CN115368619B - 一种分子印迹荧光传感器及其制备与应用 - Google Patents

一种分子印迹荧光传感器及其制备与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及农药检测技术领域，尤其是涉及一种分子印迹荧光传感器及其制备与应用，该分子印迹荧光传感器不仅具有优异的光学特性，还具有分子印迹聚合物的高选择性。其制备方法如下：首先以镧系金属铕作为发光金属，室温下合成高发光三维多孔框架材料Eu(ICA)；然后以噻虫胺为模板分子、(氨基乙基氨基甲基)苯乙基三甲氧基硅烷为功能单体、正硅酸正乙酯为交联剂、十六烷基溴化铵为致孔剂，在Eu(ICA)表面通过一步印迹法获得分子印迹荧光传感器。本发明的分子印迹荧光传感器合成简便、分散性好，对噻虫胺具有特异性荧光响应，检测时间为10min，检测限为0.01mg/mL，可以用于噻虫胺的高灵敏快速检测。

Description

一种分子印迹荧光传感器及其制备与应用
技术领域
本发明涉及农药检测技术领域，尤其是涉及一种分子印迹荧光传感器及其制备与应用。
背景技术
噻虫胺是一种新烟碱类杀虫剂，其作用与烟碱乙酰胆碱受体类似。由于其具有高效、低毒、杀虫谱广、用量低、内吸传导性好、与常规农药无交互抗性等化学生物特性，常被用来替代有机磷、有机氯等常规高毒农药使用于蔬菜等农产品中。目前对噻虫胺检测的标准方法大多依赖色谱、色质联用等大型仪器，对检测样品前处理要求较高，无法满足快速检测市场的需求，因此亟需开发适用于现场的新烟碱类农药残留快速检测技术。
分子印迹聚合物由于具有结构预定性、特异性识别能力、对环境的耐受性强及易大规模制备等优点，已成为重要的识别材料。铕掺杂的三维多孔框架(Eu(ICA))材料充分结合了有机框架独特的多孔结构和镧系金属离子发射带清晰、发光寿命长、斯托克斯位移大、颜色纯度高和耐光漂白等优点，是一类非常有前途的检测材料。将分子印迹技术与铕掺杂的有机框架技术相结合，制备得到的复合材料不仅具备独特的光学特性，还具有分子印迹聚合物的高选择性，能特异性的从样品基质中吸附目标分析物，并迅速将其转换为高稳定性和灵敏性的响应信号。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种分子印迹荧光传感器及其制备与应用。该分子印迹荧光传感器不仅具有优异的光学特性，还具有分子印迹聚合物的高选择性。其制备方法如下：首先以镧系金属铕作为发光金属，室温下合成高发光有机框架材料Eu(ICA)；然后以噻虫胺为模板分子、(氨基乙基氨基甲基)苯乙基三甲氧基硅烷为功能单体、正硅酸正乙酯为交联剂、十六烷基溴化铵为致孔剂，在Eu(ICA)表面通过一步印迹法获得分子印迹荧光传感器。本发明的分子印迹荧光传感器合成简便、分散性好，对噻虫胺具有特异性荧光响应，检测时间为10min，检测限为0.01mg/mL，可以用于噻虫胺的高灵敏快速检测。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的第一个目的是提供一种分子印迹荧光传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)合成荧光材料Eu(ICA)；
(2)以噻虫胺为模板分子、(氨基乙基氨基甲基)苯乙基三甲氧基硅烷为功能单体、正硅酸正乙酯为交联剂、十六烷基溴化铵为致孔剂，在Eu(ICA)表面通过一步法印迹得到前体物，后处理得到分子印迹荧光传感器：Eu(ICA)-MIP。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，荧光材料Eu(ICA)的合成方法具体如下：
将硝酸铕、乙酸钠溶解后与4,5-咪唑二甲酸反应，反应后后处理得到荧光材料Eu(ICA)。
在本发明的一个实施方式中，硝酸铕、乙酸钠和4,5-咪唑二甲酸的用量比为1mmol：1-3mmol：1-3mmol。
在本发明的一个实施方式中，反应过程中，反应温度为16-35℃，反应时间为2-4h。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述后处理为依次用水和乙醇清洗三次，置于真空干燥箱中60℃烘干，置于4℃保存。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，Eu(ICA)、噻虫胺、(氨基乙基氨基甲基)苯乙基三甲氧基硅烷、正硅酸正乙酯和十六烷基溴化铵的用量比为5-20mg：0.06mmol：0.12-0.48mmol：50-200μL：0.2mmol。
在本发明的一个实施方式中，反应过程避光进行。
在本发明的一个实施方式中，反应过程中，反应温度为16-35℃，反应时间为8-24h。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述后处理为离心除去上清液，用乙腈的乙醇溶液清洗，直至上清液紫外检测不到模板分子，烘干得到分子印迹荧光传感器：Eu(ICA)-MIP。
本发明的第二个目的是提供一种通过上述方法制备得到的分子印迹荧光传感器。
本发明的第三个目的是提供一种分子印迹荧光传感器在噻虫胺农药检测中的应用，包括以下步骤：
(1)将分子印迹荧光传感器分散后与浓度梯度噻虫胺溶液混合，避光震荡反应，得到浓度梯度反应溶液；
(2)268nm激发下浓度梯度反应溶液，记录616nm处荧光强度，绘制标准曲线；
(3)将分子印迹荧光传感器分散后与待测溶液混合，根据标准曲线计算得到噻虫胺的浓度。
在本发明的一个实施方式中，所述分子印迹荧光传感器分散于超纯水中得到分子印迹荧光传感器溶液，分子印迹荧光探传感器与超纯水的用量比为10mg：100mL。
在本发明的一个实施方式中，分子印迹荧光传感器溶液与噻虫胺溶液的体积比为1：1。
在本发明的一个实施方式中，利用分子印迹荧光传感器检测噻虫胺农药时，检测时间为10min，检测限为0.01mg/mL。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所制备的分子印迹荧光传感器(Eu(ICA)-MIP)与传统的制备方法相比较，采用一步法直接在Eu(ICA)表面印迹，制备工艺简单，成本低廉，检测快速稳定，为噻虫胺的快速检测提供了一种可靠的分析手段。
附图说明
图1是本发明的分子印迹荧光传感器(Eu(ICA)-MIP)的制备原理图。
图2是实施例3制备得到的分子印迹荧光传感器(Eu(ICA)-MIP)的荧光响应光谱图。
具体实施方式
本发明提供一种分子印迹荧光传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)合成荧光材料Eu(ICA)；
(2)以噻虫胺为模板分子、(氨基乙基氨基甲基)苯乙基三甲氧基硅烷为功能单体、正硅酸正乙酯为交联剂、十六烷基溴化铵为致孔剂，在Eu(ICA)表面通过一步法印迹得到前体物，后处理得到分子印迹荧光传感器：Eu(ICA)-MIP。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，荧光材料Eu(ICA)的合成方法具体如下：
将硝酸铕、乙酸钠溶解后与4,5-咪唑二甲酸反应，反应后后处理得到荧光材料Eu(ICA)。
在本发明的一个实施方式中，硝酸铕、乙酸钠和4,5-咪唑二甲酸的用量比为1mmol：1-3mmol：1-3mmol。
在本发明的一个实施方式中，反应过程中，反应温度为16-35℃，反应时间为2-4h。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述后处理为依次用水和乙醇清洗三次，置于真空干燥箱中60℃烘干，置于4℃保存。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，Eu(ICA)、噻虫胺、(氨基乙基氨基甲基)苯乙基三甲氧基硅烷、正硅酸正乙酯和十六烷基溴化铵的用量比为5-20mg：0.06mmol：0.12-0.48mmol：50-200μL：0.2mmol。
在本发明的一个实施方式中，反应过程避光进行。
在本发明的一个实施方式中，反应过程中，反应温度为16-35℃，反应时间为8-24h。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述后处理为离心除去上清液，用乙腈的乙醇溶液清洗，直至上清液紫外检测不到模板分子，烘干得到分子印迹荧光传感器：Eu(ICA)-MIP。
本发明提供一种通过上述方法制备得到的分子印迹荧光传感器。
本发明提供一种分子印迹荧光传感器在噻虫胺农药检测中的应用，包括以下步骤：
(1)将分子印迹荧光传感器分散后与浓度梯度噻虫胺溶液混合，避光震荡反应，得到浓度梯度反应溶液；
(2)268nm激发下浓度梯度反应溶液，记录616nm处荧光强度，绘制标准曲线；
(3)将分子印迹荧光传感器分散后与待测溶液混合，根据标准曲线计算得到噻虫胺的浓度。
在本发明的一个实施方式中，所述分子印迹荧光传感器分散于超纯水中得到分子印迹荧光传感器溶液，分子印迹荧光探传感器与超纯水的用量比为10mg：100mL。
在本发明的一个实施方式中，分子印迹荧光传感器溶液与噻虫胺溶液的体积比为1：1。
在本发明的一个实施方式中，利用分子印迹荧光传感器检测噻虫胺农药时，检测时间为10min，检测限为0.01mg/mL。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
下述实施例中，所用试剂若无特殊说明均为市售试剂，所用检测手段及方法若无特殊说明均为本领域常规检测手段及方法。
实施例1
本实施例提供一种分子印迹荧光传感器(Eu(ICA)-MIP)及其制备方法。
步骤1：Eu(ICA)的制备：将0.3mmol硝酸铕和0.3mmol乙酸钠溶解于15mL超纯水中，再加入0.6mmol4,5-咪唑二甲酸和15mL乙醇，室温下搅拌反应2小时，依次用水和乙醇清洗三次，置于真空干燥箱中60℃烘干，置于4℃保存；
步骤2：分子印迹荧光传感器(Eu(ICA)-MIP)的制备：称取5mg步骤1中制备的Eu(ICA)材料分散于20mL水和7.5mL乙醇的混合溶液中，加入15mg噻虫胺和26.5μL PhTMOS(99％)的混合溶液反应20min，依次加入50μL TEOS、100μL0.2mol/L的氢氧化钠溶液、1mL0.2mol/L的CTAB溶液，避光反应8h；反应结束后离心除去上清液，用20％(v/v)乙腈的乙醇溶液反复超声清洗，直至上清液紫外检测不到模板分子，置于真空干燥箱中60℃烘干，得到分子印迹荧光传感器：Eu(ICA)-MIP。
实施例2
本实施例提供一种分子印迹荧光传感器(Eu(ICA)-MIP)及其制备方法。
步骤1：Eu(ICA)的制备：将0.3mmol硝酸铕和0.6mmol乙酸钠溶解于15mL超纯水中，再加入0.9mmol4,5-咪唑二甲酸和15mL乙醇，室温下搅拌反应3小时，依次用水和乙醇清洗三次，置于真空干燥箱中60℃烘干，置于4℃保存；
步骤2：分子印迹荧光传感器(Eu(ICA)-MIP)的制备：称取15mg步骤1中制备的Eu(ICA)材料分散于20mL水和7.5mL乙醇的混合溶液中，加入15mg噻虫胺和80μL PhTMOS(99％)的混合溶液反应20min，依次加入50μL TEOS、100μL0.2mol/L的氢氧化钠溶液、1mL0.2mol/L的CTAB溶液，避光反应10h；反应结束后离心除去上清液，用20％(v/v)乙腈的乙醇溶液反复超声清洗，直至上清液紫外检测不到模板分子，置于真空干燥箱中60℃烘干，得到分子印迹荧光传感器：Eu(ICA)-MIP。
实施例3
本实施例提供一种分子印迹荧光传感器(Eu(ICA)-MIP)及其制备方法。
步骤1：Eu(ICA)的制备：将0.3mmol硝酸铕和0.9mmol乙酸钠溶解于15mL超纯水中，再加入0.3mmol4,5-咪唑二甲酸和15mL乙醇，室温下搅拌反应3小时，依次用水和乙醇清洗三次，置于真空干燥箱中60℃烘干，置于4℃保存；
步骤2：分子印迹荧光传感器(Eu(ICA)-MIP)的制备：称取15mg步骤1中制备的Eu(ICA)材料分散于20mL水和7.5mL乙醇的混合溶液中，加入15mg噻虫胺和80μL PhTMOS(99％)的混合溶液反应20min，依次加入50μL TEOS、100μL0.2mol/L的氢氧化钠溶液、1mL0.2mol/L的CTAB溶液，避光反应10h；反应结束后离心除去上清液，用20％(v/v)乙腈的乙醇溶液反复超声清洗，直至上清液紫外检测不到模板分子，置于真空干燥箱中60℃烘干，得到分子印迹荧光传感器：Eu(ICA)-MIP。
实施例4
本实施例提供一种分子印迹荧光传感器(Eu(ICA)-MIP)的荧光光谱测试实验。
取实施例3制备得到的分子印迹荧光传感器：Eu(ICA)-MIP进行如下荧光光谱测试实验。
步骤1：将10mg分子印迹荧光传感器Eu(ICA)-MIP分散于100mL超纯水中。取400μLEu(ICA)-MIP溶液与400μL噻虫胺溶液混合，避光震荡反应10min。噻虫胺的浓度分别为0ppm、0.01ppm、0.1ppm、1ppm、10ppm。
步骤2：采用荧光分光光度计测量荧光光谱，荧光仪狭缝宽度为10nm，在268nm激发下，所得聚合物具有优秀的荧光特性，在616nm处记录荧光强度。
图2是实施例3制备得到的分子印迹荧光传感器：Eu(ICA)-MIP对不同浓度噻虫胺检测的荧光响应结果图，其检测限为0.01mg/mL。其中，图中F0和F为Eu(ICA)-MIP溶液分别与超纯水和噻虫胺溶液混合后的荧光强度。
将10mg分子印迹荧光传感器Eu(ICA)-MIP分散于100mL超纯水中。取400μLEu(ICA)-MIP溶液分别与400μL0.05 ppm噻虫胺溶液和400μL超纯水混合，避光震荡反应10min；采用荧光分光光度计测量荧光光谱，荧光仪狭缝宽度为10nm，在268nm激发下，616nm处记录荧光强度，计算F0/F的值为1.184，代入标准曲线得到噻虫胺浓度为0.054ppm；两者的标准差为0.002。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种分子印迹荧光传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）合成荧光材料Eu(ICA)；
（2）以噻虫胺为模板分子、(氨基乙基氨基甲基)苯乙基三甲氧基硅烷为功能单体、正硅酸正乙酯为交联剂、十六烷基溴化铵为致孔剂，在Eu(ICA) 表面通过一步法印迹得到前体物，后处理得到分子印迹荧光传感器：Eu(ICA)-MIP；
其中， 步骤（1）中，Eu(ICA)为高发光有机框架材料， Eu(ICA) 的合成方法具体如下：
将硝酸铕、乙酸钠溶解后与4,5-咪唑二甲酸反应，反应后后处理得到荧光材料Eu(ICA)：
步骤（2）避光进行，一步法印迹反应过程中，反应温度为16-35℃，反应时间为8-24h。
2. 根据权利要求1所述的一种分子印迹荧光传感器的制备方法，其特征在于，硝酸铕、乙酸钠和4,5-咪唑二甲酸的用量比为1mmol：1-3 mmol：1-3 mmol。
3.根据权利要求2所述的一种分子印迹荧光传感器的制备方法，其特征在于，反应过程中，反应温度为16-35℃，反应时间为2-4h。
4. 根据权利要求1所述的一种分子印迹荧光传感器的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，Eu(ICA)、噻虫胺、(氨基乙基氨基甲基)苯乙基三甲氧基硅烷、正硅酸正乙酯和十六烷基溴化铵的用量比为5-20 mg：0.06 mmol：0.12-0.48 mmol：50-200 μL：0.2 mmol。
5. 根据权利要求1所述的一种分子印迹荧光传感器的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述后处理为离心除去上清液，用乙腈的乙醇溶液清洗，直至上清液紫外检测不到模板分子，烘干得到分子印迹荧光传感器： Eu(ICA)-MIP。
6.一种通过权利要求1-5任一所述方法制备得到的分子印迹荧光传感器。
7.一种如权利要求6所述的分子印迹荧光传感器在噻虫胺农药检测中的应用，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将分子印迹荧光传感器分散后与浓度梯度噻虫胺溶液混合，避光震荡反应，得到浓度梯度反应溶液；
（2）268 nm激发下浓度梯度反应溶液，记录616 nm处荧光强度，绘制标准曲线；
（3）将分子印迹荧光传感器分散后与待测溶液混合，根据标准曲线计算得到噻虫胺的浓度。
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