。而荧光检测法因具有灵敏度高，操作简单，响应快，信号可穿透性强等特点，在生物医学领域的应用具有较大优势。
现今，大量文献报道的pH值的荧光传感探针多为传统的下转换荧光，其存在较为严重的光漂白现象，组织穿透能力差，自发荧光干扰严重。而上转换检测系统使用能量较低的长波长可见光作为激发光，发射出能量更高的短波长可见光，优势显著。首先，长波长激发不仅防止了荧光漂白和荧光淬灭的发生，有助于长时间在线重复观测，而且可消除细胞损伤的可能性，加上长波长可见光和红外线穿透生物组织的能力更强，更有利于在活体生物组织细胞内的应用。其次，该检测系统的本底噪声较低，加上各类光电信号检测元器件对于短波可见光和紫外线的敏感性均远远超过长波可见光和红外线，因此大大改善了信噪比，从而极大地提高了检测的灵敏度、准确性和线性范围。然而目前，上转换荧光探针的报道主要集中在稀土上转换纳米粒子。他们利用稀土上转换材料独特的发光特性，将其用于金属离子，阴离子，中性分子，DNA等的检测传感中。可是，稀土上转换材料所需的激发光源功率高，这将对生物体造成巨大的伤害，在很大程度上限制了稀土上转换材料在生物检测方面的应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于三线态-三线态湮灭上转换荧光(TTA)检测pH值的方法，该方法利用向给体与受体的上转换体系中加入不同量的H+或OH-，通过受体与H+或OH-的结合，从而影响上转换发光强弱，继而实现pH值4～11的大范围精确检测。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于三线态-三线态湮灭上转换荧光检测pH值的方法，包括：
选取三线态-三线态湮灭上转换体系的给体与受体；
将所述给体与受体溶于溶剂中，得到的溶液分别取等量加入多个容器中，并除尽溶液中的空气；
向各容器中加入H+或OH-，使得各容器中溶液的pH值已知且呈梯度排列，再测试各容器中溶液的上转换发光情况；以及
计算各容器中溶液上转换发光的积分面积，得出上转换发光积分面积与pH值的线性关系，根据所述线性关系即可通过上转换发光检测待测溶液的pH值。
作为优选，所述给体为八乙基卟啉钯(PdOEP)、八乙基卟啉铂(PtOEP)、四苯基卟啉铂(PtTTP)等光敏剂；所述受体为蒽的衍生物，例如9-蒽甲酸、2-蒽甲酸、2,3-蒽二甲酸等。
作为优选，所述溶剂为二甲基甲酰胺、四氢呋喃或醇类，所述醇类优选为正丙醇或乙二醇。
作为优选，给体与受体溶于溶剂而得到的溶液中，给体浓度为10-5～10-6M，给体与受体的浓度比为1:50～1:200。
作为优选，通过向容器中的溶液通入氮气或稀有气体来去除溶液中的空气。更优选地，通N2时间为10～30min。
作为优选，所述H+可由稀酸来提供，例如盐酸、稀硫酸等；所述OH-由稀碱来提供，例如氢氧化钾、氢氧化钠等。
作为优选，在检测上转换发光的强度时，使用激发波长为532nm的半导体激光器激发，使用检测波长范围涵盖200～1000nm的光纤光谱仪测试。
此外，本发明还提供了一种实施前述检测pH值的方法的pH检测器。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过使用能量较低的长波长可见光532nm的绿光作为激发光，发射出能量更高的短波长可见蓝光，大大改善了信噪比，优势显著；
(2)本发明通过所用激发光能量低，具有良好的经济性，有利于其实用；
(3)本发明通过上转换体系实现了4～11这一宽范围内的pH值的检测。
附图说明
图1为实施例1中上转换体系发光的照片；
图2为实施例1中上转换体系在不同pH值下的发光曲线；
图3为实施例1中pH值与上转换体系发光强度的关系。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
(1)选取9-蒽甲酸为三线态-三线态湮灭上转换体系受体，PdOEP为三线态-三线态湮灭上转换体系给体；
(2)以DMF为溶剂，给体PdOEP浓度为10-5M，给体与受体的浓度比为1：70，分别取3mL上述上转换体系加入到若干个长颈比色皿中，通氮气15min，待除尽溶液中的空气后，用上海复享仪器设备有限公司PG2000Pro光纤光谱仪测试溶液的上转换发光，测试的实物照片参见附图1；
(3)依次向步骤(2)中的各比色皿分别加入不同量的H+或OH-，使其pH值依次为3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，用上海复享仪器设备有限公司光纤光谱仪测试各溶液的上转换发光情况(参见附图2)；
(4)根据步骤(3)中所得光谱图，计算各pH值下的上转换发光的积分面积，绘制pH值与上转换荧光积分面积的关系图，并进一步得到上转换荧光积分面积与pH值的线性关系图(参见附图3)，进而可以通过上转换体系发光来确定pH值。
实施例2
(1)选取9-蒽甲酸为三线态-三线态湮灭上转换体系受体，PdOEP为三线态-三线态湮灭上转换体系给体；
(2)以THF为溶剂，给体PdOEP浓度为10-5M，给体与受体的浓度比为1：100，分别取3mL上述上转换体系加入到若干个长颈比色皿中，通氮气15min，待除尽溶液中的空气后，用上海复享仪器设备有限公司PG2000Pro光纤光谱仪测试溶液的上转换发光；
(3)依次向步骤(2)中的各比色皿分别加入不同量的H+或OH-，使其pH值依次为3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，用上海复享仪器设备有限公司PG2000Pro光纤光谱仪测试各溶液的上转换发光情况；
(4)根据步骤(3)中所得光谱图，计算各pH值下的上转换发光的积分面积，绘制pH值与上转换荧光积分面积的关系图，并进一步得到上转换荧光积分面积与pH值的线性关系图，进而可以通过上转换体系发光来确定pH值。
实施例3
(1)选取9-蒽甲酸为三线态-三线态湮灭上转换体系受体，PtOEP为三线态-三线态湮灭上转换体系给体；
(2)以THF为溶剂，给体PdOEP浓度为10-5M，给体与受体的浓度比为1:80，分别取3mL上述上转换体系加入到若干个长颈比色皿中，通氮气15min，待除尽溶液中的空气后，用上海复享仪器设备有限公司PG2000Pro光纤光谱仪测试溶液的上转换发光；
(3)依次向步骤(2)中的各比色皿分别加入不同量的H+或OH-，使其pH值依次为3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，用上海复享仪器设备有限公司PG2000Pro光纤光谱仪测试各溶液的上转换发光情况；
(4)根据步骤(3)中所得光谱图，计算各pH值下的上转换发光的积分面积，绘制pH值与上转换荧光积分面积的关系图，并进一步得到上转换荧光积分面积与pH值的线性关系图，进而可以通过上转换体系发光来确定pH值。
实施例4
(1)选取2-蒽甲酸为三线态-三线态湮灭上转换体系受体，PtOEP为三线态-三线态湮灭上转换体系给体；
(2)以DMF为溶剂，给体PtTTP浓度为10-5M，给体与受体的浓度比为1：80，分别取3mL上述上转换体系加入到若干个长颈比色皿中，通氮气15min，待除尽溶液中的空气后，用上海复享仪器设备有限公司PG2000Pro光纤光谱仪测试溶液的上转换发光；
(3)依次向步骤(2)中的各比色皿分别加入不同量的H+或OH-，使其pH值依次为3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，用上海复享仪器设备有限公司PG2000Pro光纤光谱仪测试各溶液的上转换发光情况；
(4)根据步骤(3)中所得光谱图，计算各pH值下的上转换发光的积分面积，绘制pH值与上转换荧光积分面积的关系图，并进一步得到上转换荧光积分面积与pH值的线性关系图，进而可以通过上转换体系发光来确定pH值。
实施例5
(1)选取2,3-蒽二甲酸为三线态-三线态湮灭上转换体系受体，PtTTP为三线态-三线态湮灭上转换体系给体；
(2)以DMF为溶剂，给体PtTTP浓度为10-5M，给体与受体的浓度比为1：80，分别取3mL上述上转换体系加入到若干个长颈比色皿中，通氮气15min，待除尽溶液中的空气后，用上海复享仪器设备有限公司PG2000Pro光纤光谱仪测试溶液的上转换发光；
(3)依次向步骤(2)中的各比色皿分别加入不同量的H+或OH-，使其pH值依次为3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，用上海复享仪器设备有限公司PG2000Pro光纤光谱仪测试各溶液的上转换发光情况；
(4)根据步骤(3)中所得光谱图，计算各pH值下的上转换发光的积分面积，绘制pH值与上转换荧光积分面积的关系图，并进一步得到上转换荧光积分面积与pH值的线性关系图，进而可以通过上转换体系发光来确定pH值。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种基于三线态-三线态湮灭上转换荧光检测pH值的方法，其特征在于，包括：
选取三线态-三线态湮灭上转换体系的给体与受体；
将所述给体与受体溶于溶剂中，得到的溶液分别取等量加入多个容器中，并除尽溶液中的空气；
向各容器中加入H+或OH-，使得各容器中溶液的pH值已知且呈梯度排列，再测试各容器中溶液的上转换发光情况；以及
计算各容器中溶液上转换发光的积分面积，得出上转换发光积分面积与pH值的线性关系，根据所述线性关系即可通过上转换发光检测待测溶液的pH值；
其中，所述给体为八乙基卟啉钯、八乙基卟啉铂或四苯基卟啉铂；所述受体为9-蒽甲酸、2-蒽甲酸或2,3-蒽二甲酸。
2.如权利要求1所述的基于三线态-三线态湮灭上转换荧光检测pH值的方法，其特征在于，所述溶剂为二甲基甲酰胺、四氢呋喃、正丙醇或乙二醇。
3.如权利要求1所述的基于三线态-三线态湮灭上转换荧光检测pH值的方法，其特征在于，给体与受体溶于溶剂而得到的溶液中，给体浓度为10-5~10-6 M，给体与受体的浓度比为1:50~1:200。
4.如权利要求1所述的基于三线态-三线态湮灭上转换荧光检测pH值的方法，其特征在于，通过向容器中的溶液中通N2或稀有气体来除尽溶液中的空气。
5.如权利要求4所述的基于三线态-三线态湮灭上转换荧光检测pH值的方法，其特征在于，通N2的时间为10~30min。
6.如权利要求1所述的基于三线态-三线态湮灭上转换荧光检测pH值的方法，其特征在于，加入H+是通过加入盐酸来实现的，加入OH-是通过加入氢氧化钾或氢氧化钠来实现的。
7.如权利要求1所述的基于三线态-三线态湮灭上转换荧光检测pH值的方法，其特征在于，在检测上转换发光的强度时，使用激发波长为532nm的半导体激光器激发，使用检测波长范围涵盖200~1000nm的光纤光谱仪测试。
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