本發(fā)明屬于環(huán)境功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種sba-15微反應(yīng)器用于石墨烯量子點(diǎn)的制備方法及熒光傳感器的應(yīng)用，具體涉及一種基于氧化石墨烯表面石墨烯量子點(diǎn)熒光分子印跡聚合物的制備方法和用于雙酚a檢測。

背景技術(shù)：

雙酚a(bpa)是一種雌性激素內(nèi)分泌干擾物，具有致癌性和損害生殖系統(tǒng)毒性。bpa廣泛用于塑料工業(yè)中聚碳酸酯塑料制品、環(huán)氧樹脂制造中的單體，和其他產(chǎn)品(例如阻燃劑、增塑劑)中的添加劑。這些塑料制品有一部分用于食品和飲料的包裝容器，這些容器受熱或者浸漬在水環(huán)境中，bpa常常會從中滲透出來。目前已經(jīng)在軟飲料等食品中檢測出bpa，因此檢測飲料中的bpa對于保護(hù)人類健康有著重大意義。

目前，食品中bpa的檢測方法有高效液相色譜法(hplc)、免疫分析法(elisa)、熒光分光光度法。由于hplc對樣品的提取和凈化要求較高，樣品預(yù)處理繁瑣；elisa方法存在酶活性不穩(wěn)定，操作時易受現(xiàn)場條件的影響，且實(shí)際操作過程需要多次洗滌造成重復(fù)性差；熒光分光光度法有操作步驟簡單，分析速度快，是一種理想的檢測bpa的方法。石墨烯量子點(diǎn)(gqds)是基于石墨烯發(fā)展來的零維納米材料，與常規(guī)半導(dǎo)體量子點(diǎn)比較，其由于不含金屬離子具有毒性低、生物相容性好的特點(diǎn)，是一種理想的熒光材料。gqds通常由石墨烯氧化剝離得到，但這種方法制備的量子點(diǎn)尺寸分布較大，產(chǎn)率低，不適合實(shí)際生產(chǎn)。微反應(yīng)器合成法是一種新型納米材料合成的方法，限于微反應(yīng)器尺寸制備的產(chǎn)物尺寸較為均一。sba-15是一種常見的介孔硅基材料，其孔道均勻且較小，是一種優(yōu)異的微反應(yīng)器。sba-15微反應(yīng)器制備gqds能夠極大提高其產(chǎn)率，合成尺寸均一的量子點(diǎn)。gqds由于其邊緣有著豐富的羧基和羥基，表現(xiàn)出優(yōu)良的水溶性且易修飾改性，用于污染物的檢測。但是由于其不具備特異性識別能力，在復(fù)雜基體溶液中受到干擾大，限制其進(jìn)一步的應(yīng)用。另外，通常飲料中的bpa含量由于較低，在檢測前通常需要進(jìn)行預(yù)富集。

分子印跡固相萃取劑(mip)由于其特異性選擇能力，能夠分離復(fù)雜品中的目標(biāo)物，受到研究人員的青睞，已廣泛用于bpa的富集。但是常見的分子印跡固相吸附劑由于吸附位點(diǎn)包埋過深、傳質(zhì)阻率大的問題，導(dǎo)致吸附達(dá)到平衡時間長、模板洗脫不完全等問題。為解決這些分子印跡缺陷，表面分子印跡技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。氧化石墨烯(go)是一種二維材料，具有超高的比表面積，是一種良好的基質(zhì)材料，已廣泛用于表面分子印跡聚合物的制備。然而表面分子印跡吸附劑進(jìn)行樣品預(yù)富集后還需要洗脫才能夠用于檢測，步驟較為繁瑣且可能由于洗脫不完全造成檢測結(jié)果偏低。結(jié)合表面分子印跡的選擇性和石墨烯量子點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)，制備了能夠特異性識別bpa的熒光傳感器(bpa-mip)，并對飲料中bpa的滲透量進(jìn)行分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)在石墨烯量子點(diǎn)制備過程中產(chǎn)率低、尺寸差異大等缺陷；檢測bpa過程中樣品預(yù)處理繁瑣、對目標(biāo)物識別響應(yīng)低等不足，提供一種sba-15微反應(yīng)器用于石墨烯量子點(diǎn)的制備及熒光傳感器應(yīng)用。

利用自由基聚合，以甲基丙烯酸甲脂(mma)和l-苯丙氨酸甲酯(map)為功能單體，bpa為模板劑，氧化石墨烯為基質(zhì)材料，二甲基丙烯酸乙二醇酯(egdma)為交聯(lián)劑，偶氮二異丁腈(aibn)為引發(fā)劑，在甲醇溶劑中制備了能夠特異性識別bpa的熒光傳感器(bpa-mip)，并用于飲料中bpa滲透量的檢測。

一種石墨烯量子點(diǎn)的制備方法，采用sba-15微反應(yīng)器制備，包括以下步驟：

(1)將sba-15分散到含有alcl3的乙醇溶液中，劇烈攪拌，然后將混合液放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中進(jìn)行旋蒸，蒸發(fā)至干；最后將固體轉(zhuǎn)移到管式爐中在空氣中灼燒，得到alsba-15；

(2)取步驟(1)制備好的alsba-15，將糠醇(fa)均勻滴加在其表面進(jìn)行浸漬，然后烘箱中除去多余的fa，得到pfa-sba-15；

(3)將步驟(2)制備好的固體pfa-sba-15研磨成粉，轉(zhuǎn)移至管式爐中灼燒，n2氣流中進(jìn)行縮聚，在pfa-sba-15孔道內(nèi)壁形成一層薄薄碳層得到c/sba-15；

(4)稱取步驟(3)制備的c/sba-15放入到聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，加入濃hno3進(jìn)行g(shù)qds洗脫，水熱反應(yīng)得到黃色濾液，加入去離子水進(jìn)行滲透除去過量的酸，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮后冷凍干燥得到尺寸均一的石墨烯量子點(diǎn)gqds。

步驟(1)中，所述的sba-15與alcl3的質(zhì)量比為1:0.5～2，管式爐中灼燒溫度為550℃，時間為5h。

步驟(2)中，所述的alsba-15與fa用量比為1g:2～5ml，烘箱去除多余fa溫度為80℃。

步驟(3)中，所述的管式爐中n2氛圍灼燒150℃下1～4h，然后10℃/min升溫到300℃，5℃/min升溫到850℃保持3～6h。

步驟(4)中，所述的c/sba-15與濃硝酸的用量比為1g:5～20ml，水熱反應(yīng)溫度為160℃。

將本發(fā)明制備的石墨烯量子點(diǎn)用于制備分子印跡熒光傳感器的用途。

將本發(fā)明制備的石墨烯量子點(diǎn)用于制備雙酚a表面分子印跡熒光傳感器的用途。

利用本發(fā)明制備的石墨烯量子點(diǎn)制備雙酚a表面分子印跡熒光傳感器的方法，包括如下步驟：

三口燒瓶，加入甲醇和go進(jìn)行超聲分散，然后加入雙酚abpa，對甲基丙烯酸甲酯mma，l-苯丙氨酸甲酯map，石墨烯量子點(diǎn)gqds的甲醇溶液進(jìn)行自組裝，攪拌過夜，將混合液轉(zhuǎn)入到水浴鍋中，加入二甲基丙烯酸乙二醇酯egdma和偶氮二異丁腈aibn，氮?dú)夥罩幸l(fā)聚合，聚合后用甲醇洗滌產(chǎn)物，真空干燥；用甲醇/乙酸混合溶液進(jìn)行索氏萃取洗滌，真空干燥，即為雙酚a表面分子印跡熒光傳感器bpa-mip。

所述甲醇與go使用量體積質(zhì)量比為1ml:1～10mg；bpa、mma、map的物質(zhì)的量之比為1：2～4：8～16；egdma使用量為10mmol，aibn用量為5mg；聚合溫度為45～55℃；索氏萃取中甲醇/乙酸體積比為4:1。

雙酚a表面非分子印跡熒光傳感器(bpa-nip)的制備方法與bpa-mip制備方法相同，但不加模板分子bpa。

本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

以sba-15為微反應(yīng)器解決現(xiàn)有技術(shù)在石墨烯量子點(diǎn)制備過程中產(chǎn)率低、尺寸差異大等缺陷，制備尺寸均一、量子產(chǎn)率高的gqds；利用自由基聚合，以甲基丙烯酸甲脂(mma)和l-苯丙氨酸甲酯(map)為功能單體，bpa為模板劑，制備了能夠特異性識別bpa的熒光傳感器(bpa-mip)。結(jié)合表面分子印跡技術(shù)，不僅提高了gqds對目標(biāo)分子的識別能力，提高其對目標(biāo)物響應(yīng)速度，還為快速、選擇性檢測飲料中痕量的bpa奠定堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1(a)樣品c/sba-15(a)和pfa-sba-15(b)的紅外譜圖；(b)樣品go(a)和bpa-mip(b)的紅外譜圖；

圖2(a)樣品c/sba-15(a)和alsba-15(b)的xrd圖；(b)樣品bpa和go的xrd圖；

圖3bpa-mip的激發(fā)(a)和發(fā)射(b)光譜圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖及具體實(shí)施實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

(1)基于sba-15微反應(yīng)器制備石墨烯量子點(diǎn)(gqds)

1gsba-15分散到含有0.5galcl3的乙醇溶液中，劇烈攪拌12h。然后將混合液放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中進(jìn)行旋蒸，50℃蒸發(fā)至干。最后將固體轉(zhuǎn)移到管式爐中550℃空其中灼燒5h，得到alsba-15。取1.0g制備好的alsba-15，將2.5mlfa均勻滴加在其表面進(jìn)行浸漬，然后80℃烘箱中除去多余的fa。將制備好的固體(pfa-sba-15)研磨成粉，轉(zhuǎn)移至管式爐中，150℃灼燒1h，然后10℃/min升溫到300℃，5℃/min升溫到850℃保持4h，10ml/minn2氣流中進(jìn)行縮聚，在alsba-15孔道內(nèi)壁形成一層薄薄碳層得到c/sba-15。稱取1gc/sba-15放入到聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，加入6ml濃hno3進(jìn)行g(shù)qds洗脫。160℃下反應(yīng)5h得到黃色濾液，加入500ml去離子水進(jìn)行滲透除去過量的酸，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮后冷凍干燥得到尺寸均一的gqds。

(2)雙酚a表面分子印跡熒光傳感器(bpa-mip)的制備

100ml三口燒瓶，加入20ml甲醇和30mggo進(jìn)行超聲分散30min。然后加入1mmolbpa，2.5mmolmma，10mmolmap，10mlgqds的甲醇溶液(50mg/l)進(jìn)行自組裝，攪拌過夜。將混合液轉(zhuǎn)入到水浴鍋中，加入10mmolegdma和5mgaibn，45℃氮?dú)夥罩幸l(fā)聚合，聚合6h后用甲醇洗滌產(chǎn)物，真空干燥。用甲醇/乙酸(v:v，4:1)混合溶液進(jìn)行索氏萃取洗滌，真空干燥后即為雙酚a表面分子印跡熒光傳感器(bpa-mip)。雙酚a表面非分子印跡熒光傳感器(bpa-nip)的制備方法與bpa-mip制備方法相同，但不加模板分子bpa。

實(shí)施例2

(1)基于sba-15微反應(yīng)器制備石墨烯量子點(diǎn)(gqds)

1gsba-15分散到含有1galcl3的乙醇溶液中，劇烈攪拌12h。然后將混合液放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中進(jìn)行旋蒸，50℃蒸發(fā)至干。最后將固體轉(zhuǎn)移到管式爐中550℃空其中灼燒5h，得到alsba-15。取1.0g制備好的alsba-15，將3.0mlfa均勻滴加在其表面進(jìn)行浸漬，然后80℃烘箱中除去多余的fa。將制備好的固體(pfa-sba-15)研磨成粉，轉(zhuǎn)移至管式爐中，150℃灼燒2h，然后10℃/min升溫到300℃，5℃/min升溫到850℃保持4.5h，10ml/minn2氣流中進(jìn)行縮聚，在alsba-15孔道內(nèi)壁形成一層薄薄碳層得到c/sba-15。稱取1gc/sba-15放入到聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，加入8ml濃hno3進(jìn)行g(shù)qds洗脫。160℃下反應(yīng)5h得到黃色濾液，加入500ml去離子水進(jìn)行滲透除去過量的酸，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮后冷凍干燥得到尺寸均一的gqds。

(2)雙酚a表面分子印跡熒光傳感器(bpa-mip)的制備

100ml三口燒瓶，加入20ml甲醇和40mggo進(jìn)行超聲分散30min。然后加入1mmolbpa，3mmolmma，12mmolmap，10mlgqds的甲醇溶液(50mg/l)進(jìn)行自組裝，攪拌過夜。將混合液轉(zhuǎn)入到水浴鍋中，加入10mmolegdma和5mgaibn，48℃氮?dú)夥罩幸l(fā)聚合，聚合6h后用甲醇洗滌產(chǎn)物，真空干燥。用甲醇/乙酸(v:v，4:1)混合溶液進(jìn)行索氏萃取洗滌，真空干燥后即為雙酚a表面分子印跡熒光傳感器(bpa-mip)。雙酚a表面非分子印跡熒光傳感器(bpa-nip)的制備方法與bpa-mip制備方法相同，但不加模板分子bpa。

實(shí)施例3

(1)基于sba-15微反應(yīng)器制備石墨烯量子點(diǎn)(gqds)

1gsba-15分散到含有1.5galcl3的乙醇溶液中，劇烈攪拌12h。然后將混合液放入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中進(jìn)行旋蒸，50℃蒸發(fā)至干。最后將固體轉(zhuǎn)移到管式爐中550℃空其中灼燒5h，得到alsba-15。取1.0g制備好的alsba-15，將4.0mlfa均勻滴加在其表面進(jìn)行浸漬，然后80℃烘箱中除去多余的fa。將制備好的固體(pfa-sba-15)研磨成粉，轉(zhuǎn)移至管式爐中，150℃灼燒2.5h，然后10℃/min升溫到300℃，5℃/min升溫到850℃保持5h，10ml/minn2氣流中進(jìn)行縮聚，在alsba-15孔道內(nèi)壁形成一層薄薄碳層得到c/sba-15。稱取1gc/sba-15放入到聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，加入10ml濃hno3進(jìn)行g(shù)qds洗脫。160℃下反應(yīng)5h得到黃色濾液，加入500ml去離子水進(jìn)行滲透除去過量的酸，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮后冷凍干燥得到尺寸均一的gqds。

(2)雙酚a表面分子印跡熒光傳感器(bpa-mip)的制備

100ml三口燒瓶，加入20ml甲醇和50mggo進(jìn)行超聲分散30min。然后加入1mmolbpa，3.5mmolmma，14mmolmap，10mlgqds的甲醇溶液(50mg/l)進(jìn)行自組裝，攪拌過夜。將混合液轉(zhuǎn)入到水浴鍋中，加入10mmolegdma和5mgaibn，48℃氮?dú)夥罩幸l(fā)聚合，聚合6h后用甲醇洗滌產(chǎn)物，真空干燥。用甲醇/乙酸(v:v，4:1)混合溶液進(jìn)行索氏萃取洗滌，真空干燥后即為雙酚a表面分子印跡熒光傳感器(bpa-mip)。雙酚a表面非分子印跡熒光傳感器(bpa-nip)的制備方法與bpa-mip制備方法相同，但不加模板分子bpa。

本發(fā)明具體實(shí)施方式中識別和檢測性能評價按照下述方法進(jìn)行：為了能夠?qū)⒅苽浜玫腷pa-mip用于飲料中bpa的檢測，我們對bpa-mip的熒光響應(yīng)性進(jìn)行了考察。激發(fā)光波長為312nm，波長范圍為420～700nm，狹縫寬度均為10nm進(jìn)行檢測。將制備好的bpa-mip和bpa-nip分散在去離子水中，配置一定濃度為的bpa儲備液放置在冰箱中。取一定量bpa-mip和bpa-nip分散液，加入bpa標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋到具色比色管刻度線，靜置一會兒后進(jìn)行熒光測定。用分子熒光光度計(jì)測量系統(tǒng)檢測溶液的熒光強(qiáng)度。根據(jù)stern-volmerequation(f0/f＝1+ksv[c])以濃度[c]為橫坐標(biāo)，相對熒光強(qiáng)度(f0/f)為縱坐標(biāo)繪制熒光響應(yīng)曲線。實(shí)驗(yàn)中擇了2種與bpa結(jié)構(gòu)類似的4,4’-聯(lián)苯二酚(bip)和3,3’,5,5’-四溴雙酚a(tbbpa)分別進(jìn)行吸附選擇性考察。

將制備好的bpa-mip和bpa-nip分散在去離子水中，濃度為500mg/l。配置濃度為1mmol/l的bpa儲備液放置在冰箱中。取一定量bpa-mip和bpa-nip分散液，加入bpa標(biāo)準(zhǔn)溶液混合定容，形成測試液，靜置30min后轉(zhuǎn)入熒光比色皿中進(jìn)行熒光強(qiáng)度測量。熒光強(qiáng)度隨著bpa濃度的增加而逐步減弱，bpa濃度在0.5～20μmol/l范圍內(nèi)與相對熒光強(qiáng)度f0/f呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系(線性相關(guān)系數(shù)r²＝0.9981)，表明bpa-mip具有很好的熒光檢測bpa的能力。

稱取5mgbpa-mip和bpa-nip加入到含有分別含有5mg/l各類競爭物質(zhì)的溶液中進(jìn)行選擇性吸附。吸附達(dá)到平衡后bpa-mip或bpa-nip對bpa和其他競爭分子的可以通過熒光強(qiáng)度f/f0的比值來判斷對加入物質(zhì)的親和能力。bpa-mip對bpa熒光響應(yīng)較好，熒光強(qiáng)度變化明顯，而對其他2種物質(zhì)沒有明顯的熒光猝滅。表明bpa-mip對bpa有良好的選擇性，并且對復(fù)雜組分檢測中有很好的實(shí)用性。

圖1樣品pfa-sba-15和c/sba-15(a)；go和bpa-mip(b)的紅外譜圖。從圖1(a)中，pfa-sba-15在1712cm^-1、1617cm^-1出現(xiàn)吸收峰代表c＝o基團(tuán)，表明糠醇(fa)在sba-15中浸漬成功和氧化。在c/sba-15紅外譜圖可以看出吸收峰主要出現(xiàn)在1076cm^-1，這是si-o基團(tuán)的吸收峰。與pfa-sba-15相比，1712cm^-1、1617cm^-1、3500cm^-1出吸收峰消失，表明在高溫碳化過程的成功。圖1(b)為go和bpa-mip的紅外譜圖，go在3450cm^-1和1729cm^-1處有紅外吸收，分別代表-oh和c＝o基團(tuán)的存在。bpa-mip的紅外吸收峰與go相比，增加2900cm^-1的吸收峰為-ch3、-ch2-基團(tuán)；1730cm^-1處c＝o吸收峰、1450cm^-1處的-ch2-的剪切彎曲振動峰、1130cm^-1處c-o伸縮振動的增強(qiáng)表明氧化石墨烯表面分子印跡層的成功制備。

圖2樣品alsba-15和c/sba-15(a)；bpa和go(b)的xrd圖。alsba-15和c/sba-15的小角xrd圖譜如2(a)所示，alsba-15的xrd曲線中出現(xiàn)3個典型的布拉格衍射峰，在其內(nèi)壁形成薄薄碳層導(dǎo)致110、200處的晶面的消失，表明碳層形成導(dǎo)致有序六邊形結(jié)構(gòu)一定程度上遭到破壞。c/sba-15在濃硝酸氧化剝離碳層制備gqds后，550℃空氣中灼燒回收微反應(yīng)器sba-15，其xrd曲線和先前的alsba-15一致，表明其有序六邊形結(jié)構(gòu)的恢復(fù)，sba-15可以重復(fù)利用，具有很高的實(shí)用價值?；|(zhì)材料氧化石墨烯(go)和bpa-mip的xrd圖如2(b)所示，go的衍射峰在2θ＝11.02°附近，是氧化石墨烯(001)晶面的衍射峰，表明自制的氧化石墨烯的成功。在其表面形成分子印跡層后，氧化石墨烯的特征峰偏移至2θ＝12.96°處，表明氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。另外2θ＝29.40°和42.20°處出現(xiàn)新的衍射峰這是由于氧化石墨烯表面印跡聚合物形成導(dǎo)致的。

圖3bpa-mip的激發(fā)和發(fā)射光譜(插圖為紫外光下水(a)和bpa-mip(b)水溶液對比)。bpa-mip的激發(fā)光譜為340nm，發(fā)射光譜為512nm。在紫外光下與水溶液對比發(fā)現(xiàn)，其具有良好的熒光性能。