CN110455757B - 一种对硝基甲苯的荧光比率检测方法 - Google Patents

一种对硝基甲苯的荧光比率检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种对硝基甲苯的荧光比率检测方法，所述方法基于Eu‑g‑C3N4纳米材料，建立Eu‑g‑C3N4纳米材料的荧光强度与对硝基甲苯的浓度之间相互作用关系，将样品溶液与Eu‑g‑C3N4的纳米材料母液、缓冲液混合，并定容至1mL；测定体系在420nm和600nm处的荧光强度；通过将样品溶液F600nm/F420nm的荧光强度比值与标准曲线进行比对，即得出样品溶液中的对硝基甲苯含量。本发明的检测方法成本低、操作简单，能够快速稳定地对检测样品中对硝基甲苯荧光含量，检测灵敏度高，不易受环境波动等因素的影响，选择性好，适用性广，对硝基甲苯的便捷检测具有重要的实践意义。

Description

一种对硝基甲苯的荧光比率检测方法
技术领域
本发明涉及一种对硝基甲苯的检测方法，具体涉及一种基于荧光比率法的对硝基甲苯的检测方法。
背景技术
硝基芳香族化合物广泛应用于火柴、烟花的制备及医药、农药、印染、航空、军工等行业。长期的使用、储存和倾倒过程，会使得硝基芳香族化合物在自然水域中不断积累。由于它们对自然环境的污染、对人类和野生动物健康的威胁以及日益增加的公共安全问题，使用具有成本效益和高灵敏度的微型仪器检测硝基芳香族化合物，特别是应用广泛的硝基芳烃，已成为一个迫切的问题。
目前可用于检测硝基芳香族化合物的方法很多，包括红外和拉曼光谱、质谱、固相微萃取、X射线成像技术、表面增强拉曼光谱、离子迁移光谱和热中子分析。但这些方法大多存在合成工艺复杂、标记过程繁琐、成本高、仪器操作复杂等局限性，限制了它们在实际检测中的广泛应用。近年来，荧光检测方法因其便捷、灵敏度高、成本低等特性受到越来越多的关注。
硝基芳香族化合物的部分硝基芳烃化合物缺电子，由于光诱导的电子转移和分子内电荷转移机制，它们可以使富电子荧光探针的荧光猝灭。因此，几乎所有具备富电子官能团的荧光探针对缺电子的硝基芳烃化合物如对硝基甲苯都表现出敏感的荧光猝灭响应。对硝基甲苯是一类难降解的硝基芳烃化合物，易被还原形成苯胺。大量残留的对硝基甲苯及其衍生物进入水体会产生异味，造成水生生物死亡，如果不小心误食，会导致高铁血红蛋白症，严重者可致死。因此，构建针对对硝基甲苯的快速、灵敏、选择性好的检测方法是非常重要的。目前针对对硝基甲苯的检测方法有气相色谱法、气质联用法、反相高效液相色谱法、表面增强拉曼法及荧光猝灭检测方法。在这些方法钟，荧光猝灭检测方法因为其简单、快速、高选择性而备受关注，但是目前关于对硝基甲苯的荧光检测方法均是单模式的荧光猝灭方法，很难消除环境波动等因素的影响。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于Eu-g-C3N4纳米材料的，可消除背景干扰的，快速稳定的对硝基甲苯荧光比率检测方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
建立Eu-g-C3N4纳米材料的荧光强度与对硝基甲苯的浓度之间相互作用关系，构建基于Eu-g-C3N4纳米材料针的对硝基甲苯传感方法，实现Eu-g-C3N4纳米材料在对硝基甲苯的检测中的应用。
Eu-g-C3N4纳米材料的合成方法为：以硝酸铕、三聚氰酸、2,4-二氨基-6-苯基-1,3,5-三嗪和超纯水混合，搅拌均匀，得到混合液；将混合液烘干，得到白色固体前驱体；将白色固体前驱体在惰性气体保护下，在450℃煅烧4h，自然冷却，得到所述铕掺杂的g-C3N4基半导体材料(Eu-g-C3N4纳米材料)。
本发明的一种基于荧光比率法的对硝基甲苯的检测方法，包括以下步骤：
S1)取样品溶液50-500μL，加入乙醇200μL溶解对硝基甲苯，再用超纯水稀释到890μL；将样品溶液与10μLEu-g-C3N4的纳米材料母液、100μL的缓冲液(pH 7.0，10mM)混合，得到待测溶液；
S2)激发波长设定为300nm，测定体系在420nm和600nm处的荧光强度；
S3)将待测溶液F600nm/F420nm的荧光强度比值与已制定的标准曲线进行比对，得出样品溶液中的对硝基甲苯含量。
本发明的测定方法中溶液配制的方法可按比例调整；本发明测定方法中的pH、激发波长、Eu-g-C3N4的纳米材料母液的用量都经过了优化，能够有效提高检测的灵敏度和准确率。
其中，所述Eu-g-C3N4的纳米材料母液的制备方法如下：
S1a)以铕掺杂Eu-g-C3N4为原料，使用超声剥离法或针尖超声剥离法，经过4-36h，超声强度为40-200W，最后通过5000-10000rpm离心15min去除粒径过大的Eu-g-C3N4，得到1％铕掺杂Eu-g-C3N4的纳米材料；
S1b)取1-4mg 1％Eu-g-C3N4块体材料，溶于100mL超纯水中，经过4-36h，超声强度为40-200W功率下的超声剥离，5000～20000rpm离心10～60分钟去除未剥离的大块纳米材料，即为Eu-g-C3N4纳米材料母液。
其中，所述缓冲液包括磷酸盐缓冲液、硼酸盐缓冲液或碳酸盐缓冲液。
其中，所述标准曲线的建立方法如下：
S3a)分别取浓度梯度稀释的对硝基甲苯溶液890μL与10μLEu-g-C3N4的纳米材料母液、100μL缓冲液混合(pH 7.0，10mM)，并定容至1mL；所述浓度梯度稀释的对硝基甲苯浓度分别为0、1、2.5、5、7.5、10、15、20、35、50、70μM；
S3b)激发波长设定为300nm，测定体系在420nm和600nm处的荧光强度；
S3c)得到不同浓度的对硝基甲苯F600nm/F420nm的荧光强度比值，以浓度为横坐标，F600nm/F420nm荧光强度比值为纵坐标绘制标准曲线。
本发明的检测方法可定量检测含有1-70μM对硝基甲苯的样品，最低检出限为0.8μM。
若样品中的对硝基甲苯浓度超出此浓度范围，需要将样品进行稀释后检测。
本发明通过超声法制备了发射蓝绿色荧光的Eu-g-C3N4纳米材料，将其作为荧光探针，应用于对硝基甲苯的传感检测中，以420nm与610nm荧光强度比值作为对硝基甲苯对Eu-g-C3N4纳米材料的荧光响应信号，构建了检测对硝基甲苯的传感体系，本发明中使用的纳米材料水溶性好，荧光性质受pH和离子强度影响都较小。本发明的检测方法成本低、操作简单，能够快速稳定地对检测样品中对硝基甲苯荧光含量，检测灵敏度高，不易受环境波动等因素的影响，选择性好，可用于不同样品中的对硝基甲苯的含量检测，适用性广，对硝基甲苯的便捷检测具有重要的实践意义。
附图说明
图1为Eu-g-C3N4纳米材料在水溶液中的最佳激发和发射波长的测试结果。
图2为不同pH中的F600nm/F420nm荧光强度比值。
图3为不同Eu-g-C3N4纳米材料母液的用量的F600nm/F420nm荧光强度比值。
图4不同浓度的对硝基甲苯F600nm/F420nm的荧光强度比值。
图5为本发明检测体系的对硝基甲苯检测的工作曲线。
图6为本发明检测体系对对硝基甲苯选择性的检测结果。
图7为本发明检测方法对实施例6～8中不同样品的检测结果。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1激发波长的选择
将10μL的Eu-g-C3N4纳米材料母液加入到pH为7的缓冲溶液(10mM)中，溶液总体积为1mL，混合均匀。激发波长设定为280-400nm，测定体系在490nm和600nm处的荧光强度，并得到Eu-g-C3N4纳米材料的最佳激发和发射波长，结果如图1。
实施例2实验pH值的优化
将10μL的Eu-g-C3N4纳米材料母液加入到含100μM对硝基甲苯的不同pH值(2-10)的缓冲溶液(10mM)中，溶液总体积为1mL，混合均匀。激发波长设定为300nm，测定体系在420nm和600nm处的荧光强度，结果如图2。
实施例3Eu-g-C3N4纳米材料母液的用量优化
将不同体积(1-100μL)的Eu-g-C3N4纳米材料母液加入到含100μM对硝基甲苯的pH为7的缓冲溶液(10mM)中，溶液总体积为1mL，混合均匀。激发波长设定为300nm，测定体系在420nm和600nm处的荧光强度，结果如图3。
实施例4标准曲线的绘制
将不同浓度的对硝基甲苯(0、1、2.5、5、7.5、10、15、20、35、50、70μM)加入到10μL的Eu-g-C3N4纳米材料母液、pH为7的缓冲溶液(10mM)中，溶液总体积为1mL，混合均匀。激发波长设定为300nm，测定体系在420nm和600nm处的荧光强度，得到不同浓度的对硝基甲苯F600nm/F420nm的荧光强度比值，如图4。
以浓度为横坐标，F600nm/F420nm荧光强度比值为纵坐标绘制标准曲线；如图5所示，工作曲线的线性方程为F600nm/F420nm＝0.00261x+0.29751，相关系数R为0.982，线性范围为1-70μM，最低检出限为0.8μM。
实施例5对硝基甲苯选择性的检测
选取了8种同系物，分别为甲苯(MB)、苯酚(PHE)、硝基苯(NB)、对硝基苯酚(NP)、2,4-二硝基甲苯(DNT)、2,4-二硝基苯酚(DNP)、2,4,6-三硝基甲苯(TNT)和2,4,6-三硝基苯酚(TNP)。选取的对硝基甲苯(NT)和所有同系物浓度均为100μM。将待测物，或空白(Blank)，或100μM的待测同系物，或100μM的待测同系物与100μM的对硝基甲苯，加入到10μL的Eu-g-C3N4纳米材料母液、pH为7的缓冲溶液(10mM)中，溶液总体积为1mL，混合均匀。激发波长设定为300nm，测定体系在420nm和600nm处的荧光强度。计算F600nm/F420nm荧光强度比值作图分析。如图5所示，其他同系物对Eu-g-C3N4纳米材料F600nm/F420nm荧光强度比值基本没有影响，两者比值基本为1。但是加入100μM的对硝基甲苯后，F600nm/F420nm荧光强度比值增大2.3倍左右，说明本方法的选择性很好。
实施例6河水样品中对硝基甲苯的检测
河水样品的预处理：通过0.22μm的水相醋酸纤维膜过滤去除河水样品中的大颗粒及微生物细菌等杂质。
将过滤后的河水样品500μL加入到含200μL乙醇的标准对硝基甲苯溶液、10μLEu-g-C3N4纳米材料母液、pH为7的缓冲溶液中，溶液总体积为1mL(含50μM对硝基甲苯)，混合均匀。激发波长设定为300nm，测定体系在420nm和600nm处的荧光强度。利用F600nm/F420nm荧光强度比值与标准曲线的关系，对河水样品中的对硝基甲苯进行检测与定量分析。检测结果见图7，河水样品未检出对硝基甲苯。
实施例7土壤样品中对硝基甲苯的检测
土壤样品的预处理：用一定量的1:1的超纯水：乙醇混合液浸没待测的土壤样品4h，然后加入一倍量的水稀释，上层浊液通过0.22μm的两相膜过滤去除大颗粒及微生物细菌等杂质。
将过滤后的土壤水样品400μL加入到含200μL乙醇的标准对硝基甲苯溶液、含10μLEu-g-C3N4纳米材料母液、pH为7的缓冲溶液中，溶液总体积为1mL，总溶液含50μM对硝基甲苯，混合均匀。激发波长设定为300nm，测定体系在420nm和600nm处的荧光强度。利用F600nm/F420nm荧光强度比值与标准曲线的关系，对土壤样品中的对硝基甲苯进行检测与定量分析。检测结果见图7，土壤样品未检出对硝基甲苯。
实施例8火柴样品中对硝基甲苯的检测
火柴样品的预处理：将商业化的火柴头刮下一些，用研钵研磨成粉末，用一定量的乙醇浸没待测的火柴头粉末样品4h，然后将混合液通过0.22μm的有机相醋酸纤维膜过滤去除大颗粒及微生物细菌等杂质。
将过滤后的火柴头样品100μL加入到含100μL乙醇的标准对硝基甲苯溶液、含10μLEu-g-C3N4纳米材料母液、pH为7的缓冲溶液中，溶液总体积为1mL，总溶液含50μM对硝基甲苯，混合均匀。激发波长设定为300nm，测定体系在420nm和600nm处的荧光强度。利用F600nm/F420nm荧光强度比值与标准曲线的关系，对火柴头样品中的对硝基甲苯进行检测与定量分析。检测结果见图7，火柴样品未检出对硝基甲苯。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (5)

1.Eu-g-C3N4纳米材料基于荧光比率法在对硝基甲苯的检测中的应用。
2.一种基于荧光比率法的对硝基甲苯的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1）取待测样品溶液50-500μL，加入乙醇200μL溶解对硝基甲苯，再用超纯水稀释到890μL；将样品溶液与10μL Eu-g-C3N4的纳米材料母液、100μL缓冲液混合，得到待测溶液；所述缓冲液pH 7.0，浓度为10mM；
S2)激发波长设定为300 nm，测定体系在420 nm和600 nm处的荧光强度；
S3）将待测溶液F600nm/ F420nm的荧光强度比值与已制定的标准曲线进行比对，得出样品溶液中的对硝基甲苯含量；
所述Eu-g-C3N4的纳米材料母液的制备方法如下：
S1a）以铕掺杂Eu-g-C3N4为原料，使用超声剥离法或针尖超声剥离法，经过4-36h，超声强度为40-200W，最后通过5000-10000rpm离心15分钟去除粒径过大的Eu-g-C3N4，得到1%铕掺杂Eu-g-C3N4的纳米材料；
S1b）取1-4 mg 1% Eu-g-C3N4块体材料，溶于100mL超纯水中，经过4-36 h，超声强度为40-200 W功率下的超声剥离，5000~20000 rpm离心10~60分钟去除未剥离的大块纳米材料，即为Eu-g-C3N4纳米材料母液。
3.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述缓冲液包括磷酸盐缓冲液、硼酸盐缓冲液或碳酸盐缓冲液。
4.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述标准曲线的建立方法如下：
S3a）分别取各浓度梯度稀释的对硝基甲苯溶液890μL与10μL Eu-g-C3N4的纳米材料母液、100μL的缓冲液混合；所述浓度梯度稀释的对硝基甲苯浓度分别为0、1、2.5、5、7.5、10、15、20、35、50、70μM；所述缓冲液pH 7.0，浓度为10mM；
S3b）激发波长设定为300 nm，测定体系在420 nm和600 nm处的荧光强度；
S3c）得到不同浓度的对硝基甲苯F600nm / F420nm的荧光强度比值，以浓度为横坐标，F600nm / F420nm荧光强度比值为纵坐标得到绘制曲线。
5.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述样品溶液含有0-70μM的对硝基甲苯。
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