一種熒光納米檢測材料的制備及應(yīng)用性能試驗

趙雪磊，趙晉

摘要：針對傳統(tǒng)重金屬測定方法精度低和其他重金屬的干擾，提出一種熒光納米傳感器材料的檢測方法，，并對其性能進(jìn)行了測試。結(jié)果表明，當(dāng)待測體系內(nèi)存在銅離子時，熒光納米材料中的熒光開始淬滅。當(dāng)體系內(nèi)銅離子濃度提升至70 μmol/L時，熒光納米材料內(nèi)的硅納米粒子熒光發(fā)射峰幾乎完全淬滅；在0～1 μmol/L時，熒光強度與銅離子的線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)（R2）大于0.99，最低檢出限為0.01 μmol/L，且傳感器檢測性能不受其他重金屬離子影響；在pH值為4～8時，經(jīng)過紫外光光照連續(xù)照射60 min，且在室溫條件下放置30 d后，熒光納米材料的熒光強度幾乎不發(fā)生變化，加標(biāo)回收率約為95%～105%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為1.4%～3.6%，表現(xiàn)出良好的綜合性能。

關(guān)鍵詞：熒光納米材料；重金屬檢測；抗干擾性；熒光強度

中圖分類號：TQ422文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2023）12-0076-04

Preparation and application performance test?of fluorescent nano-detection materials

ZHAO Xuelei，ZHAO Jin

（Shangluo Vocational and Technical College，Shangluo 726000，Shaanxi China）

Abstract：In view of the low accuracy of traditional heavy metal determination methods and the interference of other heavy metals，a detection method of fluorescent nanosensor materials was proposed，and its performance was tested.The experimental results showed that，when there were copper ions in the system to be tested，the fluorescence of the fluorescent nano sensor solution began to quench，and when the concentration of copper ions in the system increased to 70 μmol/L，the fluorescence emission peak of silicon nanoparticles in the fluorescent nanosensor solution was almost completely quenched.At 0～1 μmol/L，the fluorescence intensity had a good linear relationship with copper ion，the correlation coefficient （R2） was greater than 0.99，and the minimum detection limit was 0.01 μmol/L.The detection performance of the sensor was not affected by other heavy metal ions.When the pH range was 4～8，the fluorescence intensity of the fluorescent nano sensor solution almost did not change after being continuously exposed to ultraviolet light for 60 minutes and placed at room temperature for 30 days.The recovery rate of spike was about 95%～105%，and the relative standard deviation RSD was 1.4%～3.6%，showing good comprehensive performance.

Key words：fluorescent nano sensor;heavy metal detection;immunity to interference;fluorescence intensity

如何結(jié)合靈敏的傳感器對重金屬元素進(jìn)行檢測分析，是當(dāng)前檢測化學(xué)分析研究的主流，部分學(xué)者也進(jìn)行了大量研究。如綜述了目前最常用的重金屬檢測方法[1];以生物傳感方法為主要方法，測定食品中重金屬含量[2];在光譜檢測的基礎(chǔ)上，研究了前處理方法對重金屬檢測的影響[3];以新型納米復(fù)合材料為修飾電極，通過電化學(xué)作用檢測水體中的重金屬元素[4]。以上研究為重金屬的檢測提供了借鑒，但檢測時易受其他離子的干擾?；诖?，試驗參考文獻(xiàn)[5]的方法，制備出一種新型熒光納米傳感器，為包括中藥材重金屬在內(nèi)的元素檢測提供參考。

1試驗部分

1.1材料與設(shè)備

主要材料：甲酰胺（分析純），琳盛化工；硅烷偶聯(lián)劑（KH550），創(chuàng)世化工；硝酸銅（分析純），富浩化工。

主要設(shè)備：RE-201型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（科興儀器）；YZ-180DB型超聲清洗機(jī)（越眾儀器設(shè)備）；ZNCL-TS型磁力攪拌器（長征儀器）；3-16R型高速離心機(jī)（恒諾儀器）；AFS-680型熒光光譜儀（美析儀器）。

1.2試驗方法

1.2.1硅納米粒子制備

（1）在10 mL甲酰胺中倒入3 mL的KH550，充分?jǐn)嚢枋蛊浠旌暇鶆颉Ｔ赮Z-180DB型超聲清洗機(jī)的作用下超聲處理，處理時間為1 min;

（2）在聚四氟乙烯內(nèi)襯的溫度為180 ℃的高壓釜中加熱6 h;

（3）在室溫環(huán)境自然冷卻。在3-16R型高速離心機(jī)的作用下進(jìn)行離心處理，離心轉(zhuǎn)速和時間分別為7 500 r/min和10 min;

（4）收集離心后溶液的上清液，在RE-201型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的作用下去除溶劑，然后在1 000 u濾膜作用下對制備產(chǎn)物進(jìn)行透析純化，得到硅納米粒子。

1.2.2碳點的制備

（1）在30 mL超純水中融入198 mg鄰笨二胺，然后在聚四氟乙烯內(nèi)襯的高壓釜的作用下進(jìn)行加熱處理，加熱溫度和時間分別為160 ℃和5 h，得到懸浮液;

（2）通過高速離心機(jī)對懸浮液進(jìn)行離心處理，離心轉(zhuǎn)速和時間分別為6 000 r/min和10 min;

（3）將離心后溶液中大顆粒去除后，收集上清液，放入1 000 u濾膜中進(jìn)行透析純化，得到碳點。

1.2.3熒光納米材料制備

（1）取0.5 mL硅納米粒子稀釋400倍，在2.5 mL碳點中注入1 mL稀釋過的硅納米粒子，然后在ZNCL-TS型磁力攪拌器的作用下充分混合，攪拌時間為5 min;

（2）在6 000 r/min的轉(zhuǎn)速條件下離心20 min，取離心后溶液的上清液，放入1 000 u 濾膜中進(jìn)行透析純化，得到熒光納米材料。

1.3性能測試

1.3.1檢測性能測試

提前配制銅離子濃度為0～70 μm/L的待測溶液備用，然后將一定體積的待測溶液注入熒光納米材料中，室溫靜置1 min。通過AFS-680型熒光光譜儀測試390 nm激發(fā)波長下的熒光淬滅情況。

1.3.2選擇性和干擾性試驗

分別在3 mL熒光納米材料中放入濃度為10 μmol/L的重金屬離子，用熒光光譜儀對熒光強度進(jìn)行測試。然后加入50 μmol/L的銅離子，再次測定熒光強度。

1.3.3實際樣品檢測

（1）分別取蒲公英和決明子若干，用開水沖泡后自然放涼，然后用0.22 μm的濾膜進(jìn)行過濾，收集濾液作為待測液;

（2）取一定體積的待測液放入不同濃度的銅離子，然后將混合物注入熒光納米材料中，進(jìn)行加標(biāo)回收率的測試。

1.3.4穩(wěn)定性測試

測試穩(wěn)定性：改變測試液的pH值，觀察pH值的改變對熒光強度的影響。

電化學(xué)穩(wěn)定性：365 nm 紫外燈對熒光納米材料進(jìn)行連續(xù)照射60 min，觀察不同照射時間對傳感器熒光強度的影響。

儲存穩(wěn)定性：將制備好的熒光納米材料在干燥陰涼的環(huán)境中靜置30 d，且不進(jìn)行任何的保護(hù)措施，觀察熒光強度變化。

2結(jié)果與討論

2.1銅離子檢測靈敏度分析

硅納米粒子可以與銅離子進(jìn)行絡(luò)合，導(dǎo)致熒光淬滅，實現(xiàn)銅離子的檢測。通過對不同銅離子熒光響應(yīng)情況的測量表征材料的靈敏度，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，熒光納米材料在390 nm單一激發(fā)條件下，在463 nm和 562 nm分別出現(xiàn)了對應(yīng)硅納米粒子和碳點的熒光發(fā)射峰；當(dāng)體系內(nèi)有銅離子存在時，463 nm處的硅納米粒子熒光發(fā)射峰強度出現(xiàn)變化。這說明銅離子與材料體系內(nèi)的硅納米粒子產(chǎn)生了絡(luò)合反應(yīng)，使得硅納米粒子的熒光發(fā)射峰淬滅[6]。在體系內(nèi)存在的銅離子濃度越高，硅納米粒子的淬滅現(xiàn)象越明顯，當(dāng)體系內(nèi)銅離子濃度提升至70 μmol/L時，熒光納米材料中的硅納米粒子熒光發(fā)射峰幾乎完全淬滅。以上變化說明了試驗制備的熒光材料檢測銅離子時表現(xiàn)出良好的靈敏度。碳點熒光強度不受銅離子濃度的影響，這可以在檢測的過程中建立內(nèi)標(biāo)，進(jìn)而減少了難控因素的干擾，使得熒光納米材料溶液檢測結(jié)果更準(zhǔn)確[10-11]。

2.2相關(guān)性能分析

熒光納米材料中硅納米粒子與碳源熒光強度比值（下文簡稱熒光比值）隨體系內(nèi)銅離子濃度的關(guān)系如圖2 所示。

由圖2可知，隨體系內(nèi)銅離子濃度的增加，熒光比值緩慢的下降，且體系內(nèi)銅離子濃度越高，下降趨勢慢慢變緩[12-13]。在0～1 μmol/L時，銅離子濃度與熒光強度線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)（R2）超過0.99，銅離子響應(yīng)最低檢出限為0.01 μmol/L，表現(xiàn)出較好的檢測精度和相關(guān)性能。

2.3特異性及抗干擾性分析

將多種常見濃度為10 μmol/L的金屬離子分別添加至熒光納米材料內(nèi)，然后放入濃度為50 μmol/L的銅離子，觀察熒光材料熒光強度變化，測試結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，熒光強度幾乎不受其他重金屬離子影響。這說明試驗制備的熒光納米材料對其他重金屬離子并不敏感[14-15]。在重金屬體系內(nèi)加入銅離子過后，熒光強度比值明顯下降，淬滅效果明顯。

2.4穩(wěn)定性測試

2.4.1測試穩(wěn)定性分析

除了檢測性能和特異性能外，穩(wěn)定性也是熒光納米材料不可或缺的應(yīng)用性能。改變測試溶液的pH值，確定熒光納米材料在不同酸堿條件下，測試銅離子熒光強度比值的變化，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，材料熒光強度比值幾乎不隨pH值的變化發(fā)生變化，這說明制備的材料不受檢測環(huán)境pH值的影響，熒光強度比較穩(wěn)定，可以在不同酸堿程度水樣中進(jìn)行銅離子的檢測，表現(xiàn)出較強的測試穩(wěn)定性[16-17]。

2.4.2光化學(xué)穩(wěn)定性

觀察光照時間對熒光強度的影響，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，隨光照時間的增加，熒光納米材料的熒光強度比值有一定降低，但降低程度較小。連續(xù)照射60 min后，熒光強度比值下降率為6%。這說明制備的熒光材料具備較強的光化學(xué)穩(wěn)定性，在不同的光照條件下均勻保持較好的檢測性[18]。

2.4.3存儲穩(wěn)定性

觀察儲存時間對熒光強度比值變化，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，隨放置時間的增加，熒光強度比值有一定下降，但下降幅度較小，幾乎可以忽略不計。這說明本試驗制備的熒光納米材料在室溫環(huán)境下具備較好的儲存穩(wěn)定性[19-20]。

2.5實際樣品檢測

為了確定制備的熒光納米材料在實際中的檢測情況，選擇常見的中藥為檢測對象，確定其檢測準(zhǔn)確性，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，2種中藥溶液的加標(biāo)回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）分別為95%～105%、1.4%～3.6%，表現(xiàn)出良好的檢測準(zhǔn)確性。

3結(jié)語

（1）當(dāng)待測體系內(nèi)存在銅離子時，熒光納米材料表現(xiàn)出較明顯的熒光淬滅，當(dāng)體系內(nèi)銅離子濃度提升至70 μmol/L時，熒光納米材料內(nèi)的硅納米粒子熒光發(fā)射峰幾乎完全淬滅，表現(xiàn)出良好的檢測性能;

（2）在0～1 μmol/L，銅離子濃度與熒光材料熒光強度比值間存在較明顯的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)（R2）超過0.99，最低檢出限為0.01 μmol/L，表現(xiàn)出較好的檢測精度和相關(guān)性能;

（3）熒光強度比值在其他重金屬離子共存的情況變化較小，基本可以忽略不計。在待測體系內(nèi)放入銅離子后，淬滅效果明顯，幾乎不受其他重金屬離子影響，表現(xiàn)出良好的特異性和抗干擾性能;

（4）在pH值為4～8時，熒光材料的熒光強度比值并未出現(xiàn)明顯的變化；經(jīng)過紫外光光照連續(xù)照射60 min后，熒光強度比值下降率為6%；在室溫條件下放置30 d后，熒光納米材料的熒光強度幾乎不發(fā)生變化，表現(xiàn)出良好的測試、電化學(xué)和儲存穩(wěn)定性;

（5）通過對實際樣品進(jìn)行檢測，2種中藥溶液的加標(biāo)回收率約為95%～105%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為1.4%～3.6%，表現(xiàn)出良好的檢測準(zhǔn)確性。

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