CN114460052A - 一种基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法，属于生物检测技术领域，本发明方法包括以下步骤：向丙酮酸钠溶液中加入pH值为11的氢氧化钠溶液，搅拌混合均匀，再向所得混合溶液中加入表面带有水杨醛基团的荧光碳量子点溶液，荧光碳量子点表面的水杨醛基团在碱性环境中与丙酮酸钠发生反应，使荧光碳量子点的荧光增强，荧光强度与丙酮酸钠溶液的浓度之间呈线性相关关系，通过测量荧光碳量子点荧光强度得到待测丙酮酸钠溶液的浓度。本发明提供的荧光法检测丙酮酸钠浓度的方法，使用仪器设备简单、灵敏度高、特异性好，可以准确检测浓度为10～1000μg/mL的丙酮酸钠溶液。

Description

一种基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法
技术领域
本发明属于借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料技术领域，具体涉及一种基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法。
背景技术
动物(如牛、猪等)体外受精(IVF)胚胎已经直接在畜牧业生产和动物遗传品种改良中得到了应用，同时体外受精胚胎也被广泛应用于转基因动物、胚胎干细胞等技术的研究。胚胎质量对IVF的结果至关重要，培养基是胚胎体外发育的直接环境，最近的研究表明，可以通过检测胚胎的培养基成分变化和代谢特征来评估胚胎的质量。
丙酮酸钠(C3H3O3Na)是最常见的丙酮酸盐，可代替葡萄糖作为哺乳动物胚胎发育重要能量底物，且具有更加优异的效果，如可以提高体外受精的猪胚胎的体外发育，还可以提高囊胚形成率和总细胞数；在牛胚胎的体外培养过程中，使用丙酮酸盐代替葡萄糖也可以促进胚胎向囊胚发育。丙酮酸钠有助于维持细胞的无氧糖酵解，增强细胞在缺氧甚至无氧条件下的耐受性，且可以通过清除活性氧自由基抑制炎症介质如核转录因子的激活，在转录水平直接抑制炎症的发生，具有强力的抗炎作用。因此，检测溶液体系中丙酮酸钠的含量在生物检测领域具有重要意义。
目前常见的酮类化合物的检测方法包括酮粉法、氨水法、亚硝基铁氰化钠法、水杨醛法等。酮粉法、氨水法、亚硝基铁氰化钠法基本只适用于定性检测，很难定量测定酮类化合物的含量，水杨醛法虽然实现了酮类化合物的定量检测，但是检测过程中使用的试剂复杂，操作繁琐。
本发明提供一种基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法，具有灵敏度高、准确性好、操作简便的优点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法，能够对溶液体系中生物小分子丙酮酸钠的浓度进行简单、快速、准确地测定。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
提供一种基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法，包括以下步骤：向丙酮酸钠溶液中加入pH值为11的氢氧化钠溶液，搅拌混合均匀，再向所得混合溶液中加入表面带有水杨醛基团的荧光碳量子点溶液，荧光碳量子点表面的水杨醛基团在碱性环境中与丙酮酸钠发生反应，使荧光碳量子点的荧光增强，荧光强度与丙酮酸钠溶液的浓度之间呈线性相关关系，通过测量荧光碳量子点荧光强度得到待测丙酮酸钠溶液的浓度。
优选的是，该方法具体步骤如下：
Ⅰ)将丙酮酸钠溶于超纯水中配置成一系列等体积不同浓度的丙酮酸钠溶液；
Ⅱ)向步骤Ⅰ)配置的每份丙酮酸钠溶液中加入pH值为11的氢氧化钠溶液，每份丙酮酸钠溶液中加入的氢氧化钠溶液体积相同，搅拌混合均匀后，再向每份混合溶液中加入表面带有水杨醛基团的荧光碳量子点的溶液，每份混合溶液中加入的荧光碳量子点的溶液相同，反应60-120分钟，用荧光分光光度计检测反应后各溶液的荧光强度，绘制丙酮酸钠溶液浓度与荧光强度的标准曲线；
Ⅲ)采用步骤Ⅱ)所述方法，按同等比例向待检测溶液中加入pH值为11的氢氧化钠溶液，搅拌混合均匀后再向溶液中加入等比例的表面带有水杨醛基团的荧光碳量子点的溶液，反应相同时间，用荧光分光光度计检测反应后溶液的荧光强度，与步骤Ⅱ)所得标准曲线进行对照，即可测得待检测溶液中丙酮酸钠的浓度。
按上述方案，步骤Ⅰ)所述丙酮酸钠溶液浓度范围为1-1000μg/mL。
优选的是，步骤Ⅰ)所述一系列等体积不同浓度的丙酮酸钠溶液为浓度分别为1μg/mL，10μg/mL，50μg/mL，100μg/mL，300μg/mL，500μg/mL，1000μg/mL的丙酮酸钠溶液。
按上述方案，步骤Ⅱ)向每份丙酮酸钠溶液中加入pH值为11的氢氧化钠溶液，加入的氢氧化钠溶液与丙酮酸钠溶液体积比为90～98：1。
按上述方案，步骤Ⅱ)向每份混合溶液中加入表面带有水杨醛基团的荧光碳量子点的溶液，加入的荧光碳量子点的溶液与丙酮酸钠溶液体积比为1～8：1。
按上述方案，步骤Ⅱ)所述表面带有水杨醛基团的荧光碳量子点溶液，其制备方法具体步骤如下：
1)将水杨醛溶于乙醇与水的混合液中，搅拌至水杨醛完全溶解，将所得混合液转移至水热反应釜中进行水热反应，反应完成后，冷却至室温，将反应液过滤，收集滤液；
2)将步骤1)所得滤液转移到透析袋内置于超纯水中进行透析，除去袋内的透明溶液，收集不溶于水的褐色物质；
3)将步骤2)得到的褐色物质分散于无水乙醇中，得到荧光碳量子点溶液。
按上述方案，步骤1)所述乙醇与水的混合液中乙醇与水的体积比为1：1。
按上述方案，步骤1)所述混合液中水杨醛的体积浓度为5～15％。
按上述方案，步骤1)所述水热反应条件为：120～200℃下反应6～12小时。
按上述方案，步骤1)将反应液过滤为采用0.22μm的滤膜过滤。
按上述方案，步骤2)透析采用截留分子量为3500D的透析袋，透析时间为24～48h。
按上述方案，步骤3)所述无水乙醇与步骤1)所述乙醇与水的混合液体积比为1：1。
本发明将表面带有水杨醛基团的荧光碳量子点加入到不同浓度的丙酮酸钠碱性溶液中，荧光碳量子点表面的水杨醛基团与丙酮酸钠发生反应，使荧光碳量子点的荧光强度增大，丙酮酸钠的浓度与荧光增强程度具有线性关系，根据绘制的丙酮酸钠浓度与荧光强度的标准曲线从而判断待检测溶液中丙酮酸钠浓度。
本发明的有益效果在于：本发明采用表面含有水杨醛基团的荧光碳量子点作为丙酮酸钠检测的探针，基于水杨醛与丙酮酸钠的反应使荧光碳量子点的荧光强度增强，荧光的增强强度与丙酮酸钠的浓度之间呈现线性相关关系，通过荧光碳量子点荧光强度的增强值得到待测丙酮酸钠溶液的浓度。本发明提供的荧光法检测丙酮酸钠浓度的方法，使用仪器设备简单、灵敏度高、特异性好，可以准确检测浓度为10～1000μg/mL的丙酮酸钠溶液。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的荧光碳量子点溶液的透射电子显微镜照片；
图2为实施例1制备的荧光碳量子点的红外光谱图；
图3为实施例1制备的荧光碳量子点溶液体积与荧光强度的关系图；
图4为实施例1溶液荧光强度及荧光发射峰最佳发射波长与所加入的氢氧化钠溶液pH值的关系图；
图5为实施例2反应时间与荧光强度的关系图；
图6为实施例2不同浓度丙酮酸钠溶液反应后所得反应液的荧光光谱图；
图7为实施例2丙酮酸钠浓度与反应后溶液荧光强度的关系图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例所用水杨醛和丙酮酸钠纯度为99％(质量百分含量)。
实施例1
制备荧光碳量子点溶液，具体步骤如下：
将1mL的水杨醛溶于10mL乙醇与水的混合液(乙醇与水的体积比为1：1)中，搅拌混合至溶液澄清透明，将所得混合液转移至100mL的聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，置于180℃的烘箱中反应9h，反应结束后将反应液冷却至室温，通过0.22μm的滤膜过滤，收集滤液，转移至透过分子量为3500D的透析袋内置于超纯水中透析24h，除去透析袋内的澄清溶液，收集不溶于水的褐色物质，将其分散于10mL的无水乙醇中，得到荧光碳量子点溶液。
图1为本实施例制备的荧光碳量子点溶液的透射电子显微镜照片，由图可知溶液中荧光碳量子点呈球形，颗粒分散比较均匀，平均粒径为3.37±0.84nm。
图2为本实施例制备的荧光碳量子点的红外光谱图，3390cm-1附近为羟基的伸缩振动峰，3065cm-1附近为苯环的C-H伸缩振动，2850cm-1和2744cm-1处的吸收峰归属于醛基的C-H伸缩振动产生的吸收峰，1657cm-1处的吸收峰归属于羰基的伸缩振动，1617cm-1，1483cm-1，1452cm-1附近为苯环的骨架振动产生的吸收峰，由以上分析可知，制备的碳量子点表面含有水杨醛基团。
将本实施例制备的不同体积的荧光碳量子点溶液(体积分别为5μL，10μL，15μL，20μL，25μL，30μL)加入到1.3mL无水乙醇中，使用荧光分光光度计检测混合液荧光强度，图3为荧光强度与碳量子点溶液体积的关系图，从图中可以看出，随着碳量子点溶液体积的增加，溶液的荧光强度先增大后减小，加入体积25μL时，荧光强度达到最大值，这是因为随着量子点体积的增加，溶液中量子点能够发射荧光的量子点增加，荧光增强，超过25μL，荧光下降是因为其自身的自猝灭效应。
将25μL本实施例制备的荧光碳量子点溶液加入1mL不同pH值的氢氧化钠溶液(pH值分别为8，9，10，11，12，13，14)中，使用荧光分光光度计检测所得混合液的荧光强度，图4为溶液荧光强度(FL)及荧光发射峰最佳发射波长(Ex)与所加入的氢氧化钠溶液pH值的关系图，从图中可以看出，随着pH值的增大，碳量子点的荧光强度先增大后减小，当pH值为11时，荧光强度最大，最佳发射波长随着pH值的增大先增加后在pH为12时达到稳定，因此本发明选择碳量子点的最佳检测环境为pH值为11时，每毫升氢氧化钠溶液中加入25μL的碳量子点溶液。
实施例2
利用实施例1制备的荧光碳量子点溶液测试丙酮酸钠溶液浓度，具体步骤如下：
1)将丙酮酸钠固体溶于超纯水中，配制一系列浓度分别为1μg/mL，10μg/mL，50μg/mL，100μg/mL，300μg/mL，500μg/mL，1000μg/mL的丙酮酸钠溶液；
2)准确称量0.8g氢氧化钠固体颗粒，溶于少量超纯水中，再倒入20mL的容量瓶中，定容，得到摩尔浓度为1M(mol/L)的氢氧化钠溶液，将1M的氢氧化钠溶液稀释1000倍，得到pH值为11的氢氧化钠溶液；
3)先取不同浓度的丙酮酸钠溶液，每份20μL，每份丙酮酸钠溶液分别与1.93mL步骤2)配制的pH值为11的氢氧化钠溶液搅拌混合10min(混合之后溶液的体积接近2mL，pH值接近11)，每份混合溶液中再加入50μL实施例1制备的荧光碳量子点溶液，反应80min，反应后的溶液用荧光分光光度计依次检测其荧光强度，绘制丙酮酸钠溶液浓度与荧光强度的标准曲线。
将20μL浓度为1000μg/mL的丙酮酸钠溶液与1.93mL步骤2)配制的pH值为11的氢氧化钠溶液搅拌混合10min，再加入50μL实施例1制备的荧光碳量子点溶液，每隔10min用荧光分光光度计检测其荧光强度，图5为反应时间与荧光强度的关系图，由图可知，随着反应时间的增加，溶液的荧光强度变大，当反应进行80min之后，溶液的荧光强度不再增加，说明反应完全。
图6为不同浓度丙酮酸钠溶液反应后所得反应液的荧光光谱图，从图中可以看出随着丙酮酸钠浓度的增加，溶液荧光强度呈现增加的趋势。
图7为本实施例丙酮酸钠浓度与反应后溶液荧光强度的关系图，即标准曲线图。从图中可以看出，10～100μg/mL和100～1000μg/mL的浓度范围内，丙酮酸钠浓度与溶液的荧光强度具有良好的线性关系，其线性关系方程分别为：y＝3499.4+1.5802x，R2＝0.9926(10～100μg/mL浓度范围)和y＝3618.3941+0.3686x，R2＝0.9961(100～1000μg/mL浓度范围)，其中x,y为横纵坐标，R2为拟合之后的线性相关系数。
实际测试中，本实施例方法用于浓度为10～1000μg/mL的丙酮酸钠溶液的检测，检测精度高，可根据需要将待检测丙酮酸钠溶液进行相应稀释进行检测，扩大待测溶液可检测的浓度范围。

Claims (10)

1.一种基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：向丙酮酸钠溶液中加入pH值为11的氢氧化钠溶液，搅拌混合均匀，再向所得混合溶液中加入表面带有水杨醛基团的荧光碳量子点溶液，荧光碳量子点表面的水杨醛基团在碱性环境中与丙酮酸钠发生反应，使荧光碳量子点的荧光增强，荧光强度与丙酮酸钠溶液的浓度之间呈线性相关关系，通过测量荧光碳量子点荧光强度得到待测丙酮酸钠溶液的浓度。
2.根据权利要求1所述的基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
Ⅰ)将丙酮酸钠溶于超纯水中配置成一系列等体积不同浓度的丙酮酸钠溶液；
Ⅱ)向步骤Ⅰ)配置的每份丙酮酸钠溶液中加入pH值为11的氢氧化钠溶液，每份丙酮酸钠溶液中加入的氢氧化钠溶液体积相同，搅拌混合均匀后，再向每份混合溶液中加入表面带有水杨醛基团的荧光碳量子点的溶液，每份混合溶液中加入的荧光碳量子点的溶液相同，反应60-120分钟，用荧光分光光度计检测反应后各溶液的荧光强度，绘制丙酮酸钠溶液浓度与荧光强度的标准曲线；
Ⅲ)采用步骤Ⅱ)所述方法，按同等比例向待检测溶液中加入pH值为11的氢氧化钠溶液，搅拌混合均匀后再向溶液中加入等比例的表面带有水杨醛基团的荧光碳量子点的溶液，反应相同时间，用荧光分光光度计检测反应后溶液的荧光强度，与步骤Ⅱ)所得标准曲线进行对照，即可测得待检测溶液中丙酮酸钠的浓度。
3.根据权利要求2所述的基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法，其特征在于，步骤Ⅰ)所述丙酮酸钠溶液浓度范围为1-1000μg/mL。
4.根据权利要求3所述的基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法，其特征在于，步骤Ⅰ)所述一系列等体积不同浓度的丙酮酸钠溶液为浓度分别为1μg/mL，10μg/mL，50μg/mL，100μg/mL，300μg/mL，500μg/mL，1000μg/mL的丙酮酸钠溶液。
5.根据权利要求2所述的基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法，其特征在于，步骤Ⅱ)向每份丙酮酸钠溶液中加入pH值为11的氢氧化钠溶液，加入的氢氧化钠溶液与丙酮酸钠溶液体积比为90～98：1。
6.根据权利要求2所述的基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法，其特征在于，步骤Ⅱ)向每份混合溶液中加入表面带有水杨醛基团的荧光碳量子点的溶液，加入的荧光碳量子点的溶液与丙酮酸钠溶液体积比为1～8：1。
7.根据权利要求2所述的基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法，其特征在于，步骤Ⅱ)所述表面带有水杨醛基团的荧光碳量子点溶液，其制备方法具体步骤如下：
1)将水杨醛溶于乙醇与水的混合液中，搅拌至水杨醛完全溶解，将所得混合液转移至水热反应釜中进行水热反应，反应完成后，冷却至室温，将反应液过滤，收集滤液；
2)将步骤1)所得滤液转移到透析袋内置于超纯水中进行透析，除去袋内的透明溶液，收集不溶于水的褐色物质；
3)将步骤2)得到的褐色物质分散于无水乙醇中，得到荧光碳量子点溶液。
8.根据权利要求7所述的基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法，其特征在于，步骤1)所述乙醇与水的混合液中乙醇与水的体积比为1：1；步骤1)所述混合液中水杨醛的体积浓度为5～15％；步骤1)所述水热反应条件为：120～200℃下反应6～12小时。
9.根据权利要求7所述的基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法，其特征在于，步骤2)透析采用截留分子量为3500D的透析袋，透析时间为24～48h。
10.根据权利要求7所述的基于荧光碳量子点直接检测丙酮酸钠浓度的方法，其特征在于，步骤3)所述无水乙醇与步骤1)所述乙醇与水的混合液体积比为1：1。
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