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CN115343267B - 一种次氯酸根离子的荧光检测方法及其应用 - Google Patents

一种次氯酸根离子的荧光检测方法及其应用 Download PDF

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CN115343267B CN202211048527.2A CN202211048527A CN115343267B CN 115343267 B CN115343267 B CN 115343267B CN 202211048527 A CN202211048527 A CN 202211048527A CN 115343267 B CN115343267 B CN 115343267B
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Abstract

本发明提供一种次氯酸根离子的荧光检测方法及其应用，通过将荧光碳量子点纳米材料作为荧光探针，应用于次氯酸根离子的传感检测，并以490nm～500nm处的荧光强度作为次氯酸根离子对碳量子点纳米材料的荧光响应信号，构建了检测次氯酸根离子的传感体系。该检测方法能实现对次氯酸根离子的选择性检测，具有广阔的应用前景。

Description

一种次氯酸根离子的荧光检测方法及其应用
技术领域
本发明属于物质检测技术领域，尤其涉及一种次氯酸根离子的荧光检测方法及其应用。
背景技术
游离氯是城市自来水中消毒剂的主要有效成分，被广泛用在地下水、生活用水、饮用水等许多领域。游离氯可以通过吸入、饮食和皮肤接触吸收进入人体内。随着区域城市化进程的加快，城市用水量大幅增加，因此游离氯处理后的水也成为了公众的重点关注对象之一。研究表明，浓度过低的次氯酸根离子无法对自来水中的微生物、病菌和病毒进行彻底灭杀，达不到日常用水的标准；而水中次氯酸根离子浓度过高，过量的游离氯会与水中存在的有机物质发生反应，产生大量不良副产物，尤其是三卤甲烷(THMs)，包括氯仿(CHCl3)、二氯溴甲烷(CHCl2Br)、氯代二溴甲烷(CHClBr2)和溴仿(CHBr3)，对人和动物有潜在危害，可能导致癌症，对免疫系统、心血管系统和呼吸道造成伤害等。因此，对于水的处理需要一定浓度的游离氯，安全消毒的同时不会表现出副作用。
实际应用中，不同地区气候、温差明显，部分荧光探针的光学性质受环境温度影响显著，检测过程出现较大的偏差，这给利用荧光探针实现对次氯酸根离子的检测造成了一定困难。对此，选取在不同温度下依旧能保持稳定检测效果的荧光探针试剂盒，可实现各地各时次氯酸根离子的实时、准确检测。加之不同地区土壤和水质的酸碱性差异明显，例如我国南方土壤多呈弱酸性，而北方土壤多为弱中碱性。因此，选取在pH为弱酸性到中碱性范围内依旧能保持稳定检测效果的荧光探针试剂盒，可实现各地各时次氯酸根离子的实时、准确检测。
目前报道的荧光探针多集中于对pH、温度和次氯酸根离子中单一目标的识别检测，而单一探针存在着合成繁琐、效率低下及成本昂贵等问题。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明第一个方面提供一种碳量子点纳米材料在具有温度或pH响应荧光探针中的应用。
本发明第二个方面提出一种次氯酸根离子的荧光检测方法，该检测方法成本低，操作简单，能够快速稳定检测样品中次氯酸根离子荧光含量，并可识别pH、温度，检测灵敏度高，并展现出优异的选择性，受检测环境影响小。
本发明的第三个方面提出了一种所述次氯酸根离子的荧光检测方法在坚持样品中次氯酸根离子的应用。
本发明的第四个方面提出了一种碳量子点在检测次氯酸根离子中的应用。
根据本发明的第一个方面，提出了一种碳量子点纳米材料在具有温度响应和/或pH响应荧光探针中的应用，所述碳量子点纳米材料包括由派洛宁Y溶于水后置于聚四氟乙烯高压釜中，在180℃～200℃下反应6h～12h制得。
本发明中，当派洛宁Y在180℃～200℃下反应6h～12h时，其产物发射绿色荧光，且荧光强度随温度和/或pH变化而变化。
在本发明的一些实施方式中，所述温度响应的温度范围为30℃～80℃，在该温度范围内，荧光探针的荧光强度随温度的升高而逐渐降低。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述pH响应的pH范围为2～7，在该pH范围内，荧光探针的荧光强度随pH的升高而逐渐升高。
根据本发明的第二个方面，提出了一种次氯酸根离子的荧光检测方法，包括以下步骤：
S1:将次氯酸根离子标准品与碳量子点纳米材料溶液混合，制得标准对照品；
S2:将次氯酸根离子样品与碳量子点纳米材料溶液混合，制得待测品；
S3:分别检测所述标准对照品与所述待测品在490nm～500nm处的荧光强度；
所述碳量子点纳米材料包括由派洛宁Y溶于水后置于聚四氟乙烯高压釜中，在180℃～200℃下反应6h～12h制得。
所述标准对照品、所述待测品的温度为10℃～40℃和/或pH为6～10。
本发明中，经发明人创造性劳动，发现由派洛宁Y制得的碳量子点纳米材料在检测次氯酸根离子时，在待测品温度为10℃～40℃和/或pH为6～10范围内，待测品在490nm～500nm处的荧光强度不受温度或pH变化的影响，使之能适应不同环境中次氯酸根离子的检测。
在本发明的一些实施方式中，所述待测品中次氯酸根离子与所述碳量子点纳米材料的质量浓度比为(0.000000744～0.000186)：1。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述S3为：设定激发波长为340nm～440nm，分别检测所述标准对照品与所述待测品在490nm～500nm处的荧光强度；优选的，所述激发波长为410nm。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述待测品中次氯酸根离子的浓度为0～25μM。若次氯酸根离子样品溶液中次氯酸根离子的浓度超过25μM，需要对样品进行稀释，使之浓度在0～25μM范围内，才能使得检测结果更准确。
在本发明的一些更优选的实施方式中，所述碳量子点纳米材料溶液还包括pH为1～14的缓冲液；优选的，所述缓冲液为磷酸盐缓冲液、硼酸盐缓冲液、碳酸盐缓冲液或柠檬酸盐缓冲液中的任意一种。本发明中，通过缓冲溶液能对检测体系的pH进行调节优化，从而有效提高检测的灵敏度和准确度。
根据本发明的第三个方面，提出了一种所述次氯酸根离子的荧光检测方法在检测样品中次氯酸根离子的应用。
在本发明的一些实施方式中，所述样品包括水、食品、生物样品、药品中的任意一种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述水包括自来水、沸水和泳池水中的任意一种。
根据本发明的第四个方面，提出了一种碳量子点纳米材料在检测次氯酸根离子中的应用，所述碳量子点纳米材料包括由派洛宁Y溶于水后置于聚四氟乙烯高压釜中，在180℃～200℃下反应6h～12h制得。
本发明的有益效果为：
1.派洛宁Y在180℃～200℃下反应6h～12h后产物发绿色荧光，且具备温度和/或pH响应性。
2.本发明通过将荧光碳量子点纳米材料作为荧光探针，应用于次氯酸根离子的传感检测，并以490nm～500nm处的荧光强度作为次氯酸根离子对碳量子点纳米材料的荧光响应信号，构建了检测次氯酸根离子的传感体系。该检测方法能实现对次氯酸根离子的选择性检测，具有广阔的应用前景。
3.本发明的检测方法成本低、操作简单，能够快速、稳定检测样品中次氯酸根离子的荧光强度，检测灵敏度高，选择性好，可用于不同样品中次氯酸根离子的含量检测，适用性广，对次氯酸根离子的便捷检测具有重要的实践意义。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明实施例1不同反应条件制得的碳量子点纳米材料溶液的荧光发射光谱图。
图2为本发明实施例2碳量子点纳米材料溶液在410nm荧光激发下的荧光发射光谱图。
图3为本发明实施例3检测体系对次氯酸根离子检测反应时间的检测结果。
图4为本发明实施例4不同浓度次氯酸根离子中碳量子点纳米材料溶液490nm～500nm处的荧光光谱图。
图5为本发明实施例4检测体系的次氯酸根离子的标准工作曲线。
图6为本发明实施例5不同温度下碳量子点纳米材料溶液490nm～500nm处的荧光光谱图。
图7为本发明实施例5检测体系的温度的标准工作曲线。
图8为本发明实施例6不同pH下碳量子点纳米材料溶液490nm～500nm处的荧光光谱图。
图9为本发明实施例6检测体系的pH的标准工作曲线。
图10为本发明实施例7检测体系对次氯酸根离子选择性的检测结果。
图11为本发明实施例8不同温度下检测体系对次氯酸根离子的检测结果。
图12为本发明实施例9不同pH下检测体系对次氯酸根离子的检测结果。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例制备碳量子点纳米材料溶液，具体过程为：
将1mg～10mg原料派洛宁Y溶于100mL超纯水中，后转移到聚四氟乙烯高压釜中，分别在120℃下反应8h(样品1)、180℃下反应4h(样品2)、180℃下反应12h(样品3)、200℃下反应12h(样品4)，冷却至室温，得到粉红色的澄清透明溶液，再通过超纯水透析进一步纯化，通过0.22μm的水相醋酸纤维膜过滤去除大颗粒，得到4个碳量子点水溶液样品，即为碳量子点纳米材料溶液。
观察得样品1发射橙黄色荧光，样品2～样品4均发射绿色荧光。
取上述四个样品的200μL的碳量子点纳米材料溶液(50μg/mL)加入到pH为7的缓冲溶液(10mM)中，溶液总体积为1mL，混合均匀。激发波长设定为340nm～440nm，测定体系在490nm～500nm处和560nm～565nm处的荧光强度，并得到碳量子点纳米材料的最佳激发和发射波长，结果如图1所示。
从图1可看出，碳量子点纳米材料是一种荧光探针，当温度低于180℃、反应时间短于6h时，碳量子点是一种比率型荧光探针，其在490nm和562nm处均有较为明显的吸收峰。当温度高于180℃、反应时间等于或长于6h时，碳量子点纳米材料是一种荧光探针，在490nm～500nm处有较为明显的吸收峰。
以样品3进行实施例2～实施例12的试验。
实施例2
本实施例优化检测体系的激发波长选择，具体过程为：
将200μL的碳量子点纳米材料溶液(浓度为50μg/mL)加入到pH为7的缓冲溶液(浓度为10mM)中，溶液总体积为1mL，混合均匀。激发波长设定为340nm～440nm，测定体系在490nm～500nm处的荧光强度，并得到碳量子点纳米材料的最佳激发和发射波长，结果如图2所示。
从图2可看出，碳量子点纳米材料是一种荧光探针，当激发波长设定为410nm时，在490～500nm处有较为明显的吸收峰。
实施例3
本实施例对检测体系的反应时间进行优化，具体过程为：
将加入200μL碳量子点纳米材料溶液(浓度为50μg/mL)、100μL pH为7.4的缓冲溶液，稀释至溶液总体积为930μL，再加入25μL次氯酸根离子溶液(原浓度为1mM)，混合均匀(含25μM次氯酸根离子)。设置记录时间的梯度为：1min、2min、5min、8min、10min、15min、20min、30min、40min、50min和60min，激发波长设定为410nm，每到相应的时间，测定体系在490nm～500nm处的荧光强度，以时间为横坐标，荧光强度为纵坐标作图分析，结果如图3所示。
从图3可看出，当加入25μM的次氯酸根离子溶液时，碳量子点纳米材料490～500nm处的荧光强度立马下降为原来的40％，说明该反应是瞬间完成的，本发明方法所需的检测时间非常短，能满足次氯酸根离子现场即时检测需求。
实施例4
本实施例构建检测方法中的次氯酸根离子标准工作曲线，具体过程为：
分别取700μL不同浓度(0～25μM)的次氯酸根离子标准品与200μL碳量子点纳米材料溶液(浓度为50μg/mL)、100μL的缓冲液混合(pH为7，浓度为10mM)；激发波长设定为340nm～440nm，体系在490nm～500nm处有一个发射峰，测定体系在490～500nm处的荧光强度，结果如图4所示，得到不同浓度的次氯酸根离子溶液中490～500nm的荧光强度。以浓度为横坐标，荧光强度为纵坐标得到次氯酸根离子检测标准工作曲线，结果如图5所示。
从图4可看出，当次氯酸根离子溶液浓度为0.1μM～25μM时，490nm～500nm处的荧光强度随着次氯酸根离子浓度的升高而逐渐减低。
从图5可看出，该标准工作曲线的线性方程为y＝-360.7x+6505，相关系数R2为0.9908，线性范围为0.6μM～11μM，该方法的最低检出限约为0.541μM。
实施例5
本实施例研究检测方法中的温度标准工作曲线，具体过程为：
取200μL碳量子点纳米材料溶液(浓度为50μg/mL)稀释成1mL，激发波长设定为340nm～440nm，体系在490nm～500nm处有一个发射峰，测定体系在490nm～500nm处的荧光强度，如图6所示，得到不同温度的碳量子点纳米材料溶液中490nm～500nm的荧光强度。以温度为横坐标，荧光强度为纵坐标得到温度检测标准工作曲线，结果如图7所示。
从图6可看出，当温度的范围为30℃～80℃时，490nm～500nm处的荧光强度随着温度的升高而逐渐降低。
从图7可看出，该标准工作曲线的线性方程为y＝-30.38x+930.1，相关系数R2为0.9961，温度的性范围为30℃～80℃。
实施例6
本实施例研究了检测方法中的pH标准工作曲线，具体过程为：
分别取100μL不同pH(1～14)的缓冲液标准品与200μL碳量子点纳米材料溶液(浓度为50μg/mL)稀释成1mL，激发波长设定为340nm～440nm，体系在490nm～500nm处有一个发射峰，测定体系在490nm～500nm处的荧光强度，如图8所示，得到不同pH的碳量子点纳米材料溶液中490nm～500nm的荧光强度。以pH为横坐标，荧光强度为纵坐标得到pH检测标准工作曲线，结果如图9所示。
从图8可看出，当缓冲液pH的范围为2～7时，490nm～500nm处的荧光强度随着缓冲液pH的升高而逐渐升高。
从图9可看出，该标准工作曲线的线性方程为y＝755.8x+930.1，相关系数R2为0.9939，pH的线性范围为2～7。
实施例7
本实施例研究了检测方法对次氯酸根离子的专属性，具体过程为：
选取了不同离子，分别为Cr3+、Fe3+、Ni2+、Hg2+、Cd2+、Mg2+、Fe2+、Ba2+、Mn2+、Co2+、Cu2+、Na+、NH4 +、K+、CO3 2-、HPO4 2-、SO4 2-、Cr2O7 2-、F-、Ac-、MnO4 -、NO2 -、I-、Cl-、Lys、Glu、Thr、Tyr、Cys、His、Gly、Pro、Glu、VC、·OH、t-BuOO-、NO·和ONOO-，选取的次氯酸根离子和其他离子浓度均为11μM。将待测物，或空白(Blank)组，或11μM的不同离子，分别加入到200μL的碳量子点纳米材料母液、pH为7的缓冲溶液(10mM)中，溶液总体积为1mL，混合均匀。激发波长设定为410nm，测定体系在490nm～500nm处的荧光强度，作图分析。如图10所示，其他离子对碳量子点纳米材料490～500nm处的荧光强度基本没有影响。但是加入11μM的对硝基甲苯后，490nm～500nm处荧光强度降低为原来的30％，说明本方法的选择性很好。
实施例8
分别取700μL不同浓度(0～25μM)的次氯酸根离子标准品与200μL碳量子点纳米材料溶液(浓度为50μg/mL)、100μL的缓冲液混合(pH为7，浓度为10mM)，将其放置于不同温度的环境中；激发波长设定为340nm～440nm，体系在490nm～500nm处有一个发射峰，得到不同温度的碳量子点纳米材料溶液中490nm～500nm的荧光强度，以温度为横坐标，荧光强度比值为纵坐标得到不同温度，检测体系对次氯酸根离子的检测结果，结果如图11所示。
从图11可看出，当温度的范围为10℃～40℃时，490nm～500nm处的荧光强度猝灭效率基本不受影响。
实施例9
分别取700μL不同浓度(0～25μM)的次氯酸根离子标准品与200μL碳量子点纳米材料溶液(浓度为50μg/mL)、100μL不同pH(1～14)的缓冲液标准品；激发波长设定为340nm～440nm，体系在490nm～500nm处有一个发射峰，得到不同温度的碳量子点纳米材料溶液中490nm～500nm的荧光强度，以温度为横坐标，荧光强度比值为纵坐标得到不同温度，检测体系对次氯酸根离子的检测结果，结果如图12所示。
从图12可看出，当缓冲液pH的范围为6～10时，490nm～500nm处的荧光强度猝灭效率基本不受影响。
实施例10
本实施例采用次氯酸根离子的荧光检测方法对自来水中的次氯酸根离子进行检测，具体过程为：
自来水样品的预处理：通过0.22μm的水相醋酸纤维膜过滤去除自来水样品中的大颗粒及微生物细菌等杂质。
将过滤后的自来水样品50μL加入200μL碳量子点纳米材料溶液、100μL pH为7.4的缓冲溶液，稀释至溶液总体积为1mL，混合均匀。激发波长设定为410nm，测定体系在490nm～500nm处的荧光强度。利用荧光强度与标准曲线的关系，对自来水样品中的次氯酸根离子进行检测与定量分析。检测结果见表1。
从表1可看出，自来水样品检出次氯酸根含量为6.56±0.03(μM±SD)，回收率为102±3％。
实施例11
本实施例采用次氯酸根离子的荧光检测方法对煮沸自来水中的次氯酸根离子进行检测，具体过程为：
煮沸自来水样品的预处理：通过0.22μm的水相醋酸纤维膜过滤去除煮沸自来水样品中的大颗粒及微生物细菌等杂质。
将过滤后的煮沸自来水样品50μL加入200μL碳量子点纳米材料溶液、100μL pH为7.4的缓冲溶液，稀释至溶液总体积为1mL，混合均匀。激发波长设定为410nm，测定体系在490nm～500nm处的荧光强度。利用荧光强度与标准曲线的关系，对煮沸自来水样品中的次氯酸根离子进行检测与定量分析。检测结果见表1。
从表1可看出，煮沸自来水样品检出次氯酸根含量为3.63±0.02(μM±SD)，回收率为97±2％。
实施例12
本实施例采用次氯酸根离子的荧光检测方法对泳池水中的次氯酸根离子进行检测，具体过程为：
泳池水样品的预处理：通过0.22μm的水相醋酸纤维膜过滤去除泳池水样品中的大颗粒及微生物细菌等杂质。
将过滤后的泳池水样品50μL加入100μL碳量子点纳米材料溶液、100μL pH为7.4的缓冲溶液，稀释至溶液总体积为1mL，混合均匀。激发波长设定为410nm，测定体系在490nm～500nm处的荧光强度。利用荧光强度与标准曲线的关系，对泳池水样品中的次氯酸根离子进行检测与定量分析。检测结果见表1。
从表1可看出，泳池水样品检出次氯酸根含量为11.27±0.02(μM±SD)，回收率为106±3％。
表1
样品 含量(μM±SD) 回收率(％)
自来水 6.56±0.03 102±3
煮沸的自来水 3.63±0.02 97±2
泳池水 11.27±0.02 106±3
上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (9)

1.一种碳量子点纳米材料在具有温度响应和/或pH响应荧光探针中的应用，其特征在于：所述碳量子点纳米材料包括由派洛宁Y溶于水后置于聚四氟乙烯高压釜中，在180℃~200℃下反应6h~12h制得；
所述温度响应的温度范围为30℃～80℃；
所述pH响应的pH范围为2～7。
2.一种次氯酸根离子的荧光检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1:将次氯酸根离子标准品与碳量子点纳米材料溶液混合，制得标准对照品；
S2:将次氯酸根离子样品与碳量子点纳米材料溶液混合，制得待测品；
S3: 分别检测所述标准对照品与所述待测品在490nm~500nm处的荧光强度；
所述碳量子点纳米材料包括由派洛宁Y溶于水后置于聚四氟乙烯高压釜中，在180℃~200℃下反应6h~12h制得；
所述温度响应的温度范围为30℃～80℃；
所述pH响应的pH范围为2～7；
所述标准对照品、所述待测品的温度为10℃～40℃和/或pH为6～10。
3.根据权利要求2所述的次氯酸根离子的荧光检测方法，其特征在于：所述待测品中次氯酸根离子与所述碳量子点纳米材料的质量浓度比为(0.000000744~0.000186)：1。
4. 根据权利要求2所述的次氯酸根离子的荧光检测方法，其特征在于：所述S3为：设定激发波长为340nm ~440nm，分别检测所述标准对照品与所述待测品在490nm~500nm处的荧光强度。
5.根据权利要求2所述的次氯酸根离子的荧光检测方法，其特征在于：所述待测品中次氯酸根离子的浓度为0~25μM。
6.根据权利要求2所述的次氯酸根离子的荧光检测方法，其特征在于：所述碳量子点纳米材料溶液还包括pH为1~14的缓冲液。
7.一种如权利要求2~6任一项所述的次氯酸根离子的荧光检测方法在检测样品中次氯酸根离子的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述样品包括水、食品、生物样品、药品中的任意一种。
9.一种碳量子点纳米材料在检测次氯酸根离子中的应用，其特征在于：所述碳量子点纳米材料包括由派洛宁Y溶于水后置于聚四氟乙烯高压釜中，在180℃~200℃下反应6h~12h制得；
所述温度响应的温度范围为30℃～80℃；
所述pH响应的pH范围为2～7。
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