CN114441497B - 一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法 - Google Patents

一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114441497B
CN114441497B CN202210172775.1A CN202210172775A CN114441497B CN 114441497 B CN114441497 B CN 114441497B CN 202210172775 A CN202210172775 A CN 202210172775A CN 114441497 B CN114441497 B CN 114441497B
Authority
CN
China
Prior art keywords
solution
cdte
detected
quantum dots
quantum dot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210172775.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114441497A (zh
Inventor
蒋文静
李中午
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Shangli Instrument Equipment Co ltd
Original Assignee
Chongqing Shangli Instrument Equipment Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Shangli Instrument Equipment Co ltd filed Critical Chongqing Shangli Instrument Equipment Co ltd
Priority to CN202210172775.1A priority Critical patent/CN114441497B/zh
Publication of CN114441497A publication Critical patent/CN114441497A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114441497B publication Critical patent/CN114441497B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N21/643—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" non-biological material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
    • G01N2021/6432—Quenching

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法，包括以下步骤：根据不同荧光探针对不同重金属离子的响应特性，将不同荧光探针排列形成荧光探针组合；将荧光探针组合分别与去离子水和待检测溶液混合，然后加入微腔室阵列，分别形成空白对照组和待检测溶液组；将微腔室阵列放置在荧光检测系统里进行荧光检测并拍照，对拍照结果进行RGB识别，将空白对照组RGB值和对应腔室待检测溶液组RGB值的差值与设定的阈值进行对比，超过阈值为灭，记为“0”，低于阈值为亮，记为“1”，根据二进制代码组合检测重金属离子是否超标。本发明可以快速判定待检测溶液中是否有特定的重金属离子超标，实现了半定量检测水环境中重金属离子。

Description

一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法
技术领域
本发明涉及水质检测技术领域，具体涉及一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法。
背景技术
目前，水环境中主要的重金属有汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)、铜(Cu)以及类重金属砷(As)等环境生物毒性较强的离子，即便摄入微量重金属元素，也会造成重大危害。对于这些微量元素的检测就极大的考验检测人员的专业性与检测系统器的精度，目前主要采用的方法为：原子荧光光谱法(AFS)、X射线荧光光谱法(XRF)、电感耦合等离子体-质谱法(ICP-MS)、原子吸收光谱法(AAS)等，但是，这些方法操作复杂，需要结合庞大的辅助仪器，不能实现便携式，检测限较高，不利于对微量元素的检测，此外，这些方法成本高，不利于产业化生产。因此，急需研发出一种便携式，成本低廉，操作简单，检测限低，灵敏度高的检测方法，为实现便携式与小型化检测仪的开发，目前主要采用的方法有电化学法-阳极溶出伏安法和荧光量子点检测法，电化学法检测灵敏度高，检出限低，但最大的问题是其受环境温度影响较大，电极修饰物易脱落，且对样本要求较高，电极易吸附上其他杂质，以造成误判，因此电化学的发展也受到了限制，相比电化学检测，荧光量子点法就不存在这些问题，在重金属检测过程中，它具有高灵敏度、选择性、重现性和快速实时监控的功能，而实现这一目标的关键要素是荧光探针，该探针提供了一种实时、无损的方式，以较高的空间和时间分辨率(由于探针颗粒小，比表面积大，同一空间接触颗粒更多；在时间上，响应速度快，相当于照相机快门速度)实现自然环境中对金属离子种类及含量的检测，但是，荧光检测又存在特异性较差的问题，例如铜离子(Cu2+)可以与多种探针发生响应，不能实现探针的特异性检测。因此，我们需要开发一种快速高效、特异性好的检测方法，用于水环境中重金属的检测。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法，以解决现有荧光检测特异性较差的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法，包括以下步骤：
(1)根据不同荧光探针对不同重金属离子的响应特性，将不同荧光探针排列形成荧光探针组合；
(2)将荧光探针组合分别与去离子水和待检测溶液混合，然后加入微腔室阵列，分别形成空白对照组和待检测溶液组；
(3)将步骤(2)所得的微腔室阵列放置在荧光检测系统里进行荧光检测并拍照，对拍照结果进行RGB识别，将空白对照组RGB值和对应腔室待检测溶液组RGB值的差值与设定的阈值进行对比，超过阈值为灭，记为“0”，低于阈值为亮，记为“1”，根据二进制代码组合检测重金属离子是否超标。
本发明的有益效果为：采用本发明的荧光探针阵列对待检测溶液进行荧光检测，降低了单一荧光探针易被干扰的问题，提高了荧光探针检测的特异性；然后将检测图片的RGB值经过简单的程序处理与设定的阈值进行对比，超过阈值为灭，低于阈值为亮，并将这种亮灭转化为二进制代码，灭，记为“0”，亮，记为“1”，因此，待检测溶液中有不同的金属离子超标时，会对应不同的编码，由此，可以快速判定待检测溶液中是否有特定的金属离子超标(国家规定的水质要求)，实现了半定量检测水环境中重金属离子。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步，步骤(1)中不同荧光探针具体为CdSe@ZnS-Cys量子点、CdTe-GSH量子点、CdTe-COOH量子点、CdTe-GSH量子点和CdTe-COOH量子点的混合量子点，其对应的阈值分别为R＝162且G＝45；B＝160；G＝80；G＝75且B＝77。
进一步，不同荧光探针中探针1-4依次为CdSe@ZnS-Cys量子点、CdTe-GSH量子点、CdTe-COOH量子点、CdTe-GSH量子点和CdTe-COOH量子点的混合量子点，其对应的阈值分别为R＝162且G＝45；B＝160；G＝80；G＝75且B＝77。
采用上述进一步技术方案的有益效果为：采用上述荧光探针组合，可检测水环境中铜离子、铅离子或砷离子是否超标(铜离子和铅离子含量超过Ⅰ类水质要求，砷离子含量超过Ⅳ类水质要求)。
检测机理：将量子点分别修饰特殊官能团(半胱氨酸、谷胱甘肽、羧基)，以此作为荧光探针，荧光探针通过特殊官能团抓取溶液中的金属离子，从而导致自身荧光强度的改变。其中，谷胱甘肽具有氨基和羧基两种官能团，当探针2(CdTe-GSH量子点)与铅离子结合时，由于发生表面电子转移，影响了探针2(CdTe-GSH量子点)原本的电子跃迁途径，导致其荧光猝灭；同样，探针3(CdTe-COOH量子点)中的羧基结合砷离子，导致其荧光猝灭；而铜离子可以结合多种特殊官能团，可导致4种探针同时荧光猝灭，基于以上原理，通过荧光编码的方式可以快速确定重金属离子是否超标(原理见图1)。
具体的对比及编码方法为：将探针1(CdSe@ZnS-Cys量子点)的空白对照组RGB值和对应腔室待检测溶液组RGB值的差值与设定的阈值进行对比，当R的差值>162，且G的差值>45时，规定为荧光信号猝灭，记为“0”，其他情况均规定为亮，记为“1”；将探针2(CdTe-GSH量子点)的空白对照组RGB值和对应腔室待检测溶液组RGB值的差值与设定的阈值进行对比，当B的差值＞160时，规定为荧光信号猝灭，记为“0”，当B的差值<160时，规定为亮，记为“1”；将探针3(CdTe-COOH量子点)的空白对照组RGB值和对应腔室待检测溶液组RGB值的差值与设定的阈值进行对比，当G的差值＞80时，规定为荧光信号猝灭，记为“0”，当G的差值<80时，记为“1”；将探针4(CdTe-GSH量子点和CdTe-COOH量子点的混合量子点)的空白对照组RGB值和对应腔室待检测溶液组RGB值的差值与设定的阈值进行对比，当G的差值＞75，且B的差值＞77时，规定为荧光信号猝灭，记为“0”,其他情况记为“1”。
进一步，CdSe@ZnS-Cys量子点的浓度为0.1-0.5μmol/L，CdTe-GSH量子点的浓度为0.1-0.5μmol/L，CdTe-COOH量子点的浓度为0.1-0.5μmol/L，混合量子点中CdTe-GSH量子点的浓度为0.1-0.5μmol/L，混合量子点中CdTe-COOH量子点的浓度为0.4-0.9μmol/L。
进一步，CdSe@ZnS-Cys量子点的浓度为0.3μmol/L，CdTe-GSH量子点的浓度为0.15μmol/L，CdTe-COOH量子点的浓度为0.35μmol/L，混合量子点中CdTe-GSH量子点的浓度为0.2μmol/L，混合量子点中CdTe-COOH量子点的浓度为0.4μmol/L。
进一步，步骤(2)中，荧光探针与去离子水的体积比为1：5-10。
进一步，荧光探针与去离子水的体积比为1：10。
进一步，步骤(2)中，荧光探针与待检测溶液的体积比为1：5-10。
进一步，荧光探针与待检测溶液的体积比为1：10。
进一步，重金属离子为铅离子、铜离子或砷离子。
进一步，步骤(3)中，进行荧光检测采用的激发光为300-400nm紫外光。
进一步，进行荧光检测采用的激发光为365nm紫外光。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明可以直接用于水环境中3种重金属离子的快速检测，判定其是否超过国家规定水质标准，其中铜离子和铅离子的最低检出限可达Ⅰ类水质规定要求(≤0.01mg/L)，砷离子的最低检出限可达Ⅳ类水质规定要求(≤0.1mg/L)。
2、本发明所选用的荧光量子点探针，通过官能团修饰，进一步增强了离子选择的特异性。
3、本发明提出的荧光探针阵列，并结合二进制代码，可有效增强探针检测特异性，实现对应待测溶液的特异性编码。由于样本荧光组猝灭情况不同，对应不同编码，铜离子超标对应“0000”，铅离子超标对应“1011”，砷离子超标对应“1101”，铅离子和砷离子同时超标对应“1001”，从而快速判断待测溶液是否存在重金属超标问题。
4、本发明样本组与对照组的同时检测，消除了系统误差；所需样本无需复杂的预处理过程；针对不同样本具有不同荧光编码组合，可实现一对一特异性检测。
本发明提供的上述基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法包括但不限于利用CdSe@ZnS-Cys量子点、CdTe-GSH量子点、CdTe-COOH量子点、CdTe-GSH量子点和CdTe-COOH量子点的混合量子点4种荧光探针检测环境水中铜离子、铅离子和/或砷离子是否超标，该方法可以利用不同的量子点排列组成不同的微腔室阵列，进而检测环境水中不同的金属离子是否超标，可实现一对一特异性检测。
附图说明
图1为荧光编码方式原理图；
图2为实施例1-4检测结果实物效果图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明所采用的量子点通过以下方法制备：
(1.1)水溶性CdSe@ZnS-Cys核壳型量子点
取0.0642g氧化镉、0.5664g油酸、1.0733g油胺加入烧杯中，滴加1-十八烯至10mL，在150℃条件下搅拌20min，得到澄清的褐色溶液，然后用移液枪取2mL至另一烧杯中，并加入2.1466g油胺，滴加1-十八烯至20mL，在常温下搅拌，充分混合，得到Cd前体溶液，原剩余的黄褐色溶液作为后续补加料；取0.1538g硒粉和稍过量的三正辛基膦(TOP，约0.8661g左右，加速硒粉溶解)加入烧杯中，滴加1-十八烯至20mL，在90℃条件下搅拌15min，得到澄清的无色溶液，即Se前体溶液；分别将Cd前体溶液和Se前体溶液油浴预热，然后在250℃条件下混合，随后缓慢补加原剩余的黄褐色溶液，并在270℃条件下生长1min，即得到CdSe量子点，将分离提纯后的CdSe量子点溶解在适量三氯甲烷中，然后按照CdSe、油胺和油酸摩尔比1：8：4的比例，加入油胺和油酸，然后用1-十八烯稀释至10mL，在100℃条件下搅拌，至三氯甲烷完全挥发，即得到CdSe前体溶液；取二乙基二硫代氨基甲酸锌和三正辛基膦(CdSe、二乙基二硫代氨基甲酸锌和三正辛基膦的摩尔比为1：2：3)，在室温下搅拌，直至溶液澄清透明，即得到ZnS前体溶液；在室温下，将CdSe前体溶液和ZnS前体溶液混合，并添加适量L-半胱氨酸，在140℃条件下加热回流60min，然后静置，分层后取澄清的上清溶液，加入过量乙醇进行沉淀，离心，然后向离心后的沉淀中滴加少量三氯甲烷，振荡，然后离心去除沉淀，向离心后的溶液中再加过量乙醇进行沉淀，以此用乙醇和三氯甲烷循环操作3次，最终得到水溶性的CdSe@ZnS-Cys核壳型量子点，将其按不同的比例稀释，即可得到浓度为0.1-0.5μmol/L的CdTe-GSH量子点溶液。
(1.2)水溶性CdTe-GSH量子点
用分析天平称取0.73g氯化镉(CdCl2)、0.25g亚碲酸钾(K2TeO3)和4.6g谷胱甘肽(GSH)，将其溶解在100ml硼砂-柠檬酸缓冲液中(15mmol，pH＝9.4)，形成混合溶液，最终混合溶液中Cd的含量为4mmol，Te的含量为1mmol，GSH的含量为15mmol，然后将混合溶液放置到水浴锅中，在90℃条件下，孵育4h，即可得到绿色的CdTe-GSH量子点溶液，将其按不同的比例稀释，即可得到浓度为0.1-0.5μmol/L的CdTe-GSH量子点溶液。
(1.3)水溶性CdTe-COOH量子点
用分析天平分别称取0.13g CdCl2和0.13g巯基丙酸(MPA)，将其溶解成120ml的混合溶液，并在混合的过程中，逐步滴加1mol/L的NaOH溶液，将混合溶液的pH值调至11.8，最终混合溶液中Cd2+的含量为0.6mmol，MPA的含量为1.02mmol，然后用高纯N2脱气30min，再依次加入0.12g NaBH4和0.016g的Na2TeO3，混合溶液中的Cd：Te：MPA的典型摩尔比为1：0.1：1.7，最后将混合溶液加热至100℃，在N2保护下回流6小时，即可得到CdTe-COOH量子点溶液，将其按不同的比例稀释，即可得到浓度为0.1-0.5μmol/L的CdTe-GSH量子点溶液。
本发明所采用的检测系统主要包括：365nm紫外光源、锂电池移动电源、小型工控机、丝杆电机、800万自动对焦高清摄像头，整个仪器外框尺寸为260*200*270mm的铝壳，整个仪器通过锂电池供电，锂电池输出电压通过电压转换电路板分别输出12v、3.3v电压，12v电压直接给电机、工控机供电，3.3v电压为紫外灯供电电压，摄像头通过USB插头直接与工控机USB插孔连接，各部件之间通过导线焊接导通。
本发明所采用的计算和编码的具体方法为：将探针1(CdSe@ZnS-Cys量子点)的空白对照组RGB值和对应腔室待检测溶液组RGB值的差值与设定的阈值进行对比，当R的差值>162，且G的差值>45时，规定为荧光信号猝灭，记为“0”，其他情况均规定为亮，记为“1”；将探针2(CdTe-GSH量子点)的空白对照组RGB值和对应腔室待检测溶液组RGB值的差值与设定的阈值进行对比，当B的差值＞160时，规定为荧光信号猝灭，记为“0”，当B的差值<160时，规定为亮，记为“1”；将探针3(CdTe-COOH量子点)的空白对照组RGB值和对应腔室待检测溶液组RGB值的差值与设定的阈值进行对比，当G的差值＞80时，规定为荧光信号猝灭，记为“0”，当G的差值<80时，记为“1”；将探针4(CdTe-GSH量子点和CdTe-COOH量子点的混合量子点)的空白对照组RGB值和对应腔室待检测溶液组RGB值的差值与设定的阈值进行对比，当G的差值＞75，且B的差值＞77时，规定为荧光信号猝灭，记为“0”,其他情况记为“1”。
实施例1：
一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法，包括以下步骤：
(1)将4种不同的荧光探针排列形成荧光探针组合，该荧光探针组合中，探针1为CdSe@ZnS-Cys量子点，探针2为CdTe-GSH量子点，探针3为CdTe-COOH量子点，探针4为CdTe-GSH量子点和CdTe-COOH量子点的混合量子点；
其中，CdSe@ZnS-Cys量子点的浓度为0.3μmol/L，CdTe-GSH量子点的浓度为0.15μmol/L，CdTe-COOH量子点的浓度为0.35μmol/L，混合量子点通过将0.4μmol/L的CdTe-GSH量子点和0.8μmol/L CdTe-COOH量子点按照1：1的体积比混合得到；
(2)将荧光探针组合分别加入两行四列的微腔室中，形成荧光探针阵列，荧光探针阵列的第一行的每个微腔室均加入去离子水，荧光探针阵列的第二行的每个微腔室均加入等体积的待检测溶液1；其中，第一行4列从左到右分别对应含去离子水的探针1、含去离子水的探针2、含去离子水的探针3和含去离子水的探针4，第二行对应含待检测溶液的探针1、含待检测溶液的探针2、含待检测溶液的探针3和含待检测溶液的探针4；第一行每个微腔室中荧光探针与去离子水的体积比为1：10，第二行每个微腔室中荧光探针与去待检测溶液1的体积比为1：10；该两行四列的微腔室外部尺寸为60*40mm，微腔室的材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，每个腔室的直径为4mm，深度为3.5mm；
(3)将荧光检测仪器的开仓按钮按下，样品台自动打开，将两行四列的微腔室放置在规定位置，打开365nm紫外激发光源，接着点开工控机，显示桌面的拍照软件，采用800万高清自动聚焦摄像头进行拍照，然后将拍照图片保存，并将保存的图片导入分析程序，进行图片RGB提取，然后按上述方法进行计算和编码。
经检测，第一行空白对照组各腔室RGB值为：腔室1：R＝255，G＝118，B＝90；腔室2：R＝0，G＝51，B＝239；腔室3：R＝2，G＝119，B＝66；腔室4：R＝7，G＝132，B＝255；
第二行待检测溶液组各腔室RGB值为：腔室1：R＝200，G＝101，B＝93；腔室2：R＝2，G＝40，B＝198；腔室3：R＝2，G＝112，B＝60；腔室4：R＝6，G＝102，B＝230；
按上述方法计算和编码，得到探针1中，R的差值55＜162，G的差值17＜45，记为“1”；探针2中，B的差值41＜160，记为“1”；探针3中，G的差值7＜80，记为“1”；探针4中，G的差值30＜75，B的差值25＜77，记为“1”；因此，结果显示“1111”，见图2中(a)，由图2中(a)可知，待检测溶液1中铜、铅和砷离子均未超标。
实施例2：
一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法，包括以下步骤：
(1)将4种不同的荧光探针排列形成荧光探针组合，该荧光探针组合中，探针1为CdSe@ZnS-Cys量子点，探针2为CdTe-GSH量子点，探针3为CdTe-COOH量子点，探针4为CdTe-GSH量子点和CdTe-COOH量子点的混合量子点；
其中，CdSe@ZnS-Cys量子点的浓度为0.3μmol/L，CdTe-GSH量子点的浓度为0.15μmol/L，CdTe-COOH量子点的浓度为0.35μmol/L，混合量子点通过将0.4μmol/L的CdTe-GSH量子点和0.8μmol/L CdTe-COOH量子点按照1：1的体积比混合得到；
(2)将荧光探针组合分别加入两行四列的微腔室中，形成荧光探针阵列，荧光探针阵列的第一行的每个微腔室均加入去离子水，荧光探针阵列的第二行的每个微腔室均加入等体积的待检测溶液2；其中，第一行4列从左到右分别对应含去离子水的探针1、含去离子水的探针2、含去离子水的探针3和含去离子水的探针4，第二行对应含待检测溶液的探针1、含待检测溶液的探针2、含待检测溶液的探针3和含待检测溶液的探针4；第一行每个微腔室中荧光探针与去离子水的体积比为1：10，第二行每个微腔室中荧光探针与去待检溶液2的体积比为1：10；该两行四列的微腔室外部尺寸为60*40mm，微腔室的材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，每个腔室的直径为4mm，深度为3.5mm；
(3)将荧光检测仪器的开仓按钮按下，样品台自动打开，将两行四列的微腔室放置在规定位置，打开365nm紫外激发光源，接着点开工控机，显示桌面的拍照软件，采用800万高清自动聚焦摄像头进行拍照，然后将拍照图片保存，并将保存的图片导入分析程序，进行图片RGB提取，然后按上述方法进行计算和编码。
经检测，第一行空白对照组各腔室RGB值为：腔室1：R＝253，G＝114，B＝90；腔室2：R＝0，G＝50，B＝234；腔室3：R＝2，G＝115，B＝62；腔室4：R＝6，G＝130，B＝253；
第二行待检测溶液组各腔室RGB值为：腔室1：R＝75，G＝31，B＝63；腔室2：R＝0，G＝14，B＝36；腔室3：R＝4，G＝23，B＝83；腔室4：R＝5，G＝32，B＝130；
按上述方法计算和编码，得到探针1中，R的差值178＞162，且G的差值83＞45，记为“0”；探针2中，B的差值198＞160，记为“0”；探针3中，G的差值92＞80，记为“0”；探针4中，G的差值98＞75，且B的差值123＞77，记为“0”。因此，结果显示“0000”，见图2中(b)，由图2中(b)可知，待检测溶液2中铜离子超标。
实施例3：
一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法，包括以下步骤：
(1)将4种不同的荧光探针排列形成荧光探针组合，该荧光探针组合中，探针1为CdSe@ZnS-Cys量子点，探针2为CdTe-GSH量子点，探针3为CdTe-COOH量子点，探针4为CdTe-GSH量子点和CdTe-COOH量子点的混合量子点；
其中，CdSe@ZnS-Cys量子点的浓度为0.3μmol/L，CdTe-GSH量子点的浓度为0.15μmol/L，CdTe-COOH量子点的浓度为0.35μmol/L，混合量子点通过将0.4μmol/L的CdTe-GSH量子点和0.8μmol/L CdTe-COOH量子点按照1：1的体积比混合得到；
(2)将荧光探针组合分别加入两行四列的微腔室中，形成荧光探针阵列，荧光探针阵列的第一行的每个微腔室均加入去离子水，荧光探针阵列的第二行的每个微腔室均加入等体积的待检测溶液3；其中，第一行4列从左到右分别对应含去离子水的探针1、含去离子水的探针2、含去离子水的探针3和含去离子水的探针4，第二行对应含待检测溶液的探针1、含待检测溶液的探针2、含待检测溶液的探针3和含待检测溶液的探针4；第一行每个微腔室中荧光探针与去离子水的体积比为1：10，第二行每个微腔室中荧光探针与去待检溶液3的体积比为1：10；该两行四列的微腔室外部尺寸为60*40mm，微腔室的材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，每个腔室的直径为4mm，深度为3.5mm；
(3)将荧光检测仪器的开仓按钮按下，样品台自动打开，将两行四列的微腔室放置在规定位置，打开365nm紫外激发光源，接着点开工控机，显示桌面的拍照软件，采用800万高清自动聚焦摄像头进行拍照，然后将拍照图片保存，并将保存的图片导入分析程序，进行图片RGB提取，然后按上述方法进行计算和编码。
经检测，第一行空白对照组各腔室RGB值为：腔室1：R＝255，G＝119，B＝92；腔室2：R＝2，G＝54，B＝242；腔室3：R＝3，G＝121，B＝68；腔室4：R＝8，G＝135，B＝255；
第二行待检测溶液组各腔室RGB值为：腔室1：R＝235，G＝102，B＝82；腔室2：R＝1，G＝50，B＝65；腔室3：R＝1，G＝109，B＝60；腔室4：R＝4，G＝92，B＝70；
按上述方法计算和编码，得到探针1中，R的差值20＜162，G的差值17＜45，记为“1”；探针2中，B的差值177＞160，记为“0”；探针3中，G的差值12＜80，记为“1”；探针4中，G的差值43＜75，B的差值185＞77，记为“1”；因此，结果显示“1011”，见图2中(c)，由图2(c)可知，待检测溶液3中铅离子超标。
实施例4
一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法，包括以下步骤：
(1)将4种不同的荧光探针排列形成荧光探针组合，该荧光探针组合中，探针1为CdSe@ZnS-Cys量子点，探针2为CdTe-GSH量子点，探针3为CdTe-COOH量子点，探针4为CdTe-GSH量子点和CdTe-COOH量子点的混合量子点；
其中，CdSe@ZnS-Cys量子点的浓度为0.3μmol/L，CdTe-GSH量子点的浓度为0.15μmol/L，CdTe-COOH量子点的浓度为0.35μmol/L，混合量子点通过将0.4μmol/L的CdTe-GSH量子点和0.8μmol/L CdTe-COOH量子点按照1：1的体积比混合得到；
(2)将荧光探针组合分别加入两行四列的微腔室中，形成荧光探针阵列，荧光探针阵列的第一行的每个微腔室均加入去离子水，荧光探针阵列的第二行的每个微腔室均加入等体积的待检测溶液4；其中，第一行4列从左到右分别对应含去离子水的探针1、含去离子水的探针2、含去离子水的探针3和含去离子水的探针4，第二行对应含待检测溶液的探针1、含待检测溶液的探针2、含待检测溶液的探针3和含待检测溶液的探针4；第一行每个微腔室中荧光探针与去离子水的体积比为1：10，第二行每个微腔室中荧光探针与去待检溶液4的体积比为1：10；该两行四列的微腔室外部尺寸为60*40mm，微腔室的材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，每个腔室的直径为4mm，深度为3.5mm；
(3)将荧光检测仪器的开仓按钮按下，样品台自动打开，将两行四列的微腔室放置在规定位置，打开365nm紫外激发光源，接着点开工控机，显示桌面的拍照软件，采用800万高清自动聚焦摄像头进行拍照，然后将拍照图片保存，并将保存的图片导入分析程序，进行图片RGB提取，然后按上述方法进行计算和编码。
经检测，第一行空白对照组各腔室RGB值为：腔室1：R＝250，G＝119，B＝90；腔室2：R＝2，G＝48，B＝238；腔室3：R＝3，G＝122，B＝62；腔室4：R＝5，G＝134，B＝255；
第二行待检测溶液2组各腔室RGB值为：腔室1：R＝205，G＝91，B＝53；腔室2：R＝2，G＝50，B＝217；腔室3：R＝3，G＝30，B＝63；腔室4：R＝5，G＝40，B＝230；
按上述方法计算和编码，得到探针1中，R的差值45＜162，且G的差值28＜45，记为“1”；探针2中，B的差值21＜160，记为“1”；探针3中，G的差值92＞80，记为“0”；探针4中，G的差值94＞75，但B的差值25＜77，记为“1”。因此，结果显示“1101”，见图2中(d)，由图2可知，待检测溶液4中砷离子超标。
试验例
分别将实施例1-4中的待检测溶液1-4采用原子荧光光谱法(AFS)进行含量检测，结果见表1，由表1可知，待检测溶液1中铜离子和铅离子的含量均＜0.01mg/L(Ⅰ类水质规定要求)，砷离子的含量＜0.1mg/L(Ⅳ类水质规定要求)；待检测溶液2中铜离子含量超过了Ⅰ类水质规定要求，而铅离子含量未超过Ⅰ类水质规定要求，且砷离子含量未超过Ⅳ类水质规定要求；待检测溶液3中铅离子含量超过了Ⅰ类水质规定要求，而铜离子含量未超过Ⅰ类水质规定要求，且砷离子含量未超过Ⅳ类水质规定要求；待检测溶液4中砷离子含量超过了Ⅳ类水质规定要求，而铜离子和铅离子含量均未超过Ⅰ类水质规定要求；以上结果与本发明基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法测得的结果一致。
因此，本发明的检测方法高效、便捷、直观，且特异性高，可对待测溶液中铜离子、铅离子或砷离子的半定量检测。本发明检测方法检测结果的含义：当待检测溶液中未有铜、铅和砷离子超标时，显示“1111”；当待检测溶液中铜离子超标时，显示“0000”；当待检测溶液中铅离子超标时显示“1011”；当待检测溶液中砷离子超标时，显示“1101”。
表1待检测溶液1-4中金属离子的含量
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）根据不同荧光探针对不同重金属离子的响应特性，将不同荧光探针排列形成荧光探针组合；
（2）将荧光探针组合分别与去离子水和待检测溶液混合，然后加入微腔室阵列，分别形成空白对照组和待检测溶液组；
（3）将步骤（2）所得的微腔室阵列放置在荧光检测系统里进行荧光检测并拍照，对拍照结果进行RGB识别，将空白对照组RGB值和对应腔室待检测溶液组RGB值的差值与设定的阈值进行对比，超过阈值为灭，记为“0”，低于阈值为亮，记为“1”，根据二进制代码组合检测重金属离子是否超标；
步骤（1）中不同荧光探针具体为CdSe@ZnS-Cys量子点、CdTe-GSH量子点、CdTe-COOH量子点、CdTe-GSH量子点和CdTe-COOH量子点的混合量子点，其对应的阈值分别为R=162且G=45；B=160；G=80；G=75且B=77；
重金属离子为铅离子、铜离子或砷离子；
所述荧光探针组合中，探针1为CdSe@ZnS-Cys量子点，探针2为CdTe-GSH量子点，探针3为CdTe-COOH量子点，探针4为CdTe-GSH量子点和CdTe-COOH量子点的混合量子点；
其中，CdSe@ZnS-Cys量子点的浓度为0.3μmol/L，CdTe-GSH量子点的浓度为0.15μmol/L，CdTe-COOH量子点的浓度为0.35μmol/L，混合量子点通过将0.4μmol/L的 CdTe-GSH量子点和0.8μmol/L CdTe-COOH量子点按照1：1的体积比混合得到；
所述检测方法检测结果的含义：当待检测溶液中未有铜、铅和砷离子超标时，显示“1111”；当待检测溶液中铜离子超标时，显示“0000”；当待检测溶液中铅离子超标时显示“1011”；当待检测溶液中砷离子超标时，显示“1101”。
2.根据权利要求1所述的基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法，其特征在于，步骤（2）中，荧光探针与去离子水的体积比为1：5-10。
3.根据权利要求1所述的基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法，其特征在于，步骤（2）中，荧光探针与待检测溶液的体积比为1：5-10。
4.根据权利要求1所述的基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法，其特征在于，步骤（3）中，进行荧光检测采用的激发光为300-400nm紫外光。
CN202210172775.1A 2022-02-24 2022-02-24 一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法 Active CN114441497B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210172775.1A CN114441497B (zh) 2022-02-24 2022-02-24 一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210172775.1A CN114441497B (zh) 2022-02-24 2022-02-24 一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114441497A CN114441497A (zh) 2022-05-06
CN114441497B true CN114441497B (zh) 2023-10-20

Family

ID=81374444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210172775.1A Active CN114441497B (zh) 2022-02-24 2022-02-24 一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114441497B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114235771B (zh) * 2021-12-23 2023-10-03 重庆大学 一种重金属汞离子检测的传感检测方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007143547A (ja) * 2005-10-28 2007-06-14 Nittetsu Kankyo Engineering Kk 遺伝子構成比測定方法
CN104967840A (zh) * 2015-06-19 2015-10-07 中央电视台 一种视频图像超标检测方法及装置
CN106770136A (zh) * 2017-01-23 2017-05-31 首都师范大学 氨基酸调控量子点荧光阵列传感器对金属离子的检测方法
CN110487767A (zh) * 2019-09-03 2019-11-22 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种便携式上转换荧光检测仪
CN111551532A (zh) * 2020-06-22 2020-08-18 南通大学 一种基于石墨烯量子点荧光探针阵列的金属离子检测方法
CN111879745A (zh) * 2020-08-10 2020-11-03 大连理工大学 一种基于廉价染料阵列用于水中多种重金属离子检测的方法
CN113670867A (zh) * 2021-07-16 2021-11-19 贵州大学 检测水溶液中多种金属离子的超分子荧光传感阵列及方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100197516A1 (en) * 2008-07-15 2010-08-05 Andrea Holmes Detechip: molecular color and fluorescent sensory arrays for small molecules
CL2010001596A1 (es) * 2010-12-28 2011-05-13 Univ Santiago Chile Metodo de sintesis en medio acuoso de puntos cuanticos de cadmio-teluro unidos a glutation (cdte-gsh), que comprende a) preparar una solucion de precursor de cadmio en un amortiguador; b) agregar glutation a la mezcla anterior mediante agitacion intensa; c) adicionar un oxianion de teluro; d) dejar reaccionar y e) detener la reaccion.

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007143547A (ja) * 2005-10-28 2007-06-14 Nittetsu Kankyo Engineering Kk 遺伝子構成比測定方法
CN104967840A (zh) * 2015-06-19 2015-10-07 中央电视台 一种视频图像超标检测方法及装置
CN106770136A (zh) * 2017-01-23 2017-05-31 首都师范大学 氨基酸调控量子点荧光阵列传感器对金属离子的检测方法
CN110487767A (zh) * 2019-09-03 2019-11-22 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 一种便携式上转换荧光检测仪
CN111551532A (zh) * 2020-06-22 2020-08-18 南通大学 一种基于石墨烯量子点荧光探针阵列的金属离子检测方法
CN111879745A (zh) * 2020-08-10 2020-11-03 大连理工大学 一种基于廉价染料阵列用于水中多种重金属离子检测的方法
CN113670867A (zh) * 2021-07-16 2021-11-19 贵州大学 检测水溶液中多种金属离子的超分子荧光传感阵列及方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CdTe量子点作荧光探针检测微量铅的方法研究;杜保安;刘澄;曹雨虹;高璐;赵雪媛;;光谱学与光谱分析(05);全文 *
基于L-半胱氨酸/CdTe量子点修饰电极的电化学传感器的制备及其对Pb~(2+)的检测;许世超;张忆一;董凯;温俊男;;分析测试学报(04);全文 *
崔璐 ; 姜莉 ; 田雨 ; 刘程 ; 胡亚云 ; .基于CdTe/CdS量子点荧光淬灭方法检测自来水和果汁中汞离子.食品工业科技.2020,(第07期),全文. *
水溶性的CdSe/ZnS纳米微粒的合成及表征;谢颖,徐静娟,于俊生,陈洪渊;无机化学学报(第06期);全文 *
谷胱甘肽碲化镉量子点的合成及痕量铅离子检测;师赛鸽;王松玮;张云翔;;信阳师范学院学报(自然科学版)(第01期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114441497A (zh) 2022-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114441497B (zh) 一种基于量子点荧光探针阵列的重金属离子检测方法
João et al. Iron (III) determination in bioethanol fuel using a smartphone-based device
CN102466639A (zh) 光化学比色传感器阵列用于多种重金属离子检测的方法
Sun et al. A smartphone-based ratiometric fluorescent device for field analysis of soluble copper in river water using carbon quantum dots as luminophore
CN110514643A (zh) 一种电感耦合等离子体发射光谱法测定高纯镁基氧化物中痕量元素的方法
CN110672707A (zh) 一种icp-ms测定地球化学样品中硼砷溴钨的方法
Meeravali et al. Interference free ultra trace determination of Pt, Pd and Au in geological and environmental samples by inductively coupled plasma quadrupole mass spectrometry after a cloud point extraction
Wei et al. Self‐powered all‐optical tactile sensing platform for user‐interactive interface
CN105713602A (zh) 一种荧光铜纳米团簇探针的制备方法和应用
Khoshmaram et al. A simple and rapid technique for the determination of copper based on air-assisted liquid–liquid microextraction and image colorimetric analysis
CN101055252A (zh) 一种铝锭中微量铅的测定方法
CN109187507A (zh) 一种用于检测双酚a的电致化学发光传感器及其制备方法和应用
CN101055253A (zh) 一种铝锭中微量汞的测定方法
KR20190012516A (ko) 리튬 이차 전지의 양극재 내 자성 이물질의 정량 분석방법
CN111638236A (zh) 一种粗硒中硒的定量分析方法
CN113884477B (zh) 一种基于牡丹状金纳米花和荧光信号放大的铅离子检测方法
CN114047169A (zh) 一种基于金属纳米团簇的硫化氢检测方法
CN108287155A (zh) 一种高效检测铜合金中磷含量的方法
CN113533307A (zh) 一种高炉除尘灰中钙、镁、铜、铝、锰、钛、钾、钠、铅、锌元素含量的测定方法
CN112964702A (zh) 基于可视化多色电化学发光技术快速检测沙门氏菌的方法
Wen et al. Cloud-based smartphone-assisted chemiluminescent assay for rapid screening of electroactive bacteria
CN211697503U (zh) 一种配合智能设备使用的便携式水体重金属离子检测装置
JP4543390B2 (ja) サファイア中微量元素の定量方法
CN218212629U (zh) 一种适用于快速检测技术的便携式比色装置
CN109211878A (zh) 等离子体分光分析方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant