CN116678858A - 一种基于比率型荧光试纸片检测草甘膦的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于比率型荧光试纸片检测草甘膦的方法，所述试纸片包括纸基材料、荧光环形贴纸及探针材料，其中，所述荧光环形贴纸设置于所述纸基材料上作为环形参比区域，形成的中心圆形区域即为中央样品区，所述中央样品区预先滴加NH2‑Bi‑MOF/Cu2+作为探针材料，干燥后形成具有NH2‑Bi‑MOF/Cu2+反应体系的比率型荧光试纸片。将待测样品滴加到比率型荧光试纸片的中央样品区，反应后在紫外灯照射下与标准比色卡对照，半定量分析草甘膦浓度，或，通过紫外灯照射下拍照成像获得图片信息，并进行灰度分析，将中央样品区与环形参比区域的灰度值作比，并根据比率型定量检测模型计算得出对应的草甘膦浓度。通过该法对水及食品样品中的草甘膦进行检测，速度快、操作方便高，具有实际应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于比率型荧光试纸片检测草甘膦的方法，属于分析检测技术领域。
背景技术
草甘膦是美国孟山都公司在上世纪80年代开发研制的一种有机磷除草剂，以其在植物体内优秀的内吸传导性而被广泛用于农业中的杂草防除环节。从1990年代初至今，草甘膦的使用量增加了500％以上，且每年的草甘膦施用面积相当于总耕地面积的30％～40％。虽然一部分环境中的草甘膦通过生物或光途径降解，但仍有一部分草甘膦及其代谢物残留，进而在食物链富集。尽管关于草甘膦的毒性仍然存在争议，但社会日益关注的环境和食品安全问题引起了对草甘膦残留分析的需求。且由于农产品的保质期短，为满足食品中草甘膦的现场检测，其分析程序应是省时的，而分析装置应是易于获得且便携的，且同时需要满足在复杂环境中可靠的分析精确度。
比率型传感器是一种通过内置自校准参比从而减少来自环境和设备误差的分析工具，近年来逐渐被开发用于复杂多变场景中对目标物的快速检测。根据不同的输出信号模式，比率传感器可分为四大类：温度传感器、电化学传感器、比色传感器和荧光传感器。其中，基于荧光的分析方法具有周转时间短、预处理简单等优点，其较比色传感器在视觉检测中具有更高的灵敏度。这些传感器通过比率检测策略在复杂环境中表现出稳定的分析性能，但在信号输出时仍需要专业的仪器设备进行辅助，开发便携的基于比率型荧光传感策略的分析装置有利于实现对分析物更为精准而便捷的现场检测。
近年来，荧光纸基分析装置(paper-based analytical device，PAD)因其无需依赖专业荧光光谱仪的可视化性能以及易于获取、制造和携带等优势而已被广泛用于环境和食品安全的现场检测。然而，PAD通常依靠成像来获取信号，对角度和光线依赖性容易引起误差，进而降低了其分析的准确性，在实际应用中存在不确定性。因此将比率型传感的策略应用于PAD在现场检测和分析方面具有巨大潜力。传统的比率型荧光传感器通过合成双发射探针材料来实现比率型传感策略，这要求双发射的探针之间出峰位置互不干扰，从而增加了材料合成时的设计难度。且由于肉眼无法准确区分目标物与参比的荧光信号，这种基于双发射探针材料的PAD无法用于快速视觉检测。如何实现目标物与参比的分区域信号输出，对构建兼有快速视觉检测和高精度比率分析功能的PAD尤为重要。
发明内容
为了解决上述问题，本发明以玻璃纤维膜作为纸基材料，将带有荧光的环形贴纸粘贴其上，并在中央样品区预先滴加NH2-Bi-MOF/Cu2+作为探针材料，构建了一个比率型荧光试纸片，提供了一种可同时通过比色卡视觉快速半定量检测或拍照成像利用灰度值作比定量分析草甘膦的方法。通过该法对水及食品样品中的草甘膦进行检测，速度快、操作方便高，具有实际应用前景。
本发明的第一个目的是提供一种荧光传感器快速检测草甘膦的方法，包括如下过程：
(1)荧光MOF材料NH2-Bi-MOF分散在水中并调节pH为弱酸性或中性，加入Cu2+得到NH2-Bi-MOF/Cu2+传感体系；
(2)将一定浓度的草甘膦标准样品加入传感体系中，以加入标准样品前后荧光强度的比值作为信号输出，并与草甘膦浓度进行线性关联，获得定量检测模型；
(3)待测样品加入传感体系中，以加入待测样品前后荧光强度的比值作为信号输出，对照所述定量检测模型，即得对应的草甘膦浓度。
在本发明的一种实施方式中，通过水热法合成荧光MOF材料NH2-Bi-MOF。
在本发明的一种实施方式中，传感体系中NH2-Bi-MOF浓度为0.025-0.5g L-1，优选为0.25g L-1。
在本发明的一种实施方式中，传感体系中Cu2+浓度为80-100μmol L-1，优选为90μmol L-1。本发明选择Cu2+作为猝灭剂，与NH2-Bi-MOF结合形成传感体系，是因为Cu2+可以与NH2-Bi-MOF表面的氨基基团发生Lewis酸碱反应从而猝灭后者的荧光信号，而猝灭剂的添加量会直接影响该方法的灵敏度以及线性范围。
在本发明的一种实施方式中，传感体系的pH为5.0-7.0，优选为6.0。
在本发明的一种实施方式中，将滴加样品0-5min后传感体系的荧光强度作为信号输出，优选为滴加样品1min后体系的荧光强度作为信号输出。
在本发明的一种实施方式中，所述荧光传感器快速检测草甘膦的方法中，草甘膦的检出限为0.05μmol L-1。
本发明的第二个目的是提供一种荧光传感器快速检测草甘膦的传感体系，所述传感体系为NH2-Bi-MOF/Cu2+传感体系，由荧光MOF材料NH2-Bi-MOF分散在水中并调节pH为弱酸性或中性，再加入Cu2+得到。
本发明的第三个目的是提供一种比率型荧光试纸片，所述试纸片包括纸基材料、荧光环形贴纸及探针材料，其中，所述荧光环形贴纸设置于所述纸基材料上作为环形参比区域，形成的中心圆形区域即为中央样品区，即为样品区域，所述中央样品区预先滴加NH2-Bi-MOF/Cu2+作为探针材料，干燥后形成具有NH2-Bi-MOF/Cu2+反应体系的比率型荧光试纸片。
在本发明的一种实施方式中，所述试纸片制备包括如下过程：
(1)玻璃纤维膜等纸基材料裁剪得到正方形试纸片，粘性荧光卷纸打孔得到荧光环形贴纸，将荧光环形贴纸置于玻璃纤维膜试纸上方进行组装；
(2)通过水热反应合成荧光MOF材料NH2-Bi-MOF，并预先加入Cu2+得到NH2-Bi-MOF/Cu2+反应体系，将该体系滴加到试纸片样品区域，干燥后得到比率型荧光试纸片。
在本发明的一种实施方式中，所述纸基材料包括玻璃纤维膜、Whatman No.1纸滤、醋酸纤维膜其中任意一种，优选为玻璃纤维膜。
在本发明的一种实施方式中，所述荧光环形贴纸黏贴于所述纸基材料上。
在本发明的一种实施方式中，所述纸基材料为正方形，其边长大于或等于所述荧光环形贴纸的外径，优选纸基材料的边长等于所述荧光环形贴纸的外径，尺寸比例更为美观。
在本发明的一种实施方式中，所述荧光环形贴纸的外径与内径的比例为(4-10)：3，优选为5：3。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中环形贴纸的内径为6mm，外径为10mm。内径6mm是与滴加样品量2μL匹配的，内径的尺寸依据滴加样品量进行调整。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中正方形试纸片的边长为10mm，在其他实施方式中，外径理论上大于10mm也可以。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中反应体系中NH2-Bi-MOF浓度为0.025-1.0g L-1，优选为0.025-0.5g L-1，更优选为0.25g L-1。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中反应体系中Cu2+浓度为80-100μmol L-1，优选为90μmol L-1。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中样品区域滴加的反应体系体积为1-5μL，优选为2μL。
在本发明的一种实施方式中，所述比率型荧光试纸片对草甘膦的检出限为0.82μmol L-1。
本发明的第四个目的是，提供一种比率型荧光试纸片检测草甘膦的方法，包括如下过程：
(1)将待测样品滴加到比率型荧光试纸片样品区域；
(2)反应后在紫外灯照射下与标准比色卡对照，半定量分析草甘膦浓度，和/或，通过紫外灯照射下拍照成像获得图片信息，并进行灰度分析，将中央样品区与环形参比区域的灰度值作比，并根据比率型定量检测模型计算得出对应的草甘膦浓度，定量分析草甘膦浓度；
所述标准比色卡为根据已知浓度梯度的标准样品的结果与草甘膦浓度进行线性关联，构建的标准浓度参考模型；
所述比率型定量检测模型为根据已知浓度梯度的标准样品的结果与草甘膦浓度进行线性关联，构建的标准曲线。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中定量分析草甘膦浓度具体为：通过紫外灯照射下手机拍照成像获得图片信息；通过Image J软件进行灰度分析，将样品区域与环形参比区域的灰度值作比，并与草甘膦浓度进行线性关联，获得比率型定量检测模型。
在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中样品区域滴加的含草甘膦样品体积为1-5μL，优选为2μL。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中所述标准比色卡分为五个浓度参考值，其中Nd为未检出(低于1μmol L-1)，Tr为痕量(1-5μmol L-1)，Lo为少量(5-10μmol L-1)，Md为中等(10-100μmol L-1)，Hi为大量(超过100μmol L-1)。
在本发明的一种实施方式中，紫外灯照射波长均为365nm。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，滴加待测样品0-5min后的试纸片进行拍照成像分析，优选的，将滴加待测1min后的试纸片进行拍照成像分析。
在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，所述拍照成像采用手机或相机等图像采集装置。
本发明的第五个目的是，提供一种检测装置，所述检测装置包含有如以上所述的传感体系，或如以上所述的比率型荧光试纸片。
在本发明的一种实施方式中，所述检测装置为包括试剂盒在内的任意可使用的装置形态。
本发明的第六个目的是，提供如以上所述的传感体系及其检测方法，或如以上所述的比率型荧光试纸片及其检测方法，或如以上所述的检测装置，在水、土壤、食品中草甘膦检测方面的应用。
本发明的优点和效果：
(1)本发明的基于NH2-Bi-MOF/Cu2+的比率型荧光试纸片检测草甘膦的方法快速、便捷，且具有较好的抗成像光线、角度等环境干扰能力。荧光试纸片有便携、经济等优势，在农残现场检测中具有较大的应用前景。但由于荧光拍照成像易受光线、角度等环境因素干扰，进而影响分析的准确性。
(2)本发明通过在试纸片上粘贴荧光贴纸，设计了比率型荧光试纸片，通过将样品区域和参比区域的灰度值作比，实现了对草甘膦更为准确的定量分析。与此同时，样品信号与参比信号分区域的设计可以在标准比色卡的对照下实现快速的半定量视觉检测。
(3)此外，本发明中NH2-Bi-MOF与草甘膦具有高效的荧光响应能力，猝灭剂Cu2+的加入增大了检测的线性范围。利用本发明中的比率型荧光试纸片对草甘膦进行检测：G/G0与草甘膦浓度之间符合Logistic函数，R2为0.9984；在实际样品的检测中在大豆样品中检测得到4.40μmol/L草甘膦，并且在大豆、小麦、饮用水三个样品加标回收实验中，加标回收率在97.6％～109.9％，且该结果与溶液传感器及液相色谱-质谱联用(LC-MS)方法结果相符。
(4)该法成本较低、操作简便、分析快速，无需大型仪器设备，且准确度高、稳定性好，在草甘膦现场监测中具有较大的应用前景。
附图说明
图1比率型荧光试纸片检测草甘膦的流程示意图：A为NH2-Bi-MOF的合成及基于NH2-Bi-MOF/Cu2+的荧光传感器检测示意图；B为基于NH2-Bi-MOF/Cu2+的比率型荧光试纸片的构建及检测示意图；C为比率型荧光试纸片结构示意图。
图2NH2-Bi-MOF的荧光光谱图；
图3NH2-Bi-MOF的傅里叶红外光谱图；
图4NH2-Bi-MOF的X射线光电子能谱Cu 2p窄谱图；
图5不同浓度对NH2-Bi-MOF荧光强度的影响对比图；
图6NH2-Bi-MOF/Cu2+荧光传感器检测草甘膦方法的标准曲线图；
图7NH2-Bi-MOF/Cu2+对草甘膦的选择性；
图8NH2-Bi-MOF/Cu2+的抗干扰性能；
图9贴纸的荧光光谱图；
图10常规试纸片与比率型试纸片稳定性的对比图：A为常规荧光试纸片；B为比率型荧光试纸片；
图11不同纸基材料对荧光传感效果的影响对比图；
图12不同NH2-Bi-MOF浓度对荧光传感效果的影响对比图：A为365nm紫外灯下实物图；B为G/G0与NH2-Bi-MOF浓度的关系图；
图13不同响应时间对荧光传感效果的影响对比图：A为365nm紫外灯下实物图；B为G/G0与响应时间的关系图；
图14标准比色卡示意图；
图15比率型荧光试纸片检测草甘膦方法的标准曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：NH2-Bi-MOF/Cu2+荧光传感器检测草甘膦
NH2-Bi-MOF/Cu2+荧光传感器检测草甘膦过程如图1A所示。首先，采用超纯水(pH6.0)制备分散均匀的NH2-Bi-MOF溶液(0.25g L-1)(NH2-Bi-MOF的制备方法在本发明中不做限制)，超声处理20min。然后，加入Cu2+(90μmol L-1)得到荧光猝灭的传感器溶液。随后加入草甘膦标准溶液(0～200μmol L-1)，1min后记录荧光光谱，激发波长设置为365nm。以草甘膦的浓度与相应的响应荧光强度和空白组的比值(I/I0)进行线性关联，构建定量模型。
NH2-Bi-MOF/Cu2+荧光性能及传感机理：
为了探究NH2-Bi-MOF与草甘膦荧光响应的机制，首先考察了NH2-Bi-MOF在存在Cu2 +和草甘膦情况下的荧光光谱。如图2所示，NH2-Bi-MOF在441nm处出现荧光特征峰，加入Cu2+后，荧光信号猝灭约64％。随后加入草甘膦，NH2-Bi-MOF的发射光谱出现23nm的红移，且荧光信号增强了576％。在紫外光下拍摄的数码照片中，原先几乎无荧光信号的NH2-Bi-MOF/Cu2+体系(图2的插图b)在草甘膦存在下开始发出强烈的蓝色荧光(图2的插图c)，展示了其可视化检测的可行性。
通过FT-IR进一步探究机制，如图3所示。NH2-Bi-MOF的FT-IR光谱在1361和830cm-1附近出现特征峰，在3438和3346cm-1附近有轻微分裂峰，分别指向N-H的变形振动和拉伸振动，而在503cm-1处的峰则指向金属氧键Bi-O，均表明NH2-Bi-MOF的成功合成。加入Cu2+和草甘膦后，代表氨基的3400cm-1附近的分裂峰逐渐减弱，直至与OH拉伸产生的峰融合，表明NH2-Bi-MOF与Cu2+和草甘膦的相互作用主要基于氨基。为了深入研究Cu2+与NH2-Bi-MOF和草甘膦的结合特性，对NH2-Bi-MOF/Cu2+的添加草甘膦前后Cu 2p XPS窄谱进行了研究如图4所示。NH2-Bi-MOF/Cu2+分别在932.5和952.2eV处出峰，符合Cu 2p3/2和Cu 2p1/2的结合能。加入草甘膦后，对应的结合能均提高了0.8eV，表明Cu2+与草甘膦的结合更加稳定，进一步证明了由Cu2+介导的“开-关-开”响应策略是可靠的。
Cu2+浓度的选择：
本发明选择Cu2+作为猝灭剂，是由于Cu2+可以与NH2-Bi-MOF表面的氨基基团发生Lewis酸碱反应从而猝灭后者的荧光信号，而猝灭剂的添加量会直接影响该方法的灵敏度以及线性范围。本实施例探究了Cu2+添加量与添加前后NH2-Bi-MOF荧光强度的变化趋势(图5)。
从图中可以看出，随着Cu2+添加量的逐渐增大，NH2-Bi-MOF荧光强度逐渐降低，且添加前后荧光强度比值I/I0也呈下降趋势。当Cu2+添加量为90μmol L-1时荧光猝灭效果最佳。因此，后续的实施例中，均优先选择Cu2+添加量为90μmol L-1。
NH2-Bi-MOF/Cu2+检测草甘膦定量模型：
为评价建立的NH2-Bi-MOF/Cu2+荧光传感器检测草甘膦方法，制备pH＝6的NH2-Bi-MOF(2.5×10-2g L-1)和Cu2+(90μmol L-1)水溶液。随后，在NH2-Bi-MOF/Cu2+体系中加入不同浓度的草甘膦标准溶液(0～200μmol L-1)，扫描荧光光谱。
结果如图6所示，加入草甘膦后，I/I0的荧光比值与草甘膦浓度在0.1～30μmol L-1(R2＝0.9922)和30～200μmol L-1(R2＝0.9917)的两段范围内具有良好的线性关系，且在浓度为0.1～30μmol L-1时，具有更高的精密度(I/I0＝0.0971c+1.0795)。在该方法中，草甘膦的LOD值为0.05μmol L-1。
NH2-Bi-MOF/Cu2+选择性及抗干扰性能：
以金属离子(Pb2+、Cd2+、Na+、K+、Ba2+，900μmol L-1)和有机氮磷农药(对硫磷、对硫磷甲基、丙虫磷、磷酮、磷酸盐，30μmol L-1)作为干扰物进一步考察NH2-Bi-MOF/Cu2+对草甘膦(30μmol L-1)的选择性，结果如图7所示。在紫外灯下拍摄的照片中，只有添加草甘膦的组别展现了强烈的蓝色荧光。对应的，只有添加草甘膦的组别添加草甘膦前后荧光强度比值(I/I0)增大了329％，而其他组的信号变化很小。
进一步探究体系的抗干扰性能，如图8所示。预先在NH2-Bi-MOF/Cu2+中加载上述干扰物，随后加入草甘膦，记录对应的荧光光谱。所有实验组均表现出与空白组(仅NH2-Bi-MOF/Cu2+)相近的荧光信号增强，表明体系具有良好的抗干扰性能。
实施例2：NH2-Bi-MOF/Cu2+在比率型荧光试纸片检测草甘膦中的应用
比率型荧光试纸片检测草甘膦的过程如图1B所示。首先，裁剪玻璃纤维膜得到边长为10mm的正方形试纸片。选择具有荧光信号的粘性卷纸，其荧光光谱如图9所示。通过打孔器获得内径为6mm，外径为10mm的荧光疏水环型贴纸，将其粘贴在玻璃纤维薄膜试纸片的表面上作为参比，试纸片结构如图1C所示，荧光环形贴纸即为环形参比区域，形成的中心圆形区域即为中央样品区。
然后，将2μL NH2-Bi-MOF/Cu2+(NH2-Bi-MOF：0.25g L-1，Cu2+：90μmol L-1)滴加到中央样品区域，干燥后得到比率型荧光试纸片。随后加入2μL草甘膦(0～200μmol L-1)，样品区域出现蓝色荧光增强，可用作肉眼可视化半定量检测。1min后在365nm紫外光下拍摄数码照片，并通过Image J进行灰度分析。计算样品区和参比区的灰度比作为信号输出。以草甘膦的浓度与样品区和参比区灰度的比值(G/G0)进行线性关联，构建定量模型，用于定量检测。
对比例1
与实施例2的区别是将比率型荧光试纸片替换成传统荧光试纸片(即仅读取样品区灰度值作为信号输出)。通过平行实验检验本发明中的比率型荧光试纸片是否可以减少由成像角度和光照条件引起的分析误差。
如图10A所示，传统荧光试纸片仅以样品区灰度值作为信号输出，结果显示每个浓度的信号跨越很大范围，且容易与来自相邻浓度的结果造成混淆。因此，传统荧光试纸片的准确性在实际应用中可能值得怀疑。而当采用本发明中的比率型荧光试纸片时，如图10B所示，设置的6个浓度梯度的结果分布比传统荧光试纸片更集中，表明其在草甘膦残留物现场检测中的良好应用前景。
实施例3：检测条件优化
(1)纸基材料的选择：
纸基的材料会影响试纸片的荧光成像效果，从而影响检测结果。为了选择合适的纸基材料，对玻璃纤维膜、Whatman No.1纸滤、醋酸纤维膜进行了比较。
考察了草甘膦(100μmol L-1)滴加前后不同纸基材料的试纸上的荧光现象，如图11所示。从图中可以看出，三组纸基材料均表现出具有较强的信号的荧光点，说明三种纸基材料都具有适用性。进一步的，还可以看出，其中玻璃纤维膜(a组)表现出均匀的具有较强的信号的荧光点，而在b组和c组中，由于液体在纸基表面的径向流动将溶质颗粒带到液滴边缘，导致“咖啡环”现象，影响了荧光点的均匀性。因此，后续的实施例中，均优先选择玻璃纤维膜作为纸基材料用于构建比率型荧光试纸片。
(2)NH2-Bi-MOF浓度的选择：
荧光探针的浓度会影响与目标物相互作用的效率，从而影响试纸片的灵敏度。因此，考察了NH2-Bi-MOF浓度对添加草甘膦(5μmol L-1)前后试纸片荧光性能的影响，其中Cu2+浓度设置为90μmol L-1。
根据肉眼观察(图12A)，添加草甘膦前后荧光强度均可以看出差异性，尤其是添加草甘膦前后荧光强度的差异在0.25g L-1NH2-Bi-MOF组中最为明显。将原始数码图像转换为灰度图像，计算样品区与参比区之间的灰度值之比(G/G0)。如图12B所示，在0.025-0.5g L- 1NH2-Bi-MOF组中，都能体现出草甘膦前后的变化。进一步的，还可以看出，随着NH2-Bi-MOF浓度的增加，添加草甘膦前后G/G0均逐渐增大，而添加前后G/G0的差异(ΔG/G0)在0.25gL- 1NH2-Bi-MOF处达到最大值(0.041)，此后减小，该结果与肉眼观察一致。因此，选择0.25g L-1NH2-Bi-MOF用于后续实验。
(3)响应时间的选择：
在优化的纸基材料和NH2-Bi-MOF浓度条件下，研究了添加100μmol L-1草甘膦后5min内G/G0随时间的变化，其中Cu2+浓度设置为90μmol L-1。
如图13A所示，加入草甘膦后，在0-5min内都能看出结果的变化，尤其是荧光点在1min内逐渐实现均匀分布，此后荧光强度随时间逐渐降低。如图13B所示，根据读取的灰度值，与空白组相比，G/G0在1min内增大到0.60，信号增强近40％，此后下降。荧光强度的下降趋势是由于试纸片表面液体的蒸发影响了MOF材料的电子跃迁的能力，从而降低了材料的荧光特性。因此，选择滴加草甘膦样品后1min的G/G0作为信号输出，以便在随后的实验中进行准确分析。
实施例4：草甘膦检测-构建标准比色卡和标准曲线
(1)标准样品的可视化半定量检测：
将不同浓度的草甘膦标准品(浓度分别为1.0、5.0、10、50、100、200μmol L-1)经过实施例2中草甘膦比率型荧光试纸片检测方法以及实施例3中优化的检测条件进行处理。如图14所示，随着草甘膦浓度的增加，样品区的荧光强度逐渐增大，以此制定标准比色卡用于肉眼可视化半定量检测草甘膦。标准比色卡设置为五个浓度参考值，其中Nd为未检出(低于1μmol L-1)，Tr为痕量(1-5μmol L-1)，Lo为少量(5-10μmol L-1)，Md为中等(10-100μmol L-1)，Hi为大量(超过100μmol L-1)。
(2)构建比率型定量检测标准曲线：
由于参比区荧光信号保持稳定，样品区与参比区灰度的比值(G/G0)也随草甘膦浓度的增加而增大。将滴加草甘膦1min后的试纸片在365nm紫外灯下拍照成像，通过Image J进行灰度分析。将G/G0作为草甘膦的分析信号，并与草甘膦标准品的浓度进行关联。G/G0与草甘膦浓度的关系符合logistic的函数模型，判定系数(R2)为0.9984，如图15所示，可用于草甘膦的定量检测。应用该试纸片，草甘膦的检出限为0.82μmol L-1。
实施例5方法适应性：大豆、小麦、饮用水中草甘膦的检测
分别参照实施例1中的荧光传感器检测方法和实施例2中的比率型荧光试纸片检测方法对大豆、小麦、饮用水中的草甘膦进行了检测，并分别添加5μmol L-1和10μmol L-1的草甘膦标准溶液计算加标回收率，每个样品测定5次。
检测结果如表1所示，根据比率型荧光试纸片检测结果，大豆中含有4.40μmol L-1草甘膦，在其他两个样品中未检测到残留草甘膦。同样的，根据荧光传感器检测结果，大豆中含有4.81μmol L-1草甘膦，在其他两个样品中未检测到残留草甘膦。
此外，对于加标样品，计算的加标回收率在97.6％～109.9％，且该结果与溶液传感器及LC-MS方法结果相符。该法成本较低、操作简便、分析快速，无需大型仪器设备，且准确度高、稳定性好，在草甘膦现场监测中具有较大的应用前景。具体见表1。
表1实际样品中草甘膦的浓度(μmol L-1)、回收率(％)和精密度(％，n＝5)
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种荧光传感器快速检测草甘膦的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)荧光MOF材料NH2-Bi-MOF分散在水中并调节pH为弱酸性或中性，加入Cu2+得到NH2-Bi-MOF/Cu2+传感体系；
(2)将一定浓度梯度的草甘膦标准样品加入传感体系中，以加入标准样品前后荧光强度的比值作为信号输出，并与草甘膦浓度进行线性关联，获得定量检测模型；
(3)待测样品加入传感体系中，以加入待测样品前后荧光强度的比值作为信号输出，对照所述定量检测模型，即得对应的草甘膦浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述传感体系中NH2-Bi-MOF浓度为0.025-0.5g L-1，所述传感体系中Cu2+浓度为80-100μmol L-1，所述传感体系的pH为5.0-7.0，将滴加样品0-5min后传感体系的荧光强度作为信号输出。
3.一种荧光传感器快速检测草甘膦的传感体系，其特征在于，所述传感体系为NH2-Bi-MOF/Cu2+传感体系，由荧光MOF材料NH2-Bi-MOF分散在水中并调节pH为弱酸性或中性，再加入Cu2+得到。
4.一种比率型荧光试纸片，其特征在于，所述试纸片包括纸基材料、荧光环形贴纸及探针材料，其中，所述荧光环形贴纸设置于所述纸基材料上作为环形参比区域，形成的中心圆形区域即为中央样品区，所述中央样品区预先滴加NH2-Bi-MOF/Cu2+作为探针材料，干燥后形成具有NH2-Bi-MOF/Cu2+反应体系的比率型荧光试纸片。
5.根据权利要求4所述的比率型荧光试纸片，其特征在于，所述纸基材料包括玻璃纤维膜、Whatman No.1纸滤、醋酸纤维膜其中任意一种，所述荧光环形贴纸黏贴于所述纸基材料上，所述纸基材料为正方形，其边长大于或等于所述荧光环形贴纸的外径，所述荧光环形贴纸的外径与内径的比例为(4-10)：3。
6.根据权利要求4所述的比率型荧光试纸片，其特征在于，所述反应体系中NH2-Bi-MOF浓度为0.025-1.0g L-1，所述反应体系中Cu2+浓度为80-100μmol L-1，中央样品区滴加的NH2-Bi-MOF/Cu2+反应体系体积为1-5μL。
7.一种比率型荧光试纸片检测草甘膦的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待测样品滴加到如权利要求4-6任一所述的比率型荧光试纸片的中央样品区；
(2)反应后在紫外灯照射下与标准比色卡对照，半定量分析草甘膦浓度，和/或，通过紫外灯照射下拍照成像获得图片信息，并进行灰度分析，将中央样品区与环形参比区域的灰度值作比，并根据比率型定量检测模型，定量分析草甘膦浓度；
所述标准比色卡为根据已知浓度梯度的标准样品的结果与草甘膦浓度进行线性关联，构建的标准浓度参考模型；
所述比率型定量检测模型为根据已知浓度梯度的标准样品的结果与草甘膦浓度进行线性关联，构建的标准曲线。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述中央样品区滴加的待测样品的体积为1-5μL；
步骤(2)中，所述紫外灯照射的波长均为365nm，所述灰度分析通过Image J软件进行；
所述标准比色卡分为五个浓度参考值，其中Nd为未检出：低于1μmol L-1，Tr为痕量：1～5μmol L-1，Lo为少量：5–10μmol L-1，Md为中等：10–100μmol L-1，Hi为大量：超过100μmol L-1；
滴加待测样品0-5min后的试纸片进行拍照成像分析，所述拍照成像采用手机或相机。
9.一种检测装置，其特征在于，所述检测装置包含有如权利要求3所述的传感体系，或如权利要求4-6任一项所述的比率型荧光试纸片，所述检测装置为包括试剂盒在内的任意可使用的装置形态。
10.如权利要求3所述的传感体系，或如权利要求4-6任一项所述的比率型荧光试纸片，或如权利要求9所述的检测装置，或如权利要求1或2所述的方法，或如权利要求7或8所述的方法，在水、土壤、食品中草甘膦检测方面的应用。
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|---|---|---|---|---|
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