CN107290316B

CN107290316B - 一种基于锆基mof的四环素荧光检测新方法

Info

Publication number: CN107290316B
Application number: CN201710503517.6A
Authority: CN
Inventors: 李秋平; 周游; 汪美玉
Original assignee: Ningbo University of Technology
Current assignee: Ningbo University of Technology
Priority date: 2017-06-27
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2020-08-14
Anticipated expiration: 2037-06-27
Also published as: CN107290316A

Abstract

本发明为化学传感技术领域，具体为一种基于锆基MOF的四环素荧光检测新方法。本发明以具有良好的水、热稳定性和优异发光性能的锆基金属有机骨架（Zr‑MOF）为检测平台，利用其对水体中四环素的选择性吸附富集和荧光响应，实现对四环素的高灵敏度、高选择性检测。同时，该检测方法具有很低的检测限。相较于其他四环素的检测方法，本发明的检测方法具有操作简单、快速、不需要昂贵复杂的仪器设备等优点，因而实用性强应用范围广。本方法中的锆基MOF对四环素的荧光响应基于锆基MOF和四环素之间的电子转移，两者之间的光诱导电子转移导致了锆基MOF的荧光猝灭。

Description

一种基于锆基MOF的四环素荧光检测新方法

技术领域

本发明属于化学传感领域，具体涉及一种基于锆基MOF的四环素荧光检测新方法。

背景技术

四环素是一类广谱抗生素，具有很好的杀菌作用。其价格便宜，已被广泛应用于动物饲料中用以预防或治疗传染病。目前在我国抗生素滥用的情况很严重，对环境和人们健康造成了很大的危害。长期食用含有抗生素的食物将引起骨骼畸形和生长抑制，对儿童和青少年牙齿和骨骼的生长和发育具有不利影响，降低身体对病原体的抗性，并导致肝肾损伤，产生抗性基因，临床耐药性越来越高。四环素抗生素残留使水环境不平衡，使水环境微生物和鱼类慢性中毒。因此，开发低成本、操作简单方便、可快速检测的技术来检测四环素等抗生素具有重要意义。目前，用于测定四环素的常用的方法主要有高效液相色谱、质谱、紫外可见吸收光谱等。然而，这些方法存在自己的局限性，例如复杂的样品处理，操作耗时长且成本高，并且需要复杂昂贵的仪器设备。发光金属有机骨架（MOFs）具有丰富可调的结构、有序的晶态孔道和高的比表面，其骨架中的有机配位和金属离子跟客体分子之间多样的主客体作用，可以富集客体分子并引起荧光性质的变化。因此，发光MOFs可以作为理想的荧光检测材料。在MOFs中，锆离子或金属团簇跟羧基类有机配体形成的锆基MOFs化学性质尤其稳定，在水中或弱酸碱性环境中能稳定存在。基于上述研究背景，本发明以一个具有优异发光性质的锆基MOF为检测平台，开发了一种高灵敏度高选择性的四环素荧光检测方法。这种检测方法的机理是基于锆基MOF和四环素之间的电子转移，两者之间的光诱导电子转移导致了荧光猝灭。本发明检测方法的高选择和高灵敏度来源于锆基MOF对四环素的高选择性吸附，从而起到的预浓缩效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于发光锆基MOF的低成本、操作简单、快速的荧光传感方法，实现水体中四环素的高灵敏度和高选择性检测。

本发明所采用的发光MOF为一个锆基MOF，具有良好的水、热稳定性和优异的荧光性质。该锆基MOF是由氯化锆、四[4-(4'-羧基苯基)苯基]乙烯、三氟乙酸和DMF的混合物通过溶剂热反应合成的。

在本发明中，以锆基MOF作为四环素的检测平台，实现对四环素的高选择性高灵敏度的检测的具体实施步骤如下：

（1）准确称重一定质量的经过活化的锆基MOF样品，经过搅拌和超声处理均匀分散在去离子水中，制备均一的锆基MOF悬浮液；

（2）每次取1 mL上述悬浮液进行实验，依次增量加入新制备的四环素水溶液，对锆基MOF进行荧光滴定实验；

（3）通过拟合处理和计算得到四环素的工作曲线、灵敏度、检测限和检测范围；

（4）利用得到工作曲线，对实际样品进行分析检测。

在本发明中，我们利用锆基MOF对四环素的高选择性吸附所起到的预浓缩效果，获得了非常理想的检测灵敏度和检测限。本发明检测方法的机理基于锆基MOF和四环素之间的光诱导电子转移，两者之间的光诱导电子转移导致了锆基MOF的荧光猝灭。

相对于现有技术，本发明的有益效果主要体现在检测方法具有以下优势和特性：

（1）高选择性。我们研究了11种抗生素对锆基MOF水溶液的发光反应：四环素（TC），卡那霉素（KANA），红霉素（ERY），青霉素（PEN），灰黄霉素（GRI），链霉素（STR），氯霉素（THI），呋喃唑酮（NZF），呋喃妥因（NFT）和氯霉素（CHL），锆基MOF仅对四环素显示出高荧光猝灭效率；

（2）高灵敏度和低检测限。四环素在激发波长365 nm 处有很强的吸收，从而减少了锆基MOF吸收的激发能，导致其荧光强度的降低。并且，四环素和锆基MOF之间很容易发生光诱导电子转移过程，而这个过程也会引起锆基MOF荧光的剧烈猝灭。因此，四环素对这个锆基MOF的荧光有很高的猝灭效率。另外，锆基MOF可以对四环素特异性吸附，使得四环素在锆基MOF孔道中预浓缩，从而使其在检测四环素时的灵敏度和检测限大为改善；

（3）抗干扰能力强。在365nm的激发波长下，自然水体或尿液等样品中的其他成分不会影响四环素对锆基MOF的荧光猝灭效果，因此这种检测方法不会受到样品中其他成分的干扰；

（4）具有荧光检测方法的常见优点，如成本低、操作简单、耗时短等，可实现实时、快速、方便的四环素检测。

附图说明

图1是实施例1中锆基MOF样品的XRD图。

图2是实施例1中的锆基MOF样品的SEM图。

图3a是实施例1中锆基MOF在不同浓度的四环素溶液中的荧光发射谱图。

图3b是实施例1中锆基MOF检测四环素的线性工作曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明所描述的内容并不局限于此。

实施例1

（1）在50mL反应管中，将ZrCl₄（120.0 mg，0.52mmol），H₄ETTC（60.0 mg，0.072mmol）和三氟乙酸（0.8 mL）超声溶解在N，N-二甲基甲酰胺（DMF，8.0 mL）中；将混合物在烘箱中在120℃下加热48小时，得到锆基MOF颗粒。将合成的产物分别用DMF（15 mL），丙酮（15mL）充分洗涤，最后在65℃下干燥12小时，得到最终产品。

（2）对制备的锆基MOF样品进行XRD测试和SEM形貌分析，如图1和图2所示。所获得的锆基MOF晶体具有多孔配位网络骨架结构，由矩形ETTC平面配体连接的Zr-O团簇组成，具有两种一维的孔道（六边形孔道（直径4.3 nm）和三角形孔道（直径1.5 nm））。

（3）对所制备的锆基MOF进行荧光性能分析。锆基MOF样品在紫外灯下有高亮度的黄光发射，且量子产率很高高（85.2%）。锆基MOF的激发光谱在250-450 nm具有非常强的宽带吸收，最大发射波长为538 nm。其发射光谱跟它的构筑单元H₄ETTC配体类似，表明其荧光性质来源于H₄ETTC配体。

（4）锆基MOF作为四环素荧光探针的工作曲线的构建：

①称取3mg经过活化的锆基MOF样品，研磨5分钟；

②将研磨后的样品加入含有20 mL的去离子水中，之后搅拌15分钟；

③将搅拌后的MOF探针溶液放入超声仪中继续超声15分钟，制备分散均一溶液；

④每次取1 mL上述悬浮液进行实验，依次增量加入新制备的四环素水溶液（浓度为0.1 mM, 20 μL每次）；

⑤每次加入四环素后，超声1分钟，之后立即在荧光仪上进行荧光测试，激发波长为365 nm，发射波长为538 nm；

⑥将测试得到的数据进行处理和拟合计算，得到四环素的工作曲线为I₀/I = 1 +0.98× [C]，其中I₀/I为加入四环素前和加入四环素后MOF探针的荧光强度的比值，C为四环素的浓度，单位为μM。根据工作曲线的斜率和10次空白样品测量的标准偏差计算得到最低检测限为 19 nM。

（5）实际样本检测效果验证：用本发明方法测定2份水样1和水样2，分别往样品中加入不同量的四环素，使样品1和样品2的浓度分别为0.1 μM和0.3 μM。用本发明方法对样品1和样品2分别测试3次，得到的样品1得到的回收率分别为96.6％、101%和107％，样品2得到的回收率分别为97.3％、98.7%和105％，并且RSD均小于2%，证明本发明的可靠性。

Claims

1.一种基于锆基MOF的四环素荧光检测新方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)准确称重一定质量的经过活化的锆基MOF样品，经过搅拌和超声处理均匀分散在去离子水中，制备均一的锆基MOF悬浮液；

(2)每次取1mL上述悬浮液进行实验，依次增量加入新制备的四环素水溶液，对锆基MOF进行荧光滴定实验；

(3)通过拟合处理和计算得到四环素的工作曲线、灵敏度、检测限和检测范围；

(4)利用得到的工作曲线，对实际样品进行分析检测；

所述锆基MOF是以ZrCl₄为无机构筑单元，四[4-(4'-羧基苯基)苯基]乙烯为有机构筑单元，通过DMF溶剂热法，温度控制在110-130摄氏度，反应时间为42-54小时，制备得到黄色的锆基MOF晶体；

所述锆基MOF为0.5-1.5μm微晶，且尺寸均匀，化学性质稳定，在空气和水溶液环境中稳定存在，在紫外灯下发出强烈的黄色荧光，量子效率高于40％，且在中性或酸碱性水溶液中浸泡一周后荧光强度未明显降低；

所述锆基MOF作为荧光探针，在跟被检测物四环素作用后，MOF探针的特征激发波长为365nm，特征发射波长为538nm。

2.根据权利要求1所述的基于锆基MOF的四环素荧光检测新方法，其特征在于，所述工作曲线经如下步骤得出：称取3-5mg经过活化的锆基MOF样品，研磨5-10分钟；将研磨后的样品加入含有15-25mL的去离子水中，之后搅拌15-20分钟；将搅拌后的MOF探针溶液放入超声仪中继续超声15-20分钟，制备分散均一的锆基MOF悬浮液；每次取1mL上述悬浮液进行实验，依次增量加入20μL新制备的浓度为0.1mM的四环素水溶液；每次加入四环素后，超声1-2分钟，之后立即在荧光仪上进行荧光测试，激发波长为365nm，发射波长为538nm；将测试得到的数据进行处理和拟合计算得到四环素的工作曲线、灵敏度、检测限和检测范围。

3.根据权利要求1所述的基于锆基MOF的四环素荧光检测新方法，其特征在于，对实际样品中四环素的含量进行分析检测按如下步骤进行：取1mL实际样品，加入1mL MOF探针溶液中；超声1-2分钟，使实际样品和MOF混合均匀并充分接触；将超声后的溶液立即进行荧光测试，激发波长为365nm，发射波长为538nm；根据测得的荧光强度和工作曲线，计算出实际样品中四环素的含量。