CN115931749A - 一种钼基金属有机骨架用于检测阿特拉津含量的方法及试剂盒 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钼基金属有机骨架用于检测阿特拉津含量的方法及试剂盒。该方法利用钼基金属有机骨架的亚硫酸盐模拟酶特性，催化亚硫酸根氧化成硫酸根，在催化过程中以K3[Fe(CN)6]为电子受体和指示剂观察亚硫酸根氧化情况，通过可见光光度法实现对水体中阿特拉津的定量检测。该方法对水中阿特拉津的定量检测的线性范围为0.1‑0.8μg/L，检出限为0.016μg/L，不仅提高了阿特拉津的检测灵敏度，而且避免了类似阿特拉津吸光度值的物质的干扰，适用于大规模的水质实地检测工作。而且，本发明提供的试剂盒，具有操作简便，检测灵敏且成本低廉的优势，完全满足相关部门对水质在线监测和管控工作的需求。
Description
技术领域
本发明属于环境分析检测技术领域，具体涉及一种钼基金属有机骨架用于检测阿特拉津含量的方法及试剂盒。
背景技术
阿特拉津(2-氯-4-乙基氨基-6-异丙基氨基三嗪)是一种成本低、效果好的除草剂，中国自1980年开始广泛使用阿特拉津。阿特拉津在弱酸、弱碱及中性条件下性质稳定不易分解，所以易于在生物体内蓄积，另一方面阿特拉津改变了土壤生物群落结构与组成，进而影响其对阿特拉津的生物降解。已有研究显示阿特拉津在土壤中浓度高达1.86-1100mg/kg，超过了安全阈值(1.0mg/kg)。由于阿特拉津迁移性强，会从土壤中进入地表水和地下水，危害水体生态安全。长期接触阿特拉津会影响动物体的中枢神经内分泌和免疫系统，危害动物和人体健康。
目前，阿特拉津的检测方法主要是仪器检测，如气相色谱法、液相色谱法、气相色谱-质谱法、液相色谱-质谱法等。然而上述方法通常需要用到大型检测设备，且预处理耗时、繁琐，成本高昂，阻碍了其现场和实际应用。
荧光检测方法可有效用于环境和生命等领域目标分析物的实时监测和可视化分析，具有准确度高，灵敏度好，选择性强，响应时间短等优点。金属-有机框架材料合成条件简单，结构多样，具有可调谐的荧光发射和稳定的孔道结构，是构建荧光传感平台的理想材料。可以直接作为灵敏的荧光探针用于目标分析物的检测，还可作为载体用于负载其它新型多功能纳米材料(如纳米酶)，弥补单一材料的不足，进一步拓展了MOFs在分析传感中的应用。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供了一种钼基金属有机骨架用于检测阿特拉津含量的方法及试剂盒。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
本发明的第一目的提供一种钼基金属有机骨架用于检测阿特拉津含量的方法，检测方法包括以下具体步骤：
步骤S1，制备溶液
空白溶液：去离子水；
标准曲线溶液：用所述空白溶液做稀释剂，制备不同浓度的阿特拉津标准曲线溶液；
样品溶液：取待测样品，离心后加热，冷却至室温，得到的冷却液作为所述样品溶液；
MoOx@MOF溶液：称取MoOx@MOF材料，用空白溶液溶解，得到MoOx@MOF溶液；
所述MoOx@MOF材料的制备过程为：分别将钼酸铵溶解于水中得钼酸铵溶液，聚乙二醇溶解于乙醇中得聚乙二醇溶液，将所述钼酸铵溶液和所述聚乙二醇溶液混合后调节pH，得混合溶液，待混合溶液进行水热反应后，得到蓝色沉淀物，将蓝色沉淀物洗涤并干燥得到MoOx；按预设质量比分别称取咪唑和MoOx，加入至冷凝管中，添加超纯水后冷凝回流，最后用去离子水洗涤，干燥即得得到具有亚硫酸盐氧化酶活性的MoOx@MOF；
亚硫酸盐溶液：称取亚硫酸盐，用空白溶液溶解，得到亚硫酸盐溶液；
K3[Fe(CN)6]溶液：称取K3[Fe(CN)6]，用空白溶液溶解，得到K3[Fe(CN)6]溶液；
步骤S2，样品前处理
向所述空白溶液、样品溶液和所有不同浓度的所述阿特拉津标准曲线溶液中分别通入惰性气体赶走氧气，然后加入亚硫酸盐溶液在紫外光照射下搅拌，分别得到对照溶液、供试品溶液和不同浓度的工作标准曲线溶液；
步骤S3，绘制标准曲线
按以下步骤绘制标准曲线：
(a)分别取预设体积的所述各工作标准曲线溶液，置于不同试管中；
(b)以工作标准曲线溶液体积为参照，各加入一定体积的K3[Fe(CN)6]溶液，混匀；
(c)以工作标准曲线溶液体积为参照，各加入一定体积的MoOx@MOF溶液，混匀，放置一定时间使显色稳定；
(d)在波长420nm±2nm，用1cm比色皿，以对照溶液做参比溶液调零，测定吸光值；
(e)以吸光值为纵坐标，所述工作标准曲线溶液中的阿特拉津浓度(mg/L)为横坐标，绘制标准曲线，经拟合得到标准曲线方程；
步骤S4，样品测定
参照工作标准曲线溶液，移取同等体积的供试品溶液，置于比色管中；按照步骤S3中(b)～(d)步骤测定供试品溶液的吸光度；
步骤S5，计算含量
将测得的供试品溶液的吸光度值，用标准曲线方程计算得到样品溶液中的阿特拉津浓度。
进一步的，步骤S1中，所述MoOx@MOF材料的制备过程具体为：将浓度为0.5～10mM的钼酸铵溶液与浓度为5～20g/L的聚乙二醇溶液，按体积比为(2～3)：1混合，用盐酸调pH至1～4，得混合溶液，然后在温度为160℃～180℃条件下进行水热反应，反应时间24h～36h后，得到蓝色沉淀物，将蓝色沉淀物洗涤并干燥得到MoOx；按预设质量比1：(1～4)分别称取咪唑和MoOx，加入至冷凝管中，添加超纯水后冷凝回流，最后用去离子水洗涤，干燥即得得到具有亚硫酸盐氧化酶活性的MoOx@MO材料。
进一步的，步骤S1中，步骤S1中，所述亚硫酸盐溶液的浓度为0.25～1.5mM；所述亚硫酸盐为亚硫酸钠或者亚硫酸钾。
进一步的，步骤S1中，步骤S1中，所述K3[Fe(CN)6]溶液的浓度为0.1～0.6mM。
进一步的，步骤S2中，步骤S2中，所述惰性气体为氮气，以所述阿特拉津标准曲线溶液为参照，加入体积比为1000:1的亚硫酸盐溶液，紫外光照射下搅拌40min～50min。
进一步的，步骤S3中，所述工作标准曲线溶液的加入体积与所述K3[Fe(CN)6]溶液的加入体积比为(120～125):1。
进一步的，步骤S3中，所述工作标准曲线溶液的加入体积与所述MoOx@MOF溶液的加入体积比为(120～125):1，显色时间10～15min。
进一步的，步骤S1中，所述标准曲线溶液中阿特拉津的浓度范围为0.1～0.8μg/L。
本发明的第二目的是提供一种检测阿特拉津含量的试剂盒，所述试剂盒包括上述的MoOx@MOF溶液和K3[Fe(CN)6]溶液。
本发明的试剂盒中，上述MoOx@MOF溶液和K3[Fe(CN)6]溶液例如可以分别收纳在分开的容器中，也可以混合或未混合地收纳在同一容器中。在后者的情况下，本发明的分析试剂盒例如也可以称为分析试剂。
本发明的试剂盒还可以进一步包含其他构成要素。上述构成要素可以列举例如上述阿特拉津标准曲线溶液、亚硫酸溶液等试剂、使用说明书等。上述试剂例如可以与上述MoOx@MOF溶液和K3[Fe(CN)6]溶液收纳在分开的容器中。
与现有技术比较，本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
(1)本发明提供的一种钼基金属有机骨架用于检测阿特拉津含量的方法，利用钼基金属有机骨架的亚硫酸盐模拟酶特性，催化亚硫酸根氧化成硫酸根，在催化过程中以K3[Fe(CN)6]为电子受体和指示剂观察亚硫酸根氧化情况，通过可见光光度法实现对水体中阿特拉津的检测。相较于传统的阿特拉津分析方法，本发明提供了一个快捷、简单、易实现在线检测的阿特拉津分析方法，适用于大规模的水质实地检测工作；
(2)本发明的提供的具有亚硫酸盐氧化酶活性的MoOx@MOF材料可以实现对水中阿特拉津的定量检测，其检测的线性范围为0.1-0.8μg/L，检出限为0.016μg/L。该方法不仅提高了阿特拉津的检测灵敏度，而且避免了类似阿特拉津吸光度值的物质的干扰；
(3)本发明的检测阿特拉津含量的试剂盒，包含MoOx@MOF溶液和K3[Fe(CN)6]溶液，相对于现有的阿特拉津检测技术，该试剂盒具有操作简便，检测灵敏且成本低廉的优势，完全满足相关部门对水质在线监测和管控工作的需求。
附图说明
图1为MoOx及MoOx@MOF材料的XRD叠加图；
图2为MoOx@MOF材料的傅里叶红外光谱图；
图3a为MoOx分散在条状聚乙醇-4000中的扫描电镜SEM图；
图3b为MoOx@MOF材料的扫描电镜SEM图；
图4为采用MoOx@MOF材料测定阿特拉津浓度的线性关系图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例和附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
MoOx@MOF材料的制备
将钼酸铵(0.07mmol)溶解在20mL超纯水中，并剧烈搅拌。同时，将0.1gPEG-4000溶解于10mL乙醇中。混合后，将pH调至1.2，并转移到50mL聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中。在160℃反应24h后，高压釜自然冷却至室温。收集蓝色沉淀物并用去离子水洗涤三次，然后在60℃的烘箱中干燥以获得MoOx。向140mgMoOx和80mg咪唑中添加10mL超纯水，在室温下搅拌，冷凝和回流12h。然后用去离子水洗涤3次，并干燥即得到MoOx@MOF材料。
如图1所示，为本实施例所制备的MoOx@MOF材料的XRD图。发现MoOx@MOF保留了MoOx的特征峰，证明MoOx存在于MoOx@MOF中。
如图2所示，为本实施例所制备的MoOx@MOF材料的红外光谱图。可明显看到在1568cm-1和1108cm-1处可看见咪唑骨架和咪唑环的不对称和对称拉伸振动峰。
如图3a所示，为MoOx分散在条状聚乙醇-4000中的SEM图。
如图3b所示，为本实施例所制备的MoOx@MOF材料的SEM图。显示MoOx@MOF是一个200nm的小球，与MoOx的分散在条状聚乙醇-4000的颗粒状形貌完全不同。
实施例2
将钼酸铵(0.5mmol)溶解在20mL超纯水中，并剧烈搅拌。同时，将0.6gPEG-4000溶解于10mL乙醇中。混合后，将pH调至4.0，并转移到50mL聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中。在180℃反应36h后，高压釜自然冷却至室温。收集蓝色沉淀物并用去离子水洗涤三次，然后在60℃的烘箱中干燥以获得MoOx。向200mgMoOx和100mg咪唑中添加10mL超纯水，在室温下搅拌，冷凝和回流12h。然后用去离子水洗涤3次，并干燥即得到MoOx@MOF材料。
下面以实施例1制备得到的MoOx@MOF材料为例来实施水体中阿特拉津的定量检测。
实施例3
一种钼基金属有机骨架用于检测阿特拉津含量的方法，具体包括以下步骤：
步骤S1，制备溶液
空白溶液：去离子水；
标准曲线溶液：分别准确吸取0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.6、0.8、1.0mL阿特拉津标准使用液(250μg/L)于不同的容量瓶中，用去离子水稀释定容至250mL，制成阿特拉津浓度为0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.6、0.8、1.0μg/L的标准曲线溶液；
样品溶液：取待测样品，离心后加热，冷却至室温，得到的冷却液作为样品溶液；
亚硫酸盐溶液：称取亚硫酸钠适量，用空白溶液溶解，得到浓度为0.5mM的亚硫酸钠溶液；
K3[Fe(CN)6]溶液：称取K3[Fe(CN)6]适量，用空白溶液溶解，得到浓度为0.3mM的K3[Fe(CN)6]溶液；
MoOx@MOF溶液：称取实施例1制备的MoOx@MOF材料，用空白溶液溶解，得到浓度为20μg/mL的MoOx@MOF溶液；
步骤S2，样品前处理
取步骤S1制备的空白溶液、样品溶液和所有不同浓度的所述阿特拉津标准曲线溶液各100mL，分别加入三口烧瓶中，向三口烧瓶通入氮气30min后，然后快速加入100μL0.5mM的亚硫酸钠溶液，在紫外光照射下搅拌40min，分别得到对照溶液、供试品溶液和不同浓度的工作标准曲线溶液；
步骤S3，绘制标准曲线
(a)取不同阿特拉津浓度的所述工作标准曲线溶液各2.5mL，分别置于不同的比色管中，置于不同试管中；
(b)各加入20μL0.3mM的K3[Fe(CN)6]溶液，混匀；
(c)各加入20μL20μg/mL的MoOx@MOF溶液，混匀，放置10min使显色稳定；
(d)在波长420nm±2nm，用1cm比色皿，以对照溶液做参比溶液调零，测定吸光值；
(e)以吸光值为纵坐标，所述工作标准曲线溶液中的阿特拉津浓度为横坐标，绘制标准曲线，经拟合得到标准曲线方程；
步骤S4，样品测定
取2.5mL供试品溶液，置于比色管中；按照步骤S3中(b)～(d)步骤测定供试品溶液的吸光度；
步骤S5，计算含量
将测得的供试品溶液的吸光度值，用标准曲线方程计算得到样品溶液中的阿特拉津浓度。
如图4所示，绘制水中阿特拉津标准曲线，阿特拉津标准曲线方程为y＝-0.0941x+0.2281，R＝-0.9967，由3倍信噪比结果计算得该方法的阿特拉津检出限为0.016μg/L，线性范围为0.1～0.8μg/L。
为了更好阐述本发明的方法特异性好，灵敏度高和准确度高，能够对水体中的阿特拉津进行准确定量分析，本申请人进行了如下研究：
(1)特异性试验
为了探究本发明的方法特异性，选用常见的5种农药作为选择性与竞争性靶标，如乐果、敌杀死、百草枯、乙草胺、2，4-D-丁酯。
选择性实验具体操作步骤如下：向样品管中加入100mL的2ppb靶标溶液溶液，通氮气30min后快速加入100μL 0.5mM亚硫酸钠溶液，在紫外灯照射下搅拌40min，取出溶液2.5mL，加入20μL 0.3mM K3[Fe(CN)6]和20μL 20μg/mL MoO x@MOF溶液，放入紫外分光光度计中，10min后记录位于420nm处的10吸光度，并计算ΔA，即在420nm处样品溶液吸光度与空白样品吸光度差值。空白对照中靶标溶液用100mL去离子水代替。
竞争性实验具体操作步骤如下：向样品管中加入50mL 4ppb靶标溶液和50mL 4ppb阿特拉津溶液，通氮气30min后快速加入100μL亚硫酸钠溶液后，紫外灯照射下搅拌40min，取出溶液2.5mL，加入20μL K3[Fe(CN)6]和20μLMoO x@MOF溶液，放入紫外分光光度计中，在10min后记录位于420nm处的吸光度，并计算ΔA，即在420nm处样品溶液吸光度与空白样品吸光度差值。空白对照中靶标溶液和阿特拉津溶液用100mL去离子水代替。
选择性和竞争性实验以空白对照组的吸光度值为100％计，结果显示向体系中加入常见的农药如乐果、敌杀死、百草枯、乙草胺、2，4-D-丁酯并未对吸光度值产生较大影响，各实验组的吸光度值均在94～103％之间，显示MoOx@MOF对于检测阿特拉津具有一定的特异性和抗干扰能力。
(2)准确度试验(回收率试验)
取实验室的自来水及当地的湖水作为待测水样，采用标准加入法向待测水样中加入阿特拉津标准溶液，并配制成不同浓度的含阿特拉津待测水样。将100mL水样通入氮气30分钟，快速加入100μL亚硫酸钠溶液后，在紫外灯下搅拌40分钟，取2.5毫升样品并加入加入20μL 0.3mM K3[Fe(CN)6]和20μL 20μg/mL MoO x@MOF溶液，利用紫外可见分光光度计测量420nm处吸光度值，根据阿特拉津检测标准曲线计算水样中阿特拉津的含量。重复5次，并计算与空白样品吸光度差值ΔA，代入标准曲线，计算砷离子的浓度。
结果如表1所示，所测样品的回收率在93.9％～103.9％之间，验证了本发明的方法准确度好。
表1.加标回收率测定结果
回收率(％)＝(加标样品阿特拉津含量-本底样品阿特拉津含量)/加标量×100％
综上所述，本发明所提供的方法灵敏度高，特异性好，准确度高且方法变异系数小，能可靠的用于水中阿特拉津的含量测定，阿特拉津的检出限达到0.016μg/L，线性范围0.1-0.8μg/L。样品制备简单，检测设备为常见的紫外分光光度计，检测成本低，可广泛应用在不同领域的水体样品中阿特拉津含量的测定。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
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 (10)
1.一种钼基金属有机骨架用于检测阿特拉津含量的方法，其特征在于，检测方法包括以下具体步骤：
S1、制备溶液
空白溶液：去离子水；
标准曲线溶液：用所述空白溶液做稀释剂，制备不同浓度的阿特拉津标准曲线溶液；
样品溶液：取待测样品，离心后加热，冷却至室温，得到的冷却液作为所述样品溶液；
MoOx@MOF溶液：称取MoOx@MOF材料，用空白溶液溶解，得到MoOx@MOF溶液；
所述MoOx@MOF材料的制备过程为：分别将钼酸铵溶解于水中得钼酸铵溶液，聚乙二醇溶解于乙醇中得聚乙二醇溶液，将所述钼酸铵溶液和所述聚乙二醇溶液混合后调节pH，得混合溶液，待混合溶液进行水热反应后，得到蓝色沉淀物，将蓝色沉淀物洗涤并干燥得到MoOx；按预设质量比分别称取咪唑和MoOx，加入至冷凝管中，添加超纯水后冷凝回流，最后用去离子水洗涤，干燥即得得到具有亚硫酸盐氧化酶活性的MoOx@MOF；
亚硫酸盐溶液：称取亚硫酸盐，用空白溶液溶解，得到亚硫酸盐溶液；
K3[Fe(CN)6]溶液：称取K3[Fe(CN)6]，用空白溶液溶解，得到K3[Fe(CN)6]溶液；
S2、样品前处理
向所述空白溶液、样品溶液和所有不同浓度的所述阿特拉津标准曲线溶液中分别通入惰性气体赶走氧气，然后加入亚硫酸盐溶液在紫外光照射下搅拌，分别得到对照溶液、供试品溶液和不同浓度的工作标准曲线溶液；
S3、绘制标准曲线
按以下步骤绘制标准曲线：
(a)分别取预设体积的所述各工作标准曲线溶液，置于不同试管中；
(b)以工作标准曲线溶液体积为参照，各加入一定体积的K3[Fe(CN)6]溶液，混匀；
(c)以工作标准曲线溶液体积为参照，各加入一定体积的MoOx@MOF溶液，混匀，放置一定时间使显色稳定；
(d)在波长420nm±2nm，用1cm比色皿，以对照溶液做参比溶液调零，测定吸光值；
(e)以吸光值为纵坐标，所述工作标准曲线溶液中的阿特拉津浓度为横坐标，绘制标准曲线，经拟合得到标准曲线方程；
S4、样品测定
参照工作标准曲线溶液，移取同等体积的供试品溶液，置于比色管中；按照步骤S3中(b)～(d)步骤测定供试品溶液的吸光度；
S5、计算含量
将测得的供试品溶液的吸光度值，用标准曲线方程计算得到样品溶液中的阿特拉津浓度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述MoOx@MOF材料的制备过程具体为：将浓度为0.5～10mM的钼酸铵溶液与浓度为5～20g/L的聚乙二醇溶液，按体积比为(2～3)：1混合，用盐酸调pH至1～4，得混合溶液，然后在温度为160℃～180℃条件下进行水热反应，反应时间24h～36h后，得到蓝色沉淀物，将蓝色沉淀物洗涤并干燥得到MoOx；按预设质量比1：(1～4)分别称取咪唑和MoOx，加入至冷凝管中，添加超纯水后冷凝回流，最后用去离子水洗涤，干燥即得得到具有亚硫酸盐氧化酶活性的MoOx@MO材料。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述MoOx@MOF溶液的浓度为0.5～2.5mg/mL。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述亚硫酸盐溶液的浓度为0.25～1.5mM；所述亚硫酸盐为亚硫酸钠或者亚硫酸钾。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述K3[Fe(CN)6]溶液的浓度为0.1～0.6mM。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述惰性气体为氮气，以所述阿特拉津标准曲线溶液为参照，加入体积比为1000:1的亚硫酸盐溶液，紫外光照射下搅拌40min～50min。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述工作标准曲线溶液的加入体积与所述K3[Fe(CN)6]溶液的加入体积比为(120～125):1。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述工作标准曲线溶液的加入体积与所述MoOx@MOF溶液的加入体积比为(120～125):1，显色时间10～15min。
9.如权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述标准曲线溶液中阿特拉津的浓度范围为0.1～0.8μg/L。
10.一种检测阿特拉津含量的试剂盒，其特征在于，所述试剂盒包括如权利要求1-8中任一项所述的MoOx@MOF溶液和K3[Fe(CN)6]溶液。
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