CN109632755B - 一种检测氯离子的纳米纤维素探针的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测氯离子的纳米纤维素探针的制备方法，其是将具有多羟基结构及高反应活性的纳米纤维素进行功能化改性，以功能化纳米纤维素作为载体及“桥梁”，通过化学键结合在其表面接枝上具有荧光性能的共轭化合物，形成纳米纤维素探针，基于荧光基团的荧光强度对氯离子的敏感性，实现对氯离子的选择性检测。本发明工艺简单，操作容易，制备过程以水为溶剂，无有机溶剂的使用，纳米纤维素探针绿色安全、可再生，检测灵敏度高、稳定性好、可重复多次使用。

Description

一种检测氯离子的纳米纤维素探针的制备方法
技术领域
本发明属于天然高分子和纳米材料交叉技术领域，具体涉及一种检测氯离子的纳米纤维素探针的制备方法。
背景技术
氯作为一种杀菌消毒试剂广泛应用在工农业用水、医药卫生等领域，但是过量的氯对人体会产生许多危害，严重威胁人类健康。因此对氯离子的检测至关重要。目前，氯离子的检测方法主要有滴定法、原子吸收法、分光光度法、离子选择电极法。滴定法操作过程繁琐，需要使用有毒化学试剂，检测周期长，不能满足快速检测分析的需要；原子吸收法需要使用特殊的仪器设备，价格高昂，不能够大规模推广；分光光度法虽然成本较低，但其需要使用硝酸银、铬酸银等有毒试剂，生物安全性差，易对环境造成污染；离子选择电极法容易损坏失效，所以需要经常更换，给快速检测带来不便，也增加了成本。
具有特定结构的荧光探针具有灵敏度高、选择性好、操作简单、检测速度快、分辨率高的优点，在离子检测、生物载药、荧光示踪等领域具有应用潜力。目前关于氯离子检测的荧光探针鲜有报道，基于生物质为载体用于氯离子检测的荧光探针的研究更是处于起步阶段。从天然纤维素中提取出的纳米纤维素具有高反应活性、多羟基结构，是构建荧光探针材料的优良载体。利用纳米纤维素表面活性羟基与荧光基团之间牢固的化学键结合，形成荧光纳米纤维素探针，基于荧光基团的荧光强度对氯离子的敏感性，可实现对氯离子的选择性检测。
发明内容
本发明为解决现有氯离子检测技术及生物质探针制备方法的不足，提供了一种检测氯离子的纳米纤维素探针的制备方法。该方法工艺简单，操作容易，纳米纤维素探针的灵敏度高、稳定性好、可重复多次使用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种检测氯离子的纳米纤维素探针的制备方法，包括以下步骤：
（1）纳米纤维素的功能化：对纳米纤维素进行表面功能修饰，在其表面接枝反应基团；将纳米纤维素粉末加入到3-羟基-1,3,5-戊三酸溶液中，经油浴加热反应，得到功能化纳米纤维素；
（2）将步骤（1）得到的功能化纳米纤维素进行离心洗涤，冷冻干燥，得到功能化纳米纤维素粉末；
（3）将步骤（2）得到的功能化纳米纤维素粉末加入到L-半胱氨酸溶液中，经冷凝回流反应，制得纳米纤维素探针；
（4）配制不同浓度的纳米纤维素探针溶液，用于氯离子的检测。
进一步地，步骤（1）中所述纳米纤维素为纤维素微纤丝、细菌纤维素、纤维素纳米晶和纳米纤维素晶须中的一种。
进一步地，步骤（1）中所述的3-羟基-1,3,5-戊三酸溶液的浓度为1-10mol/L，纳米纤维素与3-羟基-1,3,5-戊三酸溶液的固液比为1:20-1:100。
进一步地，步骤（1）中所述油浴加热温度为70-120℃，反应时间为2-10h。
进一步地，步骤（2）中离心洗涤的离心转速为15000rpm，冷冻干燥时间为60h。
进一步地，步骤（3）中L-半胱氨酸的浓度为0.5-5mol/L，功能化纳米纤维素粉末与L-半胱氨酸的固液比为1:10-1:50。
进一步地，步骤（3）中冷凝回流温度为80-130℃，反应时间为1-24h
进一步地，步骤（4）中纳米纤维素探针溶液的浓度为0.01-1wt%，pH值范围为1-6，可检测的氯离子浓度范围为10-8-1mol/L，其对氯离子的荧光响应信号为荧光猝灭或荧光增强。
本发明的显著优点：
（1）本发明工艺简单，操作容易，制备过程以水为溶剂，无有机溶剂的使用，安全环保；
（2）本发明采用的纳米纤维素反应活性高，绿色安全且可再生；
（3）本发明制备的纳米纤维素探针是基于荧光基团与纳米纤维素的共价键结合，提高了探针的稳定性及对氯离子的灵敏度，且可重复多次使用。
附图说明
图1为本发明纳米纤维素探针的合成路线；
图2为本发明纳米纤维素探针的扫描电镜图；
图3为本发明纳米纤维素探针的荧光强度随氯离子浓度变化的曲线。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1
将1g纤维素微纤丝加入到30mL浓度为2mol/L的3-羟基-1,3,5-戊三酸溶液中，油浴加热至90℃反应3h，获得功能化纳米纤维素悬浮液。将功能化纳米纤维素悬浮液用蒸馏水进行15000rpm的高速离心洗涤，然后冷冻干燥60h，形成功能化纳米纤维素粉末。取0.5g功能化纳米纤维素粉末与10mL浓度为1mol/L的L-半胱氨酸混合，120℃冷凝回流反应12h，获得纳米纤维素探针，其合成路线如图1所示。配制浓度为0.02wt%的纳米纤维素探针溶液，调节溶液pH值为2，取5mL溶液分别与5mL不同浓度（10-8-1mol/L）的氯离子溶液混合均匀，采用荧光分光光度计测定不同氯离子浓度的荧光强度大小，如图3所示。
实施例2
将3g纤维素纳米晶加入到200mL浓度为5mol/L的3-羟基-1,3,5-戊三酸溶液中，油浴加热至100℃反应6h，得到功能化纳米纤维素悬浮液。将功能化纳米纤维素悬浮液用蒸馏水进行15000rpm的高速离心洗涤，然后冷冻干燥60h，获得功能化纳米纤维素粉末。取2g功能化纳米纤维素粉末与80mL浓度为3mol/L的L-半胱氨酸混合，110℃冷凝回流反应20h，获得纳米纤维素探针，其扫描电镜图如图2所示。
实施例3
将5g细菌纤维素加入到400mL浓度为8mol/L的3-羟基-1,3,5-戊三酸溶液中，油浴加热至110℃反应8h，形成功能化纳米纤维素悬浮液。将功能化纳米纤维素悬浮液用蒸馏水进行15000rpm的高速离心洗涤，然后冷冻干燥60h，获得功能化纳米纤维素粉末。取3g功能化纳米纤维素粉末与100mL浓度为4mol/L的L-半胱氨酸混合，100℃冷凝回流反应22h，得到纳米纤维素探针。配制浓度为0.05wt%，pH值为4的纳米纤维素探针溶液，根据测定出的氯离子溶液荧光强度大小，计算其中氯离子的含量。
实施例4
将4g纳米纤维素晶须加入到300mL浓度为6mol/L的3-羟基-1,3,5-戊三酸溶液中，油浴加热至80℃反应5h，得到功能化纳米纤维素悬浮液。将功能化纳米纤维素悬浮液用蒸馏水进行15000rpm的高速离心洗涤，然后冷冻干燥60h，形成功能化纳米纤维素粉末。取2g功能化纳米纤维素粉末与120mL浓度为2mol/L的L-半胱氨酸混合，90℃冷凝回流反应18h，获得纳米纤维素探针。配制浓度为0.1wt%，pH值为6的纳米纤维素探针溶液，依据测定出的氯离子溶液荧光强度的大小，计算氯离子的含量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种检测氯离子的纳米纤维素探针的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
（1）纳米纤维素的功能化：对纳米纤维素进行表面功能修饰，在其表面接枝反应基团；将纳米纤维素粉末加入到3-羟基-1,3,5-戊三酸溶液中，经油浴加热反应，得到功能化纳米纤维素；
（2）将步骤（1）得到的功能化纳米纤维素进行离心洗涤，冷冻干燥，得到功能化纳米纤维素粉末；
（3）将步骤（2）得到的功能化纳米纤维素粉末加入到L-半胱氨酸溶液中，经冷凝回流反应，制得纳米纤维素探针；
（4）配制不同浓度的纳米纤维素探针溶液，用于氯离子的检测。
2.根据权利要求1中所述的一种检测氯离子的纳米纤维素探针的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述纳米纤维素为纤维素微纤丝、细菌纤维素和纳米纤维素晶须中的一种。
3.根据权利要求1中所述的一种检测氯离子的纳米纤维素探针的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的3-羟基-1,3,5-戊三酸溶液的浓度为1-10mol/L，纳米纤维素与3-羟基-1,3,5-戊三酸溶液的固液比为1:20-1:100g/ml。
4.根据权利要求1中所述的一种检测氯离子的纳米纤维素探针的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述油浴加热温度为70-120℃，反应时间为2-10h。
5.根据权利要求1中所述的一种检测氯离子的纳米纤维素探针的制备方法，其特征在于：步骤（2）中离心洗涤的离心转速为15000rpm，冷冻干燥时间为60h。
6.根据权利要求1中所述的一种检测氯离子的纳米纤维素探针的制备方法，其特征在于：步骤（3）中L-半胱氨酸的浓度为0.5-5mol/L，功能化纳米纤维素粉末与L-半胱氨酸的固液比为1:10-1:50g/ml。
7.根据权利要求1中所述的一种检测氯离子的纳米纤维素探针的制备方法，其特征在于：步骤（3）中冷凝回流温度为80-130℃，反应时间为1-24h。
8.根据权利要求1中所述的一种检测氯离子的纳米纤维素探针的制备方法，其特征在于：步骤（4）中纳米纤维素探针溶液的浓度为0.01-1wt%，pH值范围为1-6，可检测的氯离子浓度范围为10-8-1mol/L。
9.根据权利要求1中所述的一种检测氯离子的纳米纤维素探针的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的纳米纤维素探针，其对氯离子的荧光响应信号为荧光猝灭或荧光增强。
10.一种如权利要求1中所述的制备方法制备得到的检测氯离子的纳米纤维素探针。
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