一種檢測(cè)硝基苯的磁性熒光分子印跡納米微球的制備及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料科學(xué)和分析化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種檢測(cè)硝基苯的磁性熒光分子印跡納米微球制備及應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]硝基苯類化合物是高毒性、難降解性的物質(zhì)，在環(huán)境中具有累積性，長(zhǎng)期接觸對(duì)人體及動(dòng)植物的危害極大。如在硝基苯洗滌廢水中，除了含有少量苯、硝基苯、二硝基苯、二硝基甲苯、三硝基甲苯及二硝基氯苯等外，硝基苯的含量特別高。其毒性一般為其它化合物的一倍，會(huì)對(duì)人產(chǎn)生致突或致癌。另外，若含有硝基苯類物質(zhì)的廢水直接排放至自然水環(huán)境中，也會(huì)給水體造成嚴(yán)重的污染，硝基苯在水中具有極高的穩(wěn)定性，所以造成的水體污染會(huì)持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。
[0003]目前，用于檢測(cè)硝基苯類化合物的方法有多種，如氣相色譜法、高效液相色譜法、毛細(xì)管電泳法、色質(zhì)聯(lián)用法、光度法和電化學(xué)方法等。光度法因其儀器設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便等優(yōu)點(diǎn)在測(cè)定硝基苯類化合物中得到較廣泛的應(yīng)用。國(guó)標(biāo)GB/T15501-1955規(guī)定，實(shí)驗(yàn)操作中應(yīng)用鋅粉還原硝基苯類化合物，由于鋅粉還原后產(chǎn)生的多孔鋅渣和濾紙都有一定的吸附力，造成一定的系統(tǒng)誤差。由此可見，硝基苯類化合物對(duì)人類健康和環(huán)境造成的污染是不容忽視的，函待開發(fā)一些快速、靈敏、準(zhǔn)確檢測(cè)硝基苯類化合物的方法。
[0004]1998年美國(guó)麻省理工大學(xué)的Swager教授課題組利用熒光共軛聚合物薄膜檢測(cè)硝基芳烴化合物物蒸氣取得突破性進(jìn)展以來，基于光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移的熒光傳感技術(shù)便被認(rèn)為硝基芳烴類化合物物的一種較好的檢測(cè)手段，其檢測(cè)靈敏度比現(xiàn)有其他技術(shù)高出30倍。熒光共軛聚合物是指具有共軛電子結(jié)構(gòu)的一類線性共軛聚合物，使每個(gè)單體所采集的光能夠以集合的形式傳遞出去，產(chǎn)生信號(hào)倍增效應(yīng)。這一性質(zhì)決定了其具有檢測(cè)超低含量待測(cè)物的能力，為實(shí)現(xiàn)高靈敏度檢測(cè)硝基芳烴提供了一個(gè)很好的方法。
[0005]本發(fā)明涉及一種檢測(cè)硝基苯的磁性熒光分子印跡納米微球的制備及應(yīng)用，以納米級(jí)磁性四氧化三鐵粒子為固相支持介質(zhì)制備熒光分子印跡納米微球，通過測(cè)定熒光強(qiáng)度變化從而選擇性的定量檢查出水中硝基苯的含量。該方法以水熱法制備單分散性的四氧化三鐵納米粒子，且四氧化三鐵為超順磁性，不易發(fā)生團(tuán)聚。四氧化三鐵表面氨基化修飾后，能夠保持良好的單分散性；在氨基化修飾的四氧化三鐵納米粒子表面采用共價(jià)鍵反應(yīng)連接共軛熒光聚合物，制成磁性熒光分子印跡納米微球；由四氧化三鐵納米粒子提供高比表面積，使得硝基苯分子更溶液進(jìn)入識(shí)別位點(diǎn)；通過磁性分離富集檢測(cè)水中硝基苯的濃度，可以提高檢測(cè)靈敏度。四氧化三鐵納米粒子與特異性強(qiáng)的熒光分子印跡材料相結(jié)合，可以對(duì)水中痕量的硝基苯富集和高選擇性的檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明以四氧化三鐵納米粒子為固相支持介質(zhì)制備熒光分子印跡納米微球，共軛聚合物材料通過共價(jià)鍵鍵合的方法修飾在納米四氧化三鐵表面，具有分子印跡和熒光性能。通過磁性分離富集后，測(cè)定熒光強(qiáng)度變化實(shí)現(xiàn)水中硝基苯的高選擇性和高靈敏度測(cè)定。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
本發(fā)明的一種檢測(cè)硝基苯的磁性熒光分子印跡納米微球的制備及應(yīng)用包括如下步驟:
(1)以水熱法制備超順磁四氧化三鐵納米粒子和表面氨基化修飾；
(2)以四氧化三鐵納米粒子為固相制備熒光分子印跡納米微球；
(3)通過磁性熒光分子印跡納米微球的熒光強(qiáng)度變化測(cè)定水中硝基苯的含量。
[0008]所述步驟(1)以水熱法制備超順磁四氧化三鐵納米粒子和表面氨基化修飾，具體包括以下步驟
a稱取2.0 g氯化鐵，1.6 g聚乙二醇(PEG)，5.8 g無水乙酸鈉溶解在60 mL的乙二醇中，充分?jǐn)嚢枋蛊渫耆芙?，轉(zhuǎn)移到100 mL的聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓釜中，密封，將其置于200°C下的烘箱中反應(yīng)12 h ;使其反應(yīng)完全，之后自然冷卻至室溫，得到黑色的四氧化三鐵納米懸浮液；取出高壓釜中溶液，用無水乙醇進(jìn)行磁分離洗滌，然后再用二次蒸餾水磁分離洗滌，洗滌后的材料保存在無水乙醇中；
b將四氧化三鐵納米粒子用38 mL無水乙醇和2 mL超純水超聲分散，轉(zhuǎn)入100 mL圓底燒瓶中，機(jī)械攪拌轉(zhuǎn)速400 rpm。在此溶液中迅速地滴加200 yL 3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，攪拌均勻后通氮?dú)獗Ｗo(hù)反應(yīng)12 ho將反應(yīng)液依次用乙醇和去離子水磁性分離洗滌3次，即可制得氨基化修飾的四氧化三鐵納米粒子，如圖1和圖2所示。
[0009]所述步驟(2)以四氧化三鐵納米粒子為固相制備熒光分子印跡納米微球，具體包括以下步驟:
a將25 mL四氫呋喃，279 mg 3，5-二溴苯甲酰胺和502 mg 9，9-二己基芴-2，7-二硼酸二(1，3-丙二醇)酯依次加入到100 mL三口燒瓶中，攪拌至溶解后，加入15 mL濃度為2mol/L的K2C037jC溶液；通氮?dú)?0 min后，升溫至69 °C回流，并于氮?dú)獗Ｗo(hù)下快速加入24mg Pd(PPh3)4。在69 °C下反應(yīng)48 h后，氮?dú)獗Ｗo(hù)下加入200 mg 9，9-二己基芴-2，7-二硼酸二(1，3_丙二醇)酯，繼續(xù)反應(yīng)6 ho反應(yīng)結(jié)束后，將其轉(zhuǎn)移到盛有100 mL甲醇的燒杯中，抽濾后將不溶物依次以蒸餾水、甲醇、蒸餾水的順序洗滌三次。洗滌后的固體在索氏提取器中用丙酮抽提24 h，將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至真空烘箱中25°C真空干燥，得到硼酸酯封端的共軛聚合物固體粉末；
b稱取0.2 g氨基化修飾的四氧化三鐵納米粒子和硼酸酯封端的共軛聚合物固體粉末加入浸入50 mL濃度為1 mmol/L硝基苯(NT)乙醇溶液中，緩慢攪拌2h，使對(duì)NT的吸附達(dá)到飽和。加入1 mL交聯(lián)劑戊二醛(50%濃度)，在室溫下緩慢攪拌反應(yīng)12 h。反應(yīng)結(jié)束后，用丙酮、蒸餾水反復(fù)離心洗滌產(chǎn)物，以除去模板分子，真空干燥即可得到硝基苯熒光分子印跡磁性納米微球。
[0010]所述步驟(3)通過磁性熒光分子印跡納米微球的熒光強(qiáng)度變化測(cè)定水中硝基苯的含量，具體包括以下步驟:
a以無水乙醇為溶劑，配制一系列不同濃度的硝基苯標(biāo)準(zhǔn)溶液，其濃度為5.0X 10 8mol/L、1.0X10 7mol/L、2.0X 10 7mol/L、5.0X 10 7mol/L、1.0X 10 6 mol/L。分別將 50 mg磁性熒光分子印跡微球加入20 mL無水乙醇和20mL硝基苯標(biāo)準(zhǔn)溶液，機(jī)械分散后靜置5分鐘；磁性分離去除無水乙醇和硝基苯標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別加入2 mL無水乙醇，機(jī)械分散成均質(zhì)懸浮液，轉(zhuǎn)入熒光比色皿中；測(cè)定熒光比色皿中2 mL磁性熒光分子印跡微球溶液的熒光強(qiáng)度，。實(shí)驗(yàn)測(cè)試使用RF-5301PC熒光儀(日本島津)，其附屬的計(jì)算機(jī)軟件供作實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理。試驗(yàn)時(shí)激發(fā)狹縫寬為5 nm，發(fā)射狹縫寬為10 nm ;最大激發(fā)波長(zhǎng)為330 nm，最大發(fā)射波長(zhǎng)為380 nm。測(cè)定F。為無水乙醇加入磁性焚光分子印跡微球處理后的焚光強(qiáng)度，F(xiàn)s表示硝基苯標(biāo)準(zhǔn)溶液加入磁性熒光分子印跡微球處理后的熒光強(qiáng)度，熒光猝滅過程用Stern-Volmer方程分析，如圖3所示。根據(jù)所得的熒光F。/ &和NT的濃度繪制工作曲線，當(dāng)NT的濃度在5.0X10 s~l.0X10 6 mol/L范圍時(shí)呈線性關(guān)系，線性方程為F。/ Fs =
1.65X10V + 0.942，線性相關(guān)系數(shù)為0.993，如圖4所示。根據(jù)三倍標(biāo)準(zhǔn)偏差求得NT濃度檢出限為2X10 8 mol/L ；
b.未知濃度的硝基苯樣品的檢測(cè):在含有熒光分子印跡微球溶液的熒光比色皿中，測(cè)定熒光強(qiáng)度F。;定量加入未知濃度的硝基苯樣品溶液，測(cè)定熒光強(qiáng)度F s;實(shí)驗(yàn)測(cè)試使用RF-5301PC熒光儀(日本島津)，其附屬的計(jì)算機(jī)軟件供作實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理。試驗(yàn)時(shí)激發(fā)狹縫寬為5 nm，發(fā)射狹縫寬為10 nm ;最大激發(fā)波長(zhǎng)為330 nm，最大發(fā)射波長(zhǎng)為380 nm。將F。/ &帶入步驟4所得線性方程，可求算出待測(cè)液中硝基苯的濃度。
[0011]本發(fā)明的有益成果
(1)本發(fā)明以磁性四氧化三鐵納米粒子為固相支持物，通過共價(jià)鍵鍵合的方法制備硝基苯熒光分子印跡微球。分子印跡材料在納米四氧化三鐵表面形成分子印跡膜，由四氧化三鐵納米粒子提供高比表面積，使得硝基苯分子更溶液進(jìn)入識(shí)別位點(diǎn)；
(2)本發(fā)明用水熱法制備單分散性的四氧化三鐵納米粒子的粒徑均一，且成單分散相。經(jīng)過表面官能團(tuán)修飾和聚合物交聯(lián)后，不發(fā)生團(tuán)聚，易于分散在溶液中，易于進(jìn)一步的分析應(yīng)用；
(3)四氧化三鐵納米粒子表面使用的分子印跡聚合物為共軛聚合物，對(duì)硝基苯有有高選擇性和高靈敏度。合成的熒光分子印跡納米微球用于硝基苯的檢測(cè)，操作簡(jiǎn)單，線性范圍好，檢出限低；
(4)四氧化三鐵納米粒子在分析過程中采用磁性分離的方法，可以對(duì)低濃度的樣品富集，實(shí)現(xiàn)對(duì)水中微量硝基苯高靈敏檢測(cè)。
[0012]【附圖說明】:
圖1磁性熒光分子印跡納米微球合成示意圖；
圖2修飾熒光分子印跡的四氧化三鐵磁性納米粒子的透射電鏡圖；
圖3磁性熒光分子印跡納米微球熒光猝滅光譜圖.圖4所示為磁性熒光分子印跡微球熒光F。/ &與硝基苯c線性關(guān)系圖。
[0013]其中，圖2中曲線a沒有加入硝基苯時(shí)的熒光強(qiáng)度F。，曲線b表示加入硝基苯后熒光猝滅后的熒光強(qiáng)度Fs。
[0014]【具體實(shí)施方式】:
為了更好地理解本發(fā)明，下面用具體實(shí)例來詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但是本發(fā)明并不局限于此。
[0015]步驟1.稱取2.0 g氯化鐵，1.6 g聚乙二醇(PEG)，5.8 g無水乙酸鈉