CN104927862B - 一种用于测定杀菌剂福美双的上转换发光纳米探针及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测定杀菌剂福美双的上转换发光纳米探针及其制备方法和应用，包括蓝色发光的上转换发光纳米颗粒的制备及其表面羧基化修饰，进一步地在纳米颗粒表面通过正负电吸引作用吸附Cu²⁺从而获得上转换发光纳米探针；可以通过测定待测溶液加入上转换发光纳米探针水溶液前后发光强度的变化来定量检测所含杀菌剂福美双的浓度。本发明的测定方法具有操作简单方便，灵敏，快速有效，抗自发信号干扰等优点，为杀菌剂福美双残留的快速检测提供了一种全新的、有效的技术手段。

Description

一种用于测定杀菌剂福美双的上转换发光纳米探针及其制备 方法和应用

技术领域

本发明属于上转换发光材料及其应用的技术领域，特别涉及一种上转换发光纳米探针及其在杀菌剂福美双快速检测中的应用。

背景技术

福美双是一种广泛使用的植物杀菌剂，主要用于处理种子和土壤，防治禾谷类作物白粉病、黑穗病、稻秧苗立枯病，同时也广泛用于苹果黑斑病、梨黑腥病、番茄和甘蓝黑肿病、水稻稻瘟病、麦类和玉米以及高粱黑穗病的防治等。然而福美双虽然杀菌谱广，应用广泛，但有较高的蓄积性；另外农作物种植过程中大量使用福美双，容易造成土壤、水体的污染。动物实验表明，福美双对大鼠、小鼠、肉鸡、鱼类均有不同程度的毒性。在豆芽生长过程中违规使用农药福美双，将会对人体健康构成威胁。例如残留的福美双对皮肤和粘膜有刺激作用，误服会出现恶心、呕吐、腹泻等症状，皮肤接触易发生搔庠及出现斑疹等。另外，我们国家规定了果蔬中福美双的最大残留限量为5mg/kg，美国环保署规定苹果中残留的福美双为7mg/kg，欧盟允许梨果类水果中残留的福美双为3mg/kg，日本规定在水中的福美双浓度不得超过0.006mg/L。因此开发一种福美双残留快速、灵敏的检测方法尤为重要。目前，传统的福美双检测方法主要有比色法(Giannoulis KM,《Talanta》,2014,276-283.)、极谱法(王健等，《分析化学》，2008,533-536。)、表面增强拉曼光谱检测(Zhang LL,Nanoscale,2013,3773-3779.)等等。但是这些方法不同程度上都面临检测灵敏度低、样品自发信号干扰、选择性差等缺点。

镧系掺杂的上转换发光纳米材料能利用低能量的近红外光子激发，发射出高能量的可见光，具有很多显著的优点，例如大的反斯托克斯位移，样品本身自发荧光干扰小等，因此在传感分析、生物成像和光动力学治疗等领域有广泛的应用。例如Liu Xiaogang等人在《J.Am.Chem.Soc.》杂志上报道的利用二氧化锰纳米片猝灭上转换发光纳米颗粒的发光后，再加入谷胱甘肽来恢复上转换发光纳米颗粒的发光，实现细胞内谷胱甘肽的超灵敏检测；Li Fuyou等人在《J.Am.Chem.Soc.》杂志上报道的用上转换发光纳米颗粒进行细胞内甲基汞的成像分析。然而，迄今为止，基于上转换发光纳米颗粒进行杀菌剂福美双残留的快速检测技术尚未被报道过。

发明内容

本发明旨在提供一种用于测定杀菌剂福美双的上转换发光纳米探针及其制备方法，用本发明方法制得的上转换发光纳米探针可应用于测定待测溶液中是否含有福美双以及所含的相应浓度，该测定方法具有操作简单方便、灵敏、快速有效、抗自发信号干扰等优点，克服了现有技术存在的问题，为福美双的快速灵敏检测提供了一种全新的技术手段。

本发明利用福美双与铜离子形成的配合物能通过发光共振能量转移的机理猝灭上转换发光纳米颗粒的蓝色发光，然后根据发光强度的猝灭程度来对待测物中福美双含量进行定量检测。

本发明测定方法基于上转换发光猝灭模式，所述的发光猝灭就是将待测物加入上转换发光纳米探针的水溶液中，待测物中福美双分子将与发光纳米颗粒表面的铜离子配位，通过发光共振能量转移途径猝灭其蓝色发光，在980nm的激发光下明亮的蓝色发光逐渐减弱，直至肉眼看不到颜色的存在，待测物中福美双含量越大，发光猝灭程度将越大。

本发明为实现上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明用于测定杀菌剂福美双的上转换发光纳米探针的制备方法，其特点在于包括以下步骤：

(A)制备蓝色发光的上转换发光纳米颗粒，所述蓝色发光的上转换发光纳米颗粒的激发波长为980nm，发射波长为440～500nm；

(B)将所述蓝色发光的上转换发光纳米颗粒进行表面羧基化修饰，得到羧基修饰的上转换发光纳米颗粒；

(C)对所述羧基修饰的上转换发光纳米颗粒进行Cu²⁺吸附，制得上转换发光纳米探针。

本发明上转换发光纳米探针的制备方法，其特点还在于：

所述蓝色发光的上转换发光纳米颗粒选自Yb和Tm掺杂的NaYF₄、NaGdF₄或CaF₂；所述羧基化表面修饰是指在所述蓝色发光的上转换发光纳米颗粒表面修饰分子中含有2个或2个以上羧基的有机分子。

步骤(A)中所述蓝色发光的上转换发光纳米颗粒的制备方法如下：

A1)将X成分、Yb(CH₃CO₂)₃、Tm(CH₃CO₂)₃按照摩尔比为79.8：20：0.2的量分散在油酸和十八烯的混合溶液中，抽真空100～150℃反应1～2个小时，得稀土离子的前驱液；其中X成分是指Y(CH₃CO₂)₃、Gd(CH₃CO₂)₃或Ca(CH₃CO₂)₂；

A2)将NaOH和NH₄F混合后超声分散在甲醇中，随后逐滴加入所述稀土离子的前驱液中，NaOH、NH₄F、所述稀土离子的前驱液的量按照总摩尔数比为1：4：1，搅拌反应0.5～1小时后，加热到80～100℃抽真空10分钟，然后升温到250～300℃在氮气保护下反应1～2个小时，冷却至室温后加入丙酮，离心，去上清液，取沉淀物用乙醇洗涤后真空干燥，即得所述蓝色发光的上转换发光纳米颗粒。

步骤(B)是按如下步骤进行：取所述蓝色发光的上转换发光纳米颗粒超声分散在乙醇中，加入质量分数10％的盐酸调节pH至4.0～5.0，超声反应1～2个小时后，离心，洗涤，将洗涤后的固体分散于聚丙烯酸等含有2个或2个以上羧基基团的有机分子水溶液中，搅拌反应24～48小时，离心，洗涤，即得羧基修饰的上转换发光纳米颗粒。

步骤(C)中对所述羧基修饰的上转换发光纳米颗粒进行Cu²⁺吸附的方法为：将步骤(B)获得的羧基修饰的上转换发光纳米颗粒分散在水中，然后加入铜离子水溶液反应1～2小时，离心，洗涤，即得上转换发光纳米探针。

本发明还公开了按上述制备方法所制备的上转换发光纳米探针及其在测定杀菌剂福美双中的应用。所述测定包括以下步骤：

(1)对上转换发光纳米探针的水溶液进行发光强度的测定，测得发光强度为I₀；

(2)将待测溶液与上转换发光纳米探针的水溶液混合10～30分钟后，测定发光强度为I；

(3)根据猝灭效率公式(I₀-I)/I₀计算待测溶液中福美双对上转换纳米探针发光的猝灭程度，从而定量测定所述待测溶液中福美双的浓度。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明上转换发光纳米探针的制备方法具有方法简单、成本低、在一般化学实验室均能完成、易于推广等优点。

2、本发明首次利用上转换发光纳米材料来进行福美双的快速灵敏检测，为果蔬等食品中福美双残留的快速检测提供了有效的技术支持。

3、本发明利用上转换发光纳米探针可以有效地避免待测物质自发荧光信号的干扰，极大地提高了技术的灵敏度和准确性。

4、本发明可以避免使用大型仪器，仅需一个手持式980nm的小型激光器就可进行可视化检测，操作简单，方便快速。

5、本发明方法样品预处理过程简单快速，较其他技术容易实现。

附图说明

图1是上转换发光纳米颗粒的发光光谱图；

图2是上转换发光纳米探针对福美双检测的光谱图；

图3是上转换发光纳米探针对福美双检测的线性定量曲线；

图4是上转换发光纳米探针对几种农药的选择性检测。

具体实施方式

下面结合附图和本发明的具体实施方式对本发明作进一步说明：

1、蓝色发光的上转换发光纳米颗粒的制备：

将212.3mg Y(CH₃CO₂)₃、70mg Yb(CH₃CO₂)₃和0.69mg Tm(CH₃CO₂)₃分散在6mL油酸和14mL十八烯的混合溶液中，抽真空150℃反应1个小时，得稀土离子的前驱液；

将100mg NaOH和148mg NH₄F混合后超声分散在10mL甲醇中，随后逐滴加入稀土离子的前驱液中，搅拌反应30分钟后，加热到80℃抽真空10分钟，然后升温到300℃在氮气保护下反应1个小时，冷却至室温后加入丙酮20～40mL，离心，去上清液，取沉淀物用乙醇洗涤3次后真空干燥，得到Yb和Tm掺杂的NaYF₄纳米颗粒，即为蓝色发光的上转换发光纳米颗粒。

将上述的Y(CH₃CO₂)₃等摩尔替换为Gd(CH₃CO₂)₃或Ca(CH₃CO₂)₂按上述步骤制备则得到Yb和Tm掺杂的NaGdF₄或CaF₂纳米颗粒，即为蓝色发光的上转换发光纳米颗粒。

所制备出上转换发光纳米颗粒能发射蓝色荧光，其激发波长为980nm，发射波长440～500nm。上转换发光纳米颗粒的发光光谱图见图1。

2、羧基修饰的上转换发光纳米颗粒的制备：

(1)对蓝色发光的上转换发光纳米颗粒进行羧基化表面修饰：取100mg上述干燥的纳米颗粒超声分散在10mL乙醇中，加入质量分数10％的盐酸调节pH至4.0，室温超声反应1个小时后，离心，用水洗涤3次，将洗涤后的固体分散于10mL聚丙烯酸的水溶液中，室温搅拌反应24小时，离心，洗涤，即得羧基修饰的上转换发光纳米颗粒。

本发明也可以用分子中含有2个以上羧基的其它有机分子进行羧基化表面修饰。

3、上转换发光纳米探针的制备：

对羧基修饰的上转换发光纳米颗粒进行铜离子吸附：将1mL的10mM铜离子水溶液加入10mL、浓度是1mg/mL的羧基修饰的上转换发光纳米颗粒的水溶液中反应1-2h，离心，用水洗涤3次，即得上转换发光纳米探针。

4、猝灭效率-福美双浓度的线性定量曲线

首先配制浓度为1mg/mL的上转换发光纳米探针的水溶液，然后检测其发光强度I₀；

然后分别将3μL具有梯度浓度的福美双溶液加入到3mL的上转换发光纳米探针的水溶液中，混合20分钟后，构成混合液，测试其各自的发光强度I，如图2所示。可以看出在混合液中福美双浓度为1nM时，发光就有明显响应，检测非常灵敏。随着福美双含量逐渐加大，发光逐渐猝灭。在加入福美双增加到0.1mM时发光强度降低到原始强度的20％左右。此时在980nm激光照射下，上转换发光纳米探针的发光变得很微弱。这种发光猝灭的模式实现了福美双的快速、高灵敏和高选择性检测。

根据公式S＝(I₀-I)/I₀计算不同浓度福美双各自的猝灭效率S，然后对应于各自的福美双浓度，绘制猝灭效率-福美双浓度的线性定量曲线，如图3所示。

为检测本实施例的上转换发光纳米探针对几种不同农药的检测效果，作如下测试：

分别将3μL浓度为0.1mM的农药吡虫啉、噻吩磺隆、烟嘧磺隆和二氯苯氧乙酸加入到3mL已配制好的浓度为1mg/mL的上转换发光纳米探针的水溶液，混合20分钟，检测加入前后的发光强度分别为I₀和I；根据公式S＝(I₀-I)/I₀计算各自的猝灭效率S。结果如图4所示，从图中可以看出相同浓度下，只有福美双能够显著地猝灭上转换纳米探针的发光强度，其他农药对探针的发光基本上没有影响。

为验证本发明方法的准确度，配制浓度为1μmol/L的福美双待测溶液，并对其按如下步骤进行测定：

(1)对3mL浓度为1mg/mL的上转换发光纳米探针的水溶液进行发光强度的测定，测得发光强度为I₀；

(2)加入3μL的待测溶液与上转换发光纳米探针的水溶液混合20分钟后，测定发光强度为I；根据猝灭效率公式(I₀-I)/I₀依次计算猝灭效率S。

(3)将S值代入猝灭效率-福美双浓度的线性定量曲线，从而获得福美双的浓度，然后根据稀释的倍数计算出待测溶液中福美双的具体浓度。结果表明这种方法计算的福美双浓度与实际浓度的误差小于5％。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明技术方案中的步骤、方法除特别说明外，均为本领域常规公知技术手段。

Claims (6)

1.一种用于测定杀菌剂福美双的上转换发光纳米探针的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(A)制备蓝色发光的上转换发光纳米颗粒，所述蓝色发光的上转换发光纳米颗粒的激发波长为980nm，发射波长为440～500nm；所述蓝色发光的上转换发光纳米颗粒选自Yb和Tm掺杂的NaYF₄、NaGdF₄或CaF₂；

(B)将所述蓝色发光的上转换发光纳米颗粒进行表面羧基化修饰，得到羧基修饰的上转换发光纳米颗粒，具体是按如下步骤进行：

取所述蓝色发光的上转换发光纳米颗粒超声分散在乙醇中，加入质量分数10％的盐酸调节pH至4.0～5.0，超声反应1～2个小时后，离心，洗涤，将洗涤后的固体分散于聚丙烯酸中，搅拌反应24～48小时，离心，洗涤，即得羧基修饰的上转换发光纳米颗粒；

(C)对所述羧基修饰的上转换发光纳米颗粒进行Cu²⁺吸附，制得上转换发光纳米探针。

2.根据权利要求1所述的上转换发光纳米探针的制备方法，其特征在于：步骤(A)中所述蓝色发光的上转换发光纳米颗粒的制备方法如下：

A1)将X成分、Yb(CH₃CO₂)₃、Tm(CH₃CO₂)₃按照摩尔比为79.8：20：0.2的量分散在油酸和十八烯的混合溶液中，抽真空100～150℃反应1～2个小时，得稀土离子的前驱液；其中X成分是指Y(CH₃CO₂)₃、Gd(CH₃CO₂)₃或Ca(CH₃CO₂)₂；

A2)将NaOH和NH₄F混合后超声分散在甲醇中，随后逐滴加入所述稀土离子的前驱液中，NaOH、NH₄F、所述稀土离子的前驱液的量按照总摩尔数比为1：4：1，搅拌反应0.5～1小时后，加热到80～100℃抽真空10分钟，然后升温到250～300℃在氮气保护下反应1～2个小时，冷却至室温后加入丙酮，离心，去上清液，取沉淀物用乙醇洗涤后真空干燥，即得所述蓝色发光的上转换发光纳米颗粒。

3.根据权利要求1所述的上转换发光纳米探针的制备方法，其特征在于：

步骤(C)中对所述羧基修饰的上转换发光纳米颗粒进行Cu²⁺吸附的方法为：将步骤(B)获得的羧基修饰的上转换发光纳米颗粒分散在水中，然后加入铜离子水溶液反应1～2小时，离心，洗涤，即得上转换发光纳米探针。

4.一种权利要求1～3中任一项所述制备方法所制备的上转换发光纳米探针。

5.一种权利要求4所述上转换发光纳米探针在测定杀菌剂福美双中的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于：所述测定包括以下步骤：

(1)对上转换发光纳米探针的水溶液进行发光强度的测定，测得发光强度为I₀；

(2)将待测溶液与上转换发光纳米探针的水溶液混合10～30分钟后，测定发光强度为I；

(3)根据猝灭效率公式(I₀-I)/I₀计算待测溶液中福美双对上转换纳米探针发光的猝灭程度，从而定量测定所述待测溶液中福美双的浓度。