本發(fā)明涉及化學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種近紅外二區(qū)熒光量子點(diǎn)探針，還涉及該探針的制備方法，以及該探針在重金屬檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

鎘廣泛存在于生產(chǎn)和生活環(huán)境中，是一種對(duì)動(dòng)物和人類(lèi)健康危害嚴(yán)重的重金屬元素。研究表明，鎘是人類(lèi)和動(dòng)物肺癌的肯定致癌物，也能誘發(fā)前列腺癌和睪丸腫瘤，被國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)歸為第一類(lèi)致癌物質(zhì)。環(huán)境中的鎘主要來(lái)源于空氣沉積和施用磷肥及其他有機(jī)物，而電鍍、印刷等制造業(yè)的廢水對(duì)于區(qū)域性的環(huán)境污染極其嚴(yán)重。環(huán)境中的鎘污染通過(guò)農(nóng)作物或其他途徑進(jìn)入食物鏈，并通過(guò)富集作用進(jìn)入人體。近年來(lái)，中國(guó)國(guó)內(nèi)關(guān)于鎘大米的報(bào)道屢見(jiàn)不鮮，對(duì)人體的健康狀態(tài)產(chǎn)生了極大地危害。提出一種速度快、成本低、抗干擾能力強(qiáng)并具有特異性檢測(cè)鎘離子的方法顯得極其重要。

目前，國(guó)內(nèi)外檢測(cè)鎘離子的方法主要包括紫外-分光廣度法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子質(zhì)譜法、陽(yáng)極溶出伏安法、免疫檢測(cè)法和熒光分光光度法。其中，熒光分光光度法是指利用能發(fā)射特定波長(zhǎng)的熒光物質(zhì)與某些離子特異性結(jié)合后而改變自身熒光強(qiáng)度的特性，對(duì)特異性離子進(jìn)行定性或定量分析的方法。因其具有檢測(cè)限低、靈敏度高及操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究。

量子點(diǎn)是指一類(lèi)在三維尺度上都小于激發(fā)波爾半徑的材料，由于其特殊的尺寸效應(yīng)，具有優(yōu)異的光學(xué)特性，是一類(lèi)重要的熒光物質(zhì)。相較于傳統(tǒng)的有機(jī)熒光物質(zhì)，其具有熒光強(qiáng)度強(qiáng)、抗光漂白能力高等特點(diǎn)。近紅外二區(qū)是指波長(zhǎng)位于1000-1700nm的光波區(qū)段，具有該波段熒光特性的物質(zhì)較少，因此對(duì)自然界中的一些自發(fā)熒光背景具有較強(qiáng)的抗干擾能力。目前關(guān)于鎘離子監(jiān)測(cè)的熒光探針的波長(zhǎng)范圍多處于1000nm以下，容易受到環(huán)境中的熒光物質(zhì)的干擾而影響其檢測(cè)效果，開(kāi)發(fā)近紅外二區(qū)的鎘離子熒光探針具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，提供一種表面官能團(tuán)修飾后的硫化銀量子點(diǎn)探針，以及該探針的制備和應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案之一是：一種近紅外二區(qū)熒光量子點(diǎn)探針的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

(1)制備硫化銀量子點(diǎn)：配制銀鹽的水溶液，向所述水溶液中滴加氨水直至產(chǎn)生的沉淀完全消失，然后加入正十二烷硫醇，于150-250℃水熱反應(yīng)1-3h，即得；

(2)改性處理：向水熱反應(yīng)所得反應(yīng)液中加入巰基乙酸，超聲處理，所得溶液即為所述近紅外二區(qū)熒光量子點(diǎn)探針。

步驟(1)中，所述銀鹽指的是含有銀離子的無(wú)機(jī)鹽，如硝酸銀，氯化銀，硫酸銀中的一種或幾種，本發(fā)明優(yōu)選采用硝酸銀作為銀鹽。采用步驟(1)的操作方法能夠獲得油溶性的硫化銀量子點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述水溶液中銀離子的濃度為0.1-0.5mol/L，進(jìn)一步優(yōu)選為0.2-0.3mol/L。

優(yōu)選地，所述銀鹽中銀離子和正十二烷硫醇的摩爾比為1：(1～10)。

優(yōu)選地，所述水熱反應(yīng)的條件為于200℃反應(yīng)2h。

步驟(2)的作用是利用巰基乙酸對(duì)步驟(1)制備得到的硫化銀量子點(diǎn)表面進(jìn)行改性，以獲得水溶性的硫化銀量子點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述巰基乙酸與正十二烷硫醇的摩爾比為(1～10):1。

優(yōu)選地，所述超聲的頻率為30-50kHz，功率為100-200W。

優(yōu)選地，所述超聲的時(shí)間為1-3h。

在一種具體的實(shí)施方式中，可采用如下條件進(jìn)行改性處理：設(shè)置超聲儀器的頻率為40kHz，功率為150W，在此條件下超聲1-3h。

優(yōu)選地，步驟(2)的體系中還添加有超純水，所述超純水的體積用量為巰基乙酸的3-6倍。在一種具體的實(shí)施方式中，可以向步驟(1)所得的反應(yīng)液中加入體積比為5:1的超純水和巰基乙酸，然后再進(jìn)行超聲反應(yīng)。

為了進(jìn)一步確保探針的性能，所述制備方法還包括對(duì)步驟(2)所得的溶液進(jìn)行后處理的步驟，所述后處理具體為：過(guò)濾步驟(2)所得的溶液，然后透析所得濾液除去未反應(yīng)的小分子，即得所述探針。本發(fā)明所述的探針為液體形態(tài)。

優(yōu)選地，所述過(guò)濾采用孔徑200-250nm的濾膜，如采用220nm的濾膜。

優(yōu)選地，所述透析采用MWCO截留分子量為80-120Da的透析袋，例如采用100Da的透析袋，透析操作為本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉，本發(fā)明不做進(jìn)一步說(shuō)明。

作為本發(fā)明的較佳的近紅外二區(qū)熒光量子點(diǎn)探針的制備方法，具體包括如下步驟：

(1)制備油溶性硫化銀量子點(diǎn)：配制濃度為0.1-0.5mol/L的銀鹽的水溶液，向所述水溶液中滴加氨水直至產(chǎn)生的沉淀完全消失，然后加入相當(dāng)于所述銀鹽中銀離子1-10倍摩爾量的正十二烷硫醇，于150-250℃水熱反應(yīng)1-3h，即得油溶性的硫化銀量子點(diǎn)；

(2)制備水溶性硫化銀量子點(diǎn)：向水熱反應(yīng)所得反應(yīng)液中加入相當(dāng)于正十二烷硫醇1-10倍摩爾量的巰基乙酸，超聲處理1-3h，即得水溶性硫化銀量子點(diǎn)；

(3)制備探針：過(guò)濾步驟(2)所得的溶液，然后透析所得濾液除去未反應(yīng)的小分子，即得所述探針。

作為本發(fā)明的更佳的近紅外二區(qū)熒光量子點(diǎn)探針的制備方法，具體包括如下步驟：

(1)制備油溶性硫化銀量子點(diǎn)：配制濃度為0.2-0.3mol/L的硝酸銀水溶液，向所述水溶液中滴加氨水直至產(chǎn)生的沉淀完全消失，然后加入相當(dāng)于所述硝酸銀中銀離子1-10倍摩爾量的正十二烷硫醇，于180-220℃水熱反應(yīng)1-3h，即得油溶性的硫化銀量子點(diǎn)；

(2)制備水溶性硫化銀量子點(diǎn)：向水熱反應(yīng)所得反應(yīng)液中加入相當(dāng)于正十二烷硫醇1-10倍摩爾量的巰基乙酸，于30-50kHz頻率，100-200W功率超聲條件下處理1-3h，即得水溶性硫化銀量子點(diǎn)；

(3)制備探針：采用孔徑200-250nm的濾膜過(guò)濾步驟(2)所得的溶液，然后采用MWCO截留分子量為80-120Da的透析袋透析所得濾液，即得所述探針。

本發(fā)明的技術(shù)方案之二是：一種近紅外二區(qū)熒光量子點(diǎn)探針，該探針是采用上述任意一種方法制備得到的。

本發(fā)明所述的探針具有近紅外二區(qū)的熒光特性，發(fā)射峰峰值為1000-1300nm，擁有較大的斯托克斯位移，能夠有效避免環(huán)境中自發(fā)熒光所造成的背景噪聲。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，將上述探針應(yīng)用于重金屬檢測(cè)時(shí)，鎘離子對(duì)探針的熒光強(qiáng)度有顯著的增強(qiáng)效果，而其他金屬離子如鉀離子、鈉離子、鎂離子、鎳離子、二價(jià)銅離子、三價(jià)鐵離子、二價(jià)鐵離子、銀離子等對(duì)探針的熒光產(chǎn)生抑制作用或無(wú)明顯影響(具體可參考圖5)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的探針對(duì)鎘離子具有突出的選擇性的原因主要在于在檢測(cè)過(guò)程中發(fā)生了探針表面的鈍化效應(yīng)(具體可參考圖1)，即鎘離子在硫化銀量子點(diǎn)的表面形成了硫醇鹽復(fù)合物，減少了量子點(diǎn)的表面缺陷，使得非輻射躍遷相對(duì)減少，從而使得探針的熒光強(qiáng)度得到了顯著的增強(qiáng)。熒光光譜圖可參考圖2，從圖2可以看出，隨著鎘離子濃度的增加，近紅外二區(qū)熒光強(qiáng)度增強(qiáng)。

因此，本發(fā)明的技術(shù)方案之三是：上述任意一種所述的近紅外二區(qū)熒光量子點(diǎn)探針在鎘離子含量檢測(cè)中的應(yīng)用。

為了更好的實(shí)現(xiàn)溶液中鎘離子濃度的精準(zhǔn)檢測(cè)，本發(fā)明的技術(shù)方案之四是：一種利用近紅外二區(qū)熒光量子點(diǎn)探針檢測(cè)鎘離子含量的方法，所述方法包括如下步驟：

(1)配制溶液：配制不同濃度的鎘離子水溶液，備用；

(2)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線：測(cè)試探針的熒光強(qiáng)度I₀，以及分別向所述探針中加入不同濃度的鎘離子水溶液后所得混合溶液的熒光強(qiáng)度I，以鎘離子濃度為橫坐標(biāo)，相對(duì)熒光強(qiáng)度I/I₀為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線；

(3)檢測(cè)未知樣品：測(cè)試將所述未知樣品加入到探針中所得混合溶液的熒光強(qiáng)度，并計(jì)算得到未知樣品相對(duì)于探針的相對(duì)熒光強(qiáng)度，將所述相對(duì)熒光強(qiáng)度帶入標(biāo)準(zhǔn)工作曲線中，計(jì)算得到未知樣品中的鎘離子濃度。

其中，可采用本領(lǐng)域公知的紅外熒光測(cè)試系統(tǒng)測(cè)定熒光強(qiáng)度。優(yōu)選地，測(cè)試時(shí)，設(shè)定儀器的激發(fā)波波長(zhǎng)為460-500nm，檢測(cè)發(fā)射波波長(zhǎng)為1000-1300nm。例如，設(shè)定激發(fā)波波長(zhǎng)為480nm，檢測(cè)發(fā)射波波長(zhǎng)為1100nm。

研究發(fā)現(xiàn)，待測(cè)樣品溶液(包括所述已知樣品和待測(cè)樣品)的pH值對(duì)最終的熒光強(qiáng)度有顯著影響，控制待測(cè)樣品溶液的pH為4-11時(shí)，熒光強(qiáng)度增強(qiáng)明顯(具體可參考圖4)。具體應(yīng)用時(shí)，可調(diào)節(jié)待測(cè)樣品的pH值為一個(gè)固定的點(diǎn)值，如6，7.4，10等。

優(yōu)選地，檢測(cè)時(shí)，控制所述混合溶液中硫化銀量子點(diǎn)的濃度為0.1-10mM，此濃度下，具有較明顯的熒光增強(qiáng)效果，檢測(cè)結(jié)果更加精準(zhǔn)。

為了測(cè)試的方便進(jìn)行，在具體測(cè)試時(shí)，可分別將探針溶液、用于繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的不同濃度的鎘離子水溶液、鎘離子濃度未知的溶液的pH值調(diào)整為相同的數(shù)值，然后將它們混合后，即得到特定pH值的待測(cè)樣品溶液，可直接用于檢測(cè)。

例如，在一種具體的實(shí)施方式中，將探針溶液和pH值7.4的Tris-HCl緩沖溶液按照1：(10-20)的比例混合均勻，得到探針檢測(cè)體系；利用pH值7.4的Tris-HCl緩沖溶液配制用于繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的不同濃度的鎘離子水溶液等。

上述檢測(cè)方法簡(jiǎn)便，易于操作，重現(xiàn)性好，且該探針對(duì)鎘離子的靈敏度較高，檢測(cè)限為600nM，在鎘離子檢測(cè)領(lǐng)域具有非常好的應(yīng)用前景。

在符合本領(lǐng)域常識(shí)的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可以相互組合，即得本發(fā)明各較佳實(shí)例。

本發(fā)明涉及到的原料和試劑均可市購(gòu)獲得。

附圖說(shuō)明

圖1為利用本發(fā)明熒光探針檢測(cè)鎘離子的機(jī)理圖；

圖2為實(shí)驗(yàn)例1中不同鎘離子濃度對(duì)探針熒光強(qiáng)度的影響圖；

圖3為實(shí)驗(yàn)例1中鎘離子濃度與相對(duì)熒光增強(qiáng)強(qiáng)度的數(shù)值關(guān)系圖；

圖4為實(shí)驗(yàn)例2不同pH下鎘離子對(duì)探針熒光強(qiáng)度的影響圖；

圖5為實(shí)驗(yàn)例3金屬離子與熒光強(qiáng)度的變化結(jié)果比較圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中涉及的操作如無(wú)特殊說(shuō)明，均為本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)操作。

實(shí)施例1

一種近紅外二區(qū)熒光量子點(diǎn)探針的制備方法，包括如下步驟：

(1)制備硫化銀量子點(diǎn)：將5mmol AgNO₃溶解于20ml去離子水中形成無(wú)色透明的溶液，隨后向其中逐滴加入濃氨水直至生成的棕色沉淀完全消失，然后將所得溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中后，加入3ml正十二烷硫醇，并置于200℃的烘箱中反應(yīng)2h，即得；

(2)表面改性：向步驟(1)所得的反應(yīng)產(chǎn)物中加入25ml超純水和5ml巰基乙酸后，置于超聲發(fā)生器中處理1h，其中超聲的頻率為40kHz，功率為150W；

(3)透析：將步驟(2)所得產(chǎn)物通過(guò)孔徑為220nm的過(guò)濾器進(jìn)行過(guò)濾，并利用MWCO截留分子量為100DA的透析袋隔夜透析以除去未反應(yīng)的小分子，即得所述近紅外二區(qū)熒光量子點(diǎn)探針(又稱(chēng)硫化銀量子點(diǎn)儲(chǔ)備溶液)。

實(shí)施例2

一種利用近紅外二區(qū)熒光量子點(diǎn)探針檢測(cè)鎘離子含量的方法，所述近紅外二區(qū)熒光量子點(diǎn)探針指的是實(shí)施例1制備得到的探針，所述方法包括如下步驟：

(1)配制硫化銀量子點(diǎn)檢測(cè)體系：按照標(biāo)準(zhǔn)方法配置pH＝7.4的Tris-HCl緩沖溶液，以硫化銀量子點(diǎn)儲(chǔ)備溶液和Tris-HCl緩沖溶液體積比例為1:14配置成硫化銀量子點(diǎn)檢測(cè)體系。

(2)配制標(biāo)準(zhǔn)溶液：利用pH＝7.4的Tris-HCl緩沖溶液配制濃度分別為1.5×10^-4、3×10^-4、4.5×10^-4、6×10^-4、7.5×10^-4、9×10^-4、10.5×10^-4、12×10^-4M的氯化鎘溶液，即得標(biāo)準(zhǔn)溶液；

(3)配制已知待測(cè)溶液：向石英比色皿中依次加入100μL濃度為1.5×10^-4、3×10^-4、4.5×10^-4、6×10^-4、7.5×10^-4、9×10^-4、10.5×10^-4、12×10^-4M氯化鎘溶液，并添加硫化銀量子點(diǎn)檢測(cè)體系到3mL，混合均勻即得已知待測(cè)溶液；同時(shí)，以3mL純硫化銀量子點(diǎn)檢測(cè)體系作為對(duì)照組。

(4)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線：采用紅外熒光測(cè)試系統(tǒng)分別測(cè)試所述已知待測(cè)溶液的熒光強(qiáng)度(I)和對(duì)照組的熒光強(qiáng)度(I₀)，選擇激發(fā)波波長(zhǎng)480nm，檢測(cè)發(fā)射波波長(zhǎng)為1100nm。繪制各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液的相對(duì)熒光強(qiáng)度(I/I₀)隨鎘離子濃度的變化曲線，并對(duì)其進(jìn)行擬合，得到擬合曲線公式：y＝0.113526x+0.90444。

(5)對(duì)濃度未知的待測(cè)樣品進(jìn)行檢測(cè)：利用Tris及HCl調(diào)節(jié)未知濃度的氯化鎘溶液至pH＝7.4，利用移液槍將100μL該氯化鎘溶液轉(zhuǎn)移到石英比色皿中，然后添加2.9ml硫化銀量子點(diǎn)檢測(cè)體系。放入紅外熒光測(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)其熒光強(qiáng)度。選擇激發(fā)波波長(zhǎng)480nm，檢測(cè)發(fā)射波波長(zhǎng)為1100nm。計(jì)算待測(cè)氯化鎘溶液的相對(duì)熒光強(qiáng)度，根據(jù)步驟(4)中所得到的線性關(guān)系曲線，計(jì)算檢測(cè)的鎘離子的濃度為12.3×10^-6M。

實(shí)驗(yàn)例1準(zhǔn)確性和檢出限考察

(1)配制硫化銀量子點(diǎn)檢測(cè)體系：按照標(biāo)準(zhǔn)方法配置pH＝7.4的Tris-HCl緩沖溶液，以硫化銀量子點(diǎn)儲(chǔ)備溶液和Tris-HCl緩沖溶液體積比例為1:14配置成硫化銀量子點(diǎn)檢測(cè)體系。

(2)利用pH＝7.4的Tris-HCl緩沖溶液配制濃度分別為3×10^-3、3×10^-4M的氯化鎘溶液。向石英比色皿中依次加入100μL、80μL、60μL、40μL、30μL、20μL濃度為3×10^-3M、100μL、80μL、60μL、40μL、20μL濃度為3×10^-4M的氯化鎘溶液，并添加硫化銀量子點(diǎn)檢測(cè)體系到3mL，以3mL純硫化銀量子點(diǎn)檢測(cè)體系作為對(duì)照組。將兩者混合均勻后放入紅外熒光測(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)其熒光強(qiáng)度。選擇激發(fā)波波長(zhǎng)480nm，檢測(cè)發(fā)射波波長(zhǎng)為1100nm。

(3)計(jì)算每個(gè)樣品相對(duì)熒光強(qiáng)度的平均值和方差，繪制相對(duì)熒光強(qiáng)度隨鎘離子濃度的變化曲線，如圖3所示。相對(duì)熒光強(qiáng)度與鎘離子濃度具有良好的線性關(guān)系，R²＝0.99?；?σ/slope所計(jì)算出的熒光探針對(duì)鎘離子的檢測(cè)限為600nM。

實(shí)驗(yàn)例2 pH值對(duì)探針的影響

(1)以實(shí)施例1的硫化銀量子點(diǎn)儲(chǔ)備溶液和超純水比例為1:14配置成硫化銀量子點(diǎn)檢測(cè)體系。利用濃HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)檢測(cè)體系的pH值分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12。

(2)利用超純水配制濃度分別為3×10^-3M的氯化鎘溶液，并利用濃HCl和NaOH溶液調(diào)節(jié)其pH值分別為2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12。向石英比色皿中依次加100μL不同pH值的氯化鎘溶液，并添加相對(duì)應(yīng)pH值的硫化銀量子點(diǎn)檢測(cè)體系到3mL，以3mL同pH值下的純硫化銀量子點(diǎn)檢測(cè)體系作為對(duì)照組。將兩者混合均勻后放入紅外熒光測(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)其熒光強(qiáng)度。選擇激發(fā)波波長(zhǎng)480nm，檢測(cè)發(fā)射波波長(zhǎng)為1100nm。

(3)繪制加入鎘離子前后熒光強(qiáng)度對(duì)應(yīng)pH值的柱狀圖，如圖4所示?？梢?jiàn)硫化銀量子點(diǎn)的熒光增強(qiáng)強(qiáng)度與pH值相關(guān)。

實(shí)驗(yàn)例3利用探針檢測(cè)不同金屬離子

(1)配制硫化銀量子點(diǎn)檢測(cè)體系：按照標(biāo)準(zhǔn)方法配置pH＝7.4的Tris-HCl緩沖溶液，以硫化銀量子點(diǎn)儲(chǔ)備溶液和Tris-HCl緩沖溶液體積比例為1:14配置成硫化銀量子點(diǎn)檢測(cè)體系。

(2)利用Tris-HCl緩沖液配制濃度均為3×10^-3M的KCl、NaCl、MgCl₂、NiCl₂、CuCl₂、FeCl₃、FeCl₂、CaCl₂、AgCl及CdCl₂溶液，然后分別將100μl含有不同金屬離子的溶液依次加入到石英比色皿中，并添加硫化銀量子點(diǎn)檢測(cè)體系到3mL，以3mL純硫化銀量子點(diǎn)檢測(cè)體系作為對(duì)照組，放入紅外熒光測(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)其熒光強(qiáng)度。選擇激發(fā)波波長(zhǎng)480nm，檢測(cè)發(fā)射波波長(zhǎng)為1100nm。

(3)繪制不同金屬離子溶液熒光強(qiáng)度的柱形圖，如圖5所示，可以看出，除了鎘離子對(duì)探針的熒光強(qiáng)度有顯著增強(qiáng)效果外，其他金屬離子對(duì)探針的熒光產(chǎn)生抑制作用或無(wú)明顯影響。說(shuō)明本發(fā)明的硫化銀熒光量子點(diǎn)探針具有很高的離子選擇性。

雖然，上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明、具體實(shí)施方式及試驗(yàn)，對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。