基于ZnO量子點檢測鎘離子的試劑及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于ZnO量子點檢測鎘離子的試劑及方法。發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，APDC修飾可以使ZnO量子點的熒光淬滅，該淬滅反應(yīng)是可逆的。APDC修飾后的ZnO量子點在Cd2＋存在的情況下，其熒光可以恢復(fù)，熒光的恢復(fù)程度與Cd2＋的量正相關(guān)且不易被其他離子所干擾，具有很好地特異性?；诖?，開發(fā)了一種新型的Cd2＋快速定量試劑和方法。本發(fā)明的檢測試劑，易于制備，無毒，使用方便。本發(fā)明方法特異性高，靈敏度高，無毒，對設(shè)備要求簡單，特別適用于Cd2＋濃度的檢測。
【專利說明】基于ZnO量子點檢測鎘離子的試劑及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種重金屬離子的檢測試劑及方法，特別涉及基于ZnO量子點檢測Cd2+的試劑及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎘離子具有生物毒性、生物富集作用，半衰期長(長達(dá)二三十年)，難生物降解。通過生物鏈在人體內(nèi)富集引起慢性中毒，導(dǎo)致腎機(jī)能衰退、骨質(zhì)疏松等，通過長期攝入含鎘食品或呼吸含鎘污染大氣，會引起肺部炎癥、支氣管炎甚至癌癥，還能引起糖尿病，高血壓等疾病。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)和國際勞動衛(wèi)生重金屬委員會(ICOHHM)早在1974年就將其定為重點污染物，并被稱為“五毒之首”。1987年鎘被國際抗癌聯(lián)盟(IARC)定為II A級(共VI級)致癌物質(zhì)病。
[0003]迄今，鎘離子含量通過傳統(tǒng)檢測和免疫學(xué)或生物傳感器檢測來實現(xiàn)。傳統(tǒng)的鎘離子檢測方法主要有原子吸收光譜法、紫外分光光度法、陽極溶出伏安法、示波極譜法、電感耦合等離子體一質(zhì)譜法、電感耦合等離子體一原子發(fā)射光譜分析、氫化物發(fā)生-原子吸收法等。傳統(tǒng)分析方法能夠?qū)Νh(huán)境中的鎘離子進(jìn)行有效分析，而且測量精度可達(dá)到mg / kg,或更高至yg/kg。但因大多需要大型儀器而成本高，步驟繁瑣。通常不太適合現(xiàn)場、在線分析檢測。另一方面，可實現(xiàn)在線檢測的免疫學(xué)方法、生物傳感器及試紙法可實現(xiàn)檢測更低含量Cd2+，但因?qū)z測者要求高的生物技術(shù)掌握水平以及專用高成本生物試劑等致使推廣應(yīng)用受到諸多限制。
[0004]最近，基于強(qiáng)發(fā)光的納米結(jié)構(gòu)即核殼型量子點CdTe/CdS用于Cd2+檢測引起關(guān)注(Rijun Gui et al Talanta 2012，Vol.94，257)，其原理為 “off — on” 模式，即先通過生成 CdSOCdS — APDC (APDC,Ammonium pyrrolidine dithiocarbamate)后，納米結(jié)構(gòu)的突光淬滅(off)，遇不同含量的Cd2+再釋放出配體APDC，納米結(jié)構(gòu)CdSOCdS的熒光恢復(fù)(on)，根據(jù)熒光恢復(fù)程度測定出鎘離子含量。由于相比傳統(tǒng)檢測法或免疫學(xué)方法或生物傳感器法，這種熒光檢測所需設(shè)備相對簡單，操作簡單，其他金屬離子干擾性低，故該法有望成為未來快速檢測Cd2+的優(yōu)選。不足之處是該熒光探針依賴制備工藝復(fù)雜且毒性大的含鎘量子點。
[0005]開發(fā)出一種無害、快速的Cd2+檢測方法具有非常實際的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于ZnO量子點檢測鎘離子的試劑及方法。
[0007]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
基于ZnO量子點的鎘離子檢測試劑，所述檢測試劑為熒光檢測試劑，發(fā)光材料為吡咯烷二硫代氨基甲酸銨修飾的ZnO量子點。
[0008]吡咯烷二硫代氨基甲酸銨修飾ZnO量子點的方法為將吡咯烷二硫代氨基甲酸銨與ZnO量子點分散液混合反應(yīng)。
[0009]特別的，混合反應(yīng)時，吡咯烷二硫代氨基甲酸銨的添加量可以使ZnO量子點熒光完全淬滅。
[0010]基于ZnO量子點的鎘離子檢測方法，包括如下步驟:
1)將ZnO量子點分散液與吡咯烷二硫代氨基甲酸銨混合，使ZnO量子點的熒光至少部分淬滅，得到檢測液；
2)將檢測液與待測樣品混合，記錄熒光值；
3)根據(jù)熒光值計算得到待測樣品中的鎘離子含量。
[0011]特別的，吡咯烷二硫代氨基甲酸銨與ZnO量子點以恰能將所有的ZnO量子點熒光淬滅的比例混合。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明的檢測試劑，易于制備，無毒，使用方便。
[0013]本發(fā)明方法特異性高，靈敏度高，無毒，對設(shè)備要求簡單，特別適用于Cd2+濃度的檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是ZnO量子點粉末樣品的XRD圖(A)和HRTEM圖(B)；
圖2是不同量APDC與ZnO量子點混合的熒光圖；
圖3是熒光強(qiáng)度和APDC含量的線性關(guān)系圖；
圖4是往ZnO QDs-APDC溶液中加入O?10 μ M鎘離子溶液的熒光圖；
圖5是相對熒光強(qiáng)度和鎘離子含量的線性關(guān)系圖；
圖6是ZnO QDs-APDC溶液對不同金屬離子的特異性實驗結(jié)果。
【具體實施方式】
[0015]發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，吡咯烷二硫代氨基甲酸銨(APDC)修飾可以使ZnO量子點的熒光淬滅，該淬滅反應(yīng)是可逆的。吡咯烷二硫代氨基甲酸銨修飾后的ZnO量子點在Cd2 +存在的情況下，其熒光可以恢復(fù)，熒光的恢復(fù)程度與Cd2 +的量正相關(guān)且不易被其他離子所干擾，具有很好地特異性。基于此，開發(fā)了一種新型的Cd2+快速定量試劑和方法。
[0016]基于ZnO量子點的鎘離子檢測試劑，所述檢測試劑為熒光檢測試劑，發(fā)光材料為吡咯烷二硫代氨基甲酸銨修飾的ZnO量子點。
[0017]吡咯烷二硫代氨基甲酸銨修飾ZnO量子點的方法為將吡咯烷二硫代氨基甲酸銨與ZnO量子點分散液混合反應(yīng)。
[0018]特別的，混合反應(yīng)時，吡咯烷二硫代氨基甲酸銨的添加量可以使ZnO量子點熒光完全淬滅。通過控制APDC的量，使ZnO量子點熒光恰好可以完全淬滅，可以獲得更高的熒光值差值，有助于獲得更為準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。
[0019]基于ZnO量子點的鎘離子檢測方法，包括如下步驟:
1)將ZnO量子點分散液與吡咯烷二硫代氨基甲酸銨混合，使ZnO量子點的熒光至少部分淬滅，得到檢測液；
2)將檢測液與待測樣品混合，記錄熒光值；
3)根據(jù)熒光值計算得到待測樣品中的鎘離子含量。
[0020]特別的，吡咯烷二硫代氨基甲酸銨與ZnO量子點以恰能將所有的ZnO量子點熒光淬滅的比例混合。
[0021 ] 下面結(jié)合實驗，進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0022]ZnO量子點可以按公知的方法制備得到或直接購買商品化的產(chǎn)品；
APDC修飾的ZnO量子點簡稱為ZnOQDs — APDC ；
1)方便比較起見，以下實施例中所使用的ZnO量子點按如下方法制備得到:
2)室溫下向IOOml的錐形瓶中加入25ml無水乙醇、0.5gPVP和0.0738g 二水醋酸鋅，攪拌均勻，形成ZnO前驅(qū)體溶液；
3)向一燒杯中加入0.0270g氫氧化鋰和25ml無水乙醇，超聲震蕩至溶解，得到LiOH乙醇溶液；
4)將LiOH乙醇溶液和ZnO前驅(qū)體溶液(摩爾比LiOH=ZnO =1.5:1)混合，磁力攪拌90min，得到ZnO量子點分散液。
[0023]制備得到的ZnO量子點粉末樣品的XRD (A),HRTEM (B)圖如圖1如示。該量子點呈現(xiàn)典型六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，用謝樂公式計算得平均粒徑約6nm。
[0024]APDC淬滅ZnO量子點熒光
取上述方法制備得到的ZnO量子點分散液100μ L，加入到9.9ml乙醇，攪拌的情況下加入一定量的APDC乙醇溶液，使其在混合體系中的濃度為O?18 μ M，緩慢攪拌溶液lOmin，得到不同濃度的ZnOQDs—APDC溶液(APDC — ZnO QDs熒光探針)。通過熒光光譜測試(激發(fā)波長λ ex=310nm)考察APDC誘導(dǎo)的量子點的突光淬滅程度。
[0025]圖2為加入不同濃度APDC后ZnO量子點溶液的熒光圖，可以看出，隨著溶液中APDC濃度的增加，ZnO量子點熒光的淬滅程度逐漸增大。這里，ZnO量子點溶液發(fā)生熒光淬滅的主要原因是:隨著APDC濃度的增加，與原鍵合的醋酸根配離子相比，ZnO量子點表面鋅離子更容易與APDC形成ZnO QDs-APDC復(fù)合物(通過形成表面Zn-S配鍵)，使得ZnO量子點表面性質(zhì)改變，量子點缺陷性能(主要是氧缺陷)發(fā)生改變，致使ZnO量子點發(fā)生熒光淬滅。而圖3表明，APDC的濃度Capdc與量子點溶液的熒光強(qiáng)度F幾乎呈現(xiàn)線性的關(guān)系:F=2595.7-83.03CAPD。，且有較好的線性相關(guān)系數(shù)(R=0.991)(激發(fā)波長λ ex=310nm)。說明可以用ZnO QDs檢測微量APDC。
[0026]Cd2+ 對 ZnOQDs—APDC 熒光的恢復(fù):
取上一實驗中12 μ M APDC修飾的ZnOQDs—APDC溶液10ml，加入濃度O?10 μ M Cd2+溶液，超聲IOmin后，測試熒光光譜，觀察其熒光的恢復(fù)程度。
[0027]圖4為往ZnO QDs-APDC溶液中加入(TlO μ M鎘離子溶液的熒光變化圖(激發(fā)波長λ ex=310nm),隨著溶液中Cd2+濃度增加，APDC修飾ZnO量子點溶液的熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。這主要是因為在同等的條件下Cd2+與APDC的螯合能力強(qiáng)于Zn2+，將ZnO量子點表面修飾的APDC分子奪走，致使ZnO量子點表面復(fù)原，其溶液的熒光強(qiáng)度恢復(fù)。為了更好的評估鎘離子熒光增強(qiáng)效率，引入了相對熒光強(qiáng)度的概念，即Cd2+加入后(F)與加入前(Ftl)ZnO QDs-APDC溶液的熒光強(qiáng)度的比值(F/FJ ;或者是Cd2+加入后(F)與加入前(Ftl)ZnO QDs-APDC溶液的熒光強(qiáng)度的差值(AF = F — F。)。
[0028]圖5(a，b)為該相對熒光強(qiáng)度(F/F。)(圖5a)或(F — F0)(圖5b)與鎘離子含量的線性關(guān)系圖，從圖5中可以發(fā)現(xiàn)Cd2+濃度與F/Fo或(F-Ftl)幾乎呈現(xiàn)出線性的關(guān)系F/Fo=0.0592Ccd2++0.9633，或F-Fq=92.136CCd2+_57.045，且二者均具有較好的線性相關(guān)系數(shù)(R=0.9950或0.9901)。這說明APDC修飾的ZnO的量子點對Cd2+離子有較好的響應(yīng)能力，可很好地檢測溶液中的鎘離子。
[0029]APDC - ZnO QDs熒光探針的特異性實驗:
為考察APDC修飾的ZnO量子點熒光探針對鎘離子的選擇性，進(jìn)行了一系列干擾性試驗來考察其在各種金屬離子溶液中對Cd2+選擇性熒光反應(yīng)。往IOml 12 μ M APDC修飾的ZnOQDs—APDC溶液中，加入各種干擾離子，其中溶液中干擾離子的濃度均為10 μ Μ，超聲IOmin后測試熒光，并計算加入其他金屬離子前后觀察對APDC修飾的ZnO QDs體系的相對熒光強(qiáng)度值，用矩形圖匯于圖6中。在左側(cè)組(矩左)中，由于各種離子的加入，未經(jīng)過修飾APDC的量子點的熒光強(qiáng)度均發(fā)生并不顯著的改變。而在右側(cè)組(矩右)中，多數(shù)金屬離子的加入，使APDC修飾的量子點的熒光發(fā)生改變微弱，只有Cd2+的加入能引起顯著的熒光增強(qiáng)。此外Zn2+的加入也使ZnO量子點溶液的熒光強(qiáng)度稍增大，但增強(qiáng)的幅度遠(yuǎn)比Cd2+小，這是因為Zn2+跟Cd2+化學(xué)性質(zhì)有些相似，都容易與APDC形成配合物，但Zn2+與APDC的配位能力明顯弱于Cd2+，所以熒光恢復(fù)程度遠(yuǎn)不如Cd2+。
[0030]使用APDC對市購的ZnO量子點進(jìn)行修飾，發(fā)現(xiàn)修飾后的ZnO量子點的熒光會淬滅，在Cd2 +存在的情況下，其熒光可以恢復(fù)。
[0031]綜上可得，APDC修飾的ZnO量子點可以發(fā)展成為一種對Cd2+有高選擇性的熒光探針，應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。
【權(quán)利要求】
1.基于ZnO量子點的鎘離子檢測試劑，所述檢測試劑為熒光檢測試劑，發(fā)光材料為吡咯烷二硫代氨基甲酸銨修飾的ZnO量子點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎘離子檢測試劑，其特征在于:吡咯烷二硫代氨基甲酸銨修飾ZnO量子點的方法為將吡咯烷二硫代氨基甲酸銨與ZnO量子點分散液混合反應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鎘離子檢測試劑，其特征在于:混合反應(yīng)時，吡咯烷二硫代氨基甲酸銨的添加量可以使ZnO量子點熒光完全淬滅。
4.基于ZnO量子點的鎘離子檢測方法，包括如下步驟: 1)將ZnO量子點分散液與吡咯烷二硫代氨基甲酸銨混合，使ZnO量子點的熒光至少部分淬滅，得到檢測液； 2)將檢測液與待測樣品混合，記錄熒光值； 3)根據(jù)熒光值計算得到待測樣品中的鎘離子含量。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于ZnO量子點的鎘離子檢測方法，其特征在于:吡咯烷二硫代氨基甲酸銨與Zn O量子點以恰能將所有的ZnO量子點熒光淬滅的比例混合。
【文檔編號】G01N21/64GK103901006SQ201410118068
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】鐵紹龍, 楊曉慶, 蘭勝, 戴峭峰 申請人:華南師范大學(xué)