專利名稱:對(duì)痕量TNT檢測(cè)的ZnS:Cu<sup>2+</sup>納米晶熒光探針的制備方法
對(duì)痕量TNT檢測(cè)的ZnS:Cu2+納米晶熒光探針的制備方法所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及材料科學(xué)領(lǐng)域,特別涉及具有對(duì)超痕量TNT檢測(cè)的 ZnSiCu2+納米晶熒光探針的制備方法。
背景技術(shù):
從社會(huì)安全的角度來看,硝基芳香化合物具有極高的爆炸性和環(huán)境的 危害性,因此,近年來,在對(duì)超痕量硝基芳香化合物的檢測(cè)和相關(guān)的傳感器陣列的探索已經(jīng) 引起了社會(huì)研究機(jī)構(gòu)廣泛的關(guān)注和富有成效的探索。特定硝基芳香族爆炸物及其信號(hào)的實(shí) 驗(yàn)室檢測(cè)已經(jīng)通過氣質(zhì)聯(lián)用儀、離子遷移譜和中子活性分析等的方法被廣泛的開展。這些 傳統(tǒng)分析技術(shù)能夠滿足分析中的基本要求,如選擇性,可靠性,準(zhǔn)確性和可重復(fù)性,但是這 些檢測(cè)方法是昂貴的、耗時(shí)的和繁瑣笨重的,因?yàn)闄z測(cè)中樣品必須是脫離檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)送往實(shí) 驗(yàn)室去分析,不能夠做到實(shí)時(shí)實(shí)地的檢測(cè)。綜上所述,有必要尋求一種能夠快速和便捷的檢 測(cè)TNT的方法。在應(yīng)用方面,熒光材料是構(gòu)筑納米尺度結(jié)構(gòu)的理想敏感材料,而半導(dǎo)體摻雜 的納米晶是高效率、理想的熒光材料。為了解決爆炸物檢測(cè)問題,迫切地需要新的策略對(duì)環(huán) 境中的目標(biāo)分析物提供一種高選擇性、高靈敏性、高響應(yīng)、快速、低成本和原位檢測(cè)。在各種信號(hào)檢測(cè)中,基于熒光“關(guān)”或熒光“開”機(jī)理的光學(xué)可尋址化學(xué)傳感器已 經(jīng)被證明是研究者在許多挑戰(zhàn)的環(huán)境中所期盼對(duì)各種小分子目標(biāo)分析物檢測(cè)的新策略,由 于該檢測(cè)方法的高信號(hào)輸出和可靠的檢測(cè)結(jié)果。熒光“關(guān)”機(jī)理的化學(xué)傳感器對(duì)硝基芳香 化合物用熒光方法檢測(cè)是極其有利的。擁有缺電子的芳香環(huán)的硝基芳香爆炸物是一個(gè)電子 的接受體,這樣就顯示出對(duì)富電子的熒光材料表面擁有很高的親和力。這種光致發(fā)光是在 電子受體和給體之間通過電子轉(zhuǎn)移η復(fù)合物機(jī)理直接淬滅的,這種淬滅主要依賴于硝基 芳香化物的接受電子能力。近來,美國Swager科研小組用擁有很高的熒光量子產(chǎn)率的半導(dǎo) 體有機(jī)聚合物對(duì)超痕量的硝基芳香族化合物蒸氣檢測(cè)已經(jīng)顯現(xiàn)了一系列的成功實(shí)例。在光 纖的表面涂抹上導(dǎo)電聚合物,對(duì)TNT檢測(cè)信號(hào)放大了 30倍。與此同時(shí),其他的光致發(fā)光聚 合物材料如聚四苯基硅烷,聚四苯基鍺烷和物理吸附染料的多孔二氧化硅微球都已經(jīng)被證 明是對(duì)低濃度的硝基芳香爆炸物蒸氣檢測(cè)的有效傳感器。2008年,美國swager研究小組報(bào) 道熒光“開”化學(xué)傳感器通過以活性酶為媒介的還原反應(yīng)對(duì)非芳香硝基化合物黑索金(RDX) 和季戊四醇四硝酸酯(PETN)進(jìn)行直接檢測(cè)方法。目前這些方法中作為可替代的方法之一就是半導(dǎo)體量子點(diǎn)代替熒光素,由于其擁 有很高熒光量子產(chǎn)率,熒光半導(dǎo)體量子點(diǎn)摻雜二氧化硅納米粒子近來顯示了對(duì)于光學(xué)為基 礎(chǔ)的化學(xué)/生物傳感器檢測(cè)有巨大的潛力。發(fā)展在“納米粒子上的實(shí)驗(yàn)室”技術(shù)將提供一 種更具有靈活性的化學(xué)/生物傳感器的新穎策略,這種靈活性的策略允許光學(xué)可調(diào)和特定 配合物和接受體的組裝,能夠提供高比表面積為更好的接觸目標(biāo)分析物,同時(shí)擁有對(duì)各種 傳感器的組裝能力。從原理上來說,基于納米粒子的傳感器可以通過共價(jià)耦聯(lián)兩個(gè)組分一 種是識(shí)別接受體結(jié)合目標(biāo)分子和另一種傳感器(發(fā)色基團(tuán)),即信號(hào)的接受體。最典型的就 是美國Goldman科研小組近來報(bào)道了在量子點(diǎn)上修飾抗體和有機(jī)染料之間基于熒光共振 能量轉(zhuǎn)移化學(xué)/生物傳感器。成功制備了對(duì)麥芽糖、TNT和酶活性具有特定的檢測(cè)功能的 化學(xué)/生物傳感器。近來,我們報(bào)道了帶有氨基封端的ZnS摻雜Mn2+離子納米晶表現(xiàn)出了對(duì)于痕量芳香硝基爆炸物蒸氣超痕量和高靈敏檢測(cè)。痕量硝基芳香爆炸物蒸氣與修飾在ZnS納 米晶表面的巰基乙氨通過酸堿離子對(duì)形成深紅色復(fù)合物,這種復(fù)合物淬滅桔黃色Mn2+的 光致發(fā)光,通過熒光強(qiáng)度的改變,實(shí)現(xiàn)對(duì)芳香硝基爆炸物的檢測(cè)(Anal. Chem. 2008,80, 3458-3465)。同時(shí),我們?cè)诙趸杓{米粒子表面修飾上氨基和熒光染料分子,目標(biāo)分析衍 生物與二氧化硅表面的熒光素之間發(fā)生的能量共振轉(zhuǎn)移,實(shí)現(xiàn)對(duì)TNT的一種熒光放大淬滅 檢測(cè)(Anal. Chem. 2008,80,8545-8553)。此外,納米結(jié)構(gòu)表面的高濃度TNT分子印記實(shí)現(xiàn)了 對(duì)TNT的高選擇性和高靈敏的檢測(cè),如二氧化硅納米粒子表面印記(J. Am. Chem. Soc. 2007, 129,7859-7866.),二氧化硅納米管表面印記(Anal. Chem. 2008,80,437-443.),聚合物納 米線和納米管表面印記(Anal. Chem. 2006,78,8339-8346.),以及中空聚合物殼層(Adv. Mater. 2007,19,2370-2374.)。近年來,以半導(dǎo)體材料ZnS為模板,制備摻雜稀土金屬或過度金屬離子的ZnS半 導(dǎo)體材料吸引了大批研究者的興趣。2009年,孫遠(yuǎn)光等人報(bào)道了以分析純的硫代乙酰胺 [CH3CSNH2]、醋酸鋅[Zn(CH3COO)2]、醋酸銅[Cu(CH3COO)2]為反應(yīng)原料,去離子水作為反應(yīng) 溶劑,用水熱法在聚四氟乙烯反應(yīng)器中制備ZnS = Cu2+熒光納米晶(功能材料,2009,4 (40) 689-692.)。2008年嚴(yán)秀平等人的發(fā)明專利(CN101281131A)公開了“Mn摻雜ZnS量子點(diǎn)室 溫磷光檢測(cè)生物體液中依諾沙星的方法”制備方法。它采用了下述步驟(1)將L-半胱氨 酸、ZnSOjP MnCl2按一定濃度混合;(2)調(diào)pH至11,通入氮?dú)獗Wo(hù);(3)迅速加入Na2S溶液。 2003年朱仲力科研小組的發(fā)明專利(CN1468936A)公開了 “復(fù)合包裹型ZnS:Cu或ZnS:Cu. Mn發(fā)光材料”制備方法。它采用了下述步驟(1)用有機(jī)硅偶聯(lián)劑三甲氧基硅烷對(duì)ZnS:Cu. Mn發(fā)光粉進(jìn)行表面預(yù)處理;(2)對(duì)ZnS:Cu. Mn發(fā)光粉進(jìn)行液相化學(xué)沉積包覆;(3)對(duì) ZnS: Cu. Mn發(fā)光粉進(jìn)行氣相化學(xué)沉積包覆。2009年黃劍鋒等人的發(fā)明專利(CN101514470A) 公開了“一種ZnS = Cu光學(xué)薄膜制備方法.”制備方法。它采用了下述步驟(1)先配制一定 濃度的ZnCl2溶液;⑵向ZnCl2溶液中加入Na2S2O3和檸檬酸三鈉;(3)向上述溶液中加入 CuCl2試劑;(4)將上述溶液放入電沉積裝置中。2005年Hieronymus Andriessen等人公 開了發(fā)明專利(US20050001539Al)“Pr印aration of ZnS particles doped with cooper” 制備方法。它采用了下述步驟(1)先配制一定濃度的硫酸鋅、氯化銅、檸檬二乙烯三氨、氨 水溶液;(2)向溶液中加入硫代甘油。2009年Shellie等人發(fā)明專利(W02009114668A2)“E lectroluminescent ZnSMn phosphor and method of making,,制備方法。它米用 了下述 步驟(1)先合成出ZnS:Mn粒子(2)在ZnS:Mn粒子表面修飾上EDTA。但是這些文獻(xiàn)報(bào)道只是提出了摻雜不同金屬離子,如銅離子或錳離子來合成ZnS 納米晶熒光材料的方法,沒有攜帶專識(shí)性的基團(tuán),選擇性差,未見基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移原 理去檢測(cè)目標(biāo)分析物的報(bào)道,更未涉及到利用表面修飾L-半胱氨酸的ZnS Cu2+發(fā)射綠光帶 的納米晶熒光探針對(duì)TNT檢測(cè)報(bào)道。因此,合成高選擇性和高靈敏性的發(fā)射綠光帶ZnS Cu2+ 納米晶熒光探針的制備方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)痕量TNT分子識(shí)別和檢測(cè)有其必要性。在本發(fā)明中,我們報(bào)道了基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移原理在ZnS = Cu2+納米晶表面實(shí)現(xiàn) 對(duì)痕量TNT的檢測(cè)。ZnS = Cu2+納米晶尤其適合作為熒光探針,熒光量子效率高,同時(shí)摻雜 Cu2+的ZnS納米晶熒光探針是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),其表面能夠很容易與L-半胱氨酸反應(yīng)而修飾上 新組裝功能的亞單元。ZnS = Cu2+納米晶表面的氨基能夠與TNT目標(biāo)分子通過形成電荷轉(zhuǎn)移 復(fù)合物,由于存在電子離域,這種電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物在500-600nm波長范圍類顯示了一個(gè)很強(qiáng)的可見吸收峰。這一結(jié)果的發(fā)現(xiàn),激發(fā)我們ZnS = Cu2+納米晶表面通過共價(jià)交聯(lián)氨基來探索基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移熒光探針對(duì)TNT目標(biāo)分子高選擇性、高靈敏性的檢測(cè)。當(dāng)選擇一 個(gè)合適熒光探針其擁有的熒光發(fā)射光譜與L-半胱氨酸-TNT復(fù)合物的紫外-可見的吸收 光譜相重合,當(dāng)它們空間相互接近時(shí),熒光探針的熒光通過共振能量轉(zhuǎn)移將會(huì)被L-半胱氨 酸-TNT復(fù)合物所吸收,導(dǎo)致熒光探針熒光強(qiáng)度的下降,因此,ZnS = Cu2+納米晶熒光探針的光 致發(fā)光將會(huì)被有效的淬滅。由于在ZnS = Cu2+納米晶熒光探針表面有許多的對(duì)TNT結(jié)合敏感 性很強(qiáng)的氨基亞單元,這樣將會(huì)導(dǎo)致選擇性的對(duì)環(huán)境中TNT目標(biāo)分子形成快速的響應(yīng)。關(guān) 于ZnS: Cu2+納米晶熒光探針表面修飾上L-半胱氨酸,使其表面分別帶有L-半胱氨酸殘基 的氨基基團(tuán),目前未見文獻(xiàn)報(bào)道。這種表面修飾了 L-半胱氨酸的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針 通過熒光共振能量轉(zhuǎn)移在液相中能夠檢測(cè)到數(shù)個(gè)PPb級(jí)。這種對(duì)TNT分子具有專識(shí)性作用 的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針,以熒光作為探針、氨基為識(shí)別位點(diǎn)顯現(xiàn)出對(duì)TNT高選擇性、高 靈敏性和痕量的檢測(cè)。發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的針對(duì)目前現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處,本發(fā)明首次利用合成 的ZnS:Cu2+納米晶熒光探針作為支撐體,在其表面修飾上L-半胱氨酸,使其表面富含氨 基,對(duì)TNT痕量檢測(cè)的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針的制備方法,并首次將ZnS = Cu2+納米晶熒 光探針表面進(jìn)行功能化修飾用于對(duì)痕量爆炸物TNT分子識(shí)別與檢測(cè)。所述方法為化學(xué)合成 法,首先是合成出處在綠色發(fā)光帶的ZnS = Cu2+納米晶,然后,在ZnS:Cu2+納米晶表面修飾上 L-半胱氨酸,制備出對(duì)TNT識(shí)別和檢測(cè)作用的表面修飾有氨基的ZnS = Cu2+納米晶,形成高 選擇性、高靈敏性、帶有分子識(shí)別和檢測(cè)性能納米結(jié)構(gòu)熒光探針。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種對(duì)痕量TNT檢測(cè)的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針的制備方 法,包括在發(fā)綠色光帶的ZnS = Cu2+納米晶的表面修飾上L-半胱氨酸(L-Cysteine),表面帶 有氨基官能團(tuán),其特征在于所述的ZnS: Cu2+納米晶熒光探針表面帶有氨基,其表面的氨基 可進(jìn)一步與TNT目標(biāo)分子作用,使其表面富電子的氨基作為電子供體同缺電子的TNT受體 之間通過電荷轉(zhuǎn)移作用形成深紅色的復(fù)合物,此深紅色復(fù)合物通過熒光共振能量轉(zhuǎn)移可以 吸收ZnS = Cu2+納米晶表面的熒光,利用熒光強(qiáng)度的改變,實(shí)現(xiàn)對(duì)超痕量TNT檢測(cè),本發(fā)明的 制備過程包括如下兩個(gè)步驟1. 1第一步是發(fā)綠色光帶的ZnS = Cu2+納米晶的合成首先分別配制乙酸鋅和乙酸 銅的水溶液。稱取0. 25g乙酸鋅溶于IOOmL容量瓶中,定容后倒入500mL三口燒瓶中。然 后稱取0. 02g乙酸銅溶于IOOmL容量瓶中,定容后用移液管移取12mL的溶液加入到上述 500mL的三口燒瓶中與乙酸鋅混合,混合均勻后開始加熱攪拌。再配制一定濃度的乙酸鈉溶 液加入到上述混合溶液中,調(diào)其pH值在8 9之間。稱取0. 3g多聚磷酸鈉溶于50mL容量 瓶中,待上述混合液溫度達(dá)到100°C時(shí)緩慢加入多聚磷酸鈉溶液。剛開始加入時(shí)溶液由澄 清變?yōu)闇啙幔S著多聚磷酸鈉量的增多,溶液又逐漸變?yōu)槌吻濉T俜Q取0. 2g Na2S溶于IOmL 容量瓶中,當(dāng)上述混合液升溫至120°C時(shí)向溶液中緩慢滴加Na2S溶液。溶液由澄清開始變 為綠色渾濁,加入Na2S溶液過程中不停攪拌混合液反應(yīng)Ih ;1. 2第二步是在發(fā)綠色光帶的ZnS = Cu2+納米晶表面修飾上氨基取上述所得的 ZnS = Cu2+納米晶體,平均分裝在四支50mL的離心管中,進(jìn)行離心分離和溶劑的置換。分別用 95%的乙醇依次離心、分散和置換3次。取其中一支50mL的離心管中離心分散好的ZnS = Cu2+ 納米粒子,將其用25mL無水乙醇重新分散在50mL離心管中,然后取ImL該樣品于試管中,最后加入1 X ΙΟΛιοΙ · L—1的L-半胱氨酸ImL靜置24h。最后即得到具有對(duì)TNT高選擇性、 高靈敏性和痕量檢測(cè)的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針。作為對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn),所說熒光探針是ZnS = Cu2+納米晶;所說ZnS = Cu2+ 納米晶熒光探針粒徑可控,可以通過調(diào)節(jié)反應(yīng)物的量之間的比例來加以控制;所說 ZnSiCu2+納米晶體熒光探針的表面富含氨基;所說表面修飾功能試劑是L-半胱氨酸;所說 ZnSiCu2+納米晶探針表面的L-半胱氨酸的氨基能夠?qū)WR(shí)性的結(jié)合TNT分子;所說ZnS = Cu2+ 納米晶熒光發(fā)射光譜是綠色發(fā)光帶;所說ZnS = Cu2+納米晶熒光探針對(duì)TNT痕量檢測(cè)是基于 熒光共振能量轉(zhuǎn)移原理。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果
其一相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù),2009年,孫遠(yuǎn)光等人報(bào)道了以分析純的硫代乙酰胺 [CH3CSNH2]、醋酸鋅[Zn(CH3COO)2]、醋酸銅[Cu(CH3COO)2]為反應(yīng)原料,去離子水作為反應(yīng) 溶劑,用水熱法在聚四氟乙烯反應(yīng)器中制備ZnS = Cu熒光納米晶(功能材料,2009,4 (40) 689-692.)。2008年嚴(yán)秀平等人的發(fā)明專利(CN101281131A)公開了“Mn摻雜ZnS量子點(diǎn)室 溫磷光檢測(cè)生物體液中依諾沙星的方法”制備方法。它采用了下述步驟(1)將L-半胱氨 酸、ZnSOjP MnCl2按一定濃度混合;(2)調(diào)pH至11,通入氮?dú)獗Wo(hù);(3)迅速加入Na2S溶液。 2003年朱仲力科研小組的發(fā)明專利(CN1468936A)公開了 “復(fù)合包裹型ZnS:Cu或ZnS:Cu. Mn發(fā)光材料”制備方法。它采用了下述步驟(1)用有機(jī)硅偶聯(lián)劑三甲氧基硅烷對(duì)ZnS:Cu. Mn發(fā)光粉進(jìn)行表面預(yù)處理;(2)對(duì)ZnS:Cu. Mn發(fā)光粉進(jìn)行液相化學(xué)沉積包覆;(3)對(duì) ZnS: Cu. Mn發(fā)光粉進(jìn)行氣相化學(xué)沉積包覆。2009年黃劍鋒等人的發(fā)明專利(CN101514470A) 公開了“一種ZnS = Cu光學(xué)薄膜制備方法.”制備方法。它采用了下述步驟(1)先配制一定 濃度的ZnCl2溶液;⑵向ZnCl2溶液中加入Na2S2O3和檸檬酸三鈉;(3)向上述溶液中加入 CuCl2試劑;(4)將上述溶液放入電沉積裝置中。2005年Hieronymus Andriessen等人公開 了發(fā)明專利(US20050001539A1) "Preparation of ZnS particles doped with cooper” 制備方法。它采用了下述步驟(1)先配制一定濃度的硫酸鋅、氯化銅、檸檬二乙烯三氨、氨 水溶液;(2)向溶液中加入硫代甘油。2009年Shellie等人發(fā)明專利(W02009114668A2)“E lectroluminescent ZnSMn phosphor and method of making,,制備方法。它米用 了下述 步驟(1)先合成出ZnS:Mn粒子(2)在ZnS:Mn粒子表面修飾上EDTA。本發(fā)明首先是合成ZnS = Cu2+納米晶首先配制乙酸鋅和乙酸銅的水溶液。稱取 0. 25g乙酸鋅溶于100ml容量瓶中,定容后倒入三口燒瓶中。然后稱取0. 02g乙酸銅溶于 IOOmL容量瓶中,定容后用移液管移取12mL的溶液加入到三口燒瓶中與乙酸鋅混合?;旌?均勻后開始加熱攪拌。配制一定濃度的乙酸鈉溶液加入到混合溶液中,調(diào)其pH值在8 9 之間。稱取0. 3g多聚磷酸鈉溶于50mL容量瓶中,待混合液溫度達(dá)到100°C時(shí)緩慢加入多聚 磷酸鈉溶液。剛開始加入時(shí)溶液由澄清變?yōu)闇啙幔S著多聚磷酸鈉量的增多,溶液又逐漸變 為澄清。稱取0. 2gNa2S溶于IOmL容量瓶中,當(dāng)混合液溫度達(dá)到120°C時(shí)向溶液中緩慢滴加 Na2S溶液。溶液由澄清開始變?yōu)榫G色渾濁。加入Na2S溶液后再不停攪拌lh。其次,是在ZnS:Cu2+納米晶表面修飾上氨基取上述所得的ZnS:Cu2+納米晶體, 平均分裝在四支50mL的離心管中,進(jìn)行離心分離和溶劑的置換。分別用95%的乙醇依 次離心、分散和置換3次。取其中一支50mL的離心管中離分散好的ZnS = Cu2+納米粒子, 將其用25mL無水乙醇重新分散在50mL離心管中,然后取ImL該樣品與試管中,最后加入1 X 10_4mol · L-1的L-半胱氨酸ImL靜置24h。最后即得到具有對(duì)TNT高選擇性、高靈敏性 和痕量檢測(cè)的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針。
綜上所述,表面修飾氨基的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針,尤其是在ZnS = Cu2+納米晶熒 光探針表面帶有分子識(shí)別基團(tuán)的熒光探針,既增大熒光探針的比表面積,又增加了分子識(shí) 別位點(diǎn),提高選擇性、識(shí)別性和敏感性。其二 表面修飾了氨基分子的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針,能夠?qū)NT分子識(shí)別。例 如,加入一定量的TNT目標(biāo)分子可以同ZnS = Cu2+納米晶熒光探針表面的氨基形成暗紅色的 復(fù)合物,此復(fù)合物吸收ZnS = Cu2+納米晶熒光探針的發(fā)射光,通過熒光強(qiáng)度下降,實(shí)現(xiàn)對(duì)TNT 分子識(shí)別。合成表面富含氨基和熒光素的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針,同時(shí)也可以選擇性用 來檢測(cè)其他硝基爆炸物分子,如2,4_ 二硝基甲苯(2,4-dinitr0t0luene,DNT)和硝基苯 (Nitrobenzene, NB)??梢?,本發(fā)明所提供的方法是通用的,實(shí)用范圍比較廣泛。其三與傳統(tǒng)的固體薄膜化學(xué)傳感器相比較,表面修飾的ZnS = Cu2+納米晶熒光探 針化學(xué)傳感器具有較大的比表面積,較多的識(shí)別位點(diǎn),高選擇性,高敏感性,提高分子識(shí)別 性能。其四本發(fā)明所提供的方法中,粒徑可控的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針可以通過調(diào) 節(jié)多聚磷酸鈉的量來加以控制。即帶功能識(shí)別基團(tuán)的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針的粒徑是可 以控制的,因此,通過多聚磷酸鈉的量來調(diào)節(jié)。其五選擇ZnS = Cu2+納米晶熒光探針目的,因?yàn)槠渚哂幸韵聝?yōu)點(diǎn)⑴容易合成 ZnS = Cu2+納米晶熒光探針,高的熒光量子效率,相對(duì)較低成本;(2)在反應(yīng)過程中具有化學(xué) 和熱的穩(wěn)定性不與有機(jī)溶劑反應(yīng);(3)表面容易嫁接有機(jī)官能團(tuán);(4)發(fā)射光帶容易調(diào)節(jié)。
圖1是本發(fā)明所采用的表面修飾了 L-半胱氨酸的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針合成 示意圖。圖2是本發(fā)明所采用的ZnS Cu2+納米晶熒光探針激發(fā)后的電子躍遷示意圖。圖3是本發(fā)明所采用的ZnS: Cu2+納米晶熒光探針歸一化紫外-可見吸收光譜和熒 光發(fā)射光譜圖。插圖表示的是ZnS = Cu2+納米晶在紫外燈下的照片。圖4是本發(fā)明所采用的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針與TNT目標(biāo)分子之間的熒光共振 能量轉(zhuǎn)移原理示意圖(A)和基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移原理對(duì)TNT檢測(cè)示意圖(B)。圖5是本發(fā)明所采用的L-半胱氨酸紫外-可見吸收光譜圖(a)、L_半胱氨酸-TNT 結(jié)合后的紫外-可見吸收光譜圖(b)和ZnS = Cu2+納米晶的發(fā)射光譜圖(C)。圖6是本發(fā)明所采用的表面修飾了氨基的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針分別對(duì)2,4, 6-三硝基甲苯(TNT) (A)、2,4-二硝基甲苯(DNT) (B)和硝基苯(NB) (C)的檢測(cè)限檢測(cè)圖。圖7是本發(fā)明所采用的表面修飾了氨基的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針分別對(duì)2,4, 6_三硝基甲苯(TNT) (A)、2,4-二硝基甲苯(DNT)⑶和硝基苯(NB) (C)的猝滅常數(shù)檢測(cè)圖。根據(jù)附圖進(jìn)一步解釋
具體實(shí)施例方式圖1是本發(fā)明所采用的表面修飾了 L-半胱氨酸的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針合成 示意圖。在圖1中第一步是合成在綠色放光帶的ZnS = Cu2+納米晶。第二步是在ZnS:Cu2+納 米晶熒光探針表面修飾L-半胱氨酸,其表面富含氨基。
圖2是本發(fā)明所采用的ZnS:Cu2+納米晶熒光探針激發(fā)后的電子躍遷示意圖。當(dāng) ZnS中摻入稀土離子或過渡金屬離子(如摻雜Mn、Cu、Ag)作為激活劑時(shí),可改變基質(zhì)內(nèi)部 能帶結(jié)構(gòu),形成各種不同的發(fā)光能級(jí)。例如,銅離子作為ZnS的激活劑時(shí),在4個(gè)硫離子形 成的四面體晶體場(chǎng)中,銅的3d9基態(tài)分裂為較高的t2g能級(jí)和較低的e能級(jí)。圖3是本發(fā)明所采用的處在綠色放光帶的ZnS = Cu2+納米晶歸一化紫外-可見吸收 光譜和熒光發(fā)射光譜圖。插圖表示的是ZnS = Cu2+納米晶在紫外燈下的照片。ZnS = Cu2+納米 晶的熒光發(fā)射光譜最大發(fā)射波長在528nm左右,發(fā)射綠色熒光。ZnS:Cu2+納米晶在紫外燈 下的照片也顯示合成出的ZnS = Cu2+納米晶發(fā)射綠色熒光。
圖4是本發(fā)明所采用的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針與TNT目標(biāo)分子之間的熒光共振 能量轉(zhuǎn)移原理示意圖(A)和基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移原理對(duì)TNT檢測(cè)示意圖(B)。熒光共振 能量轉(zhuǎn)移是指兩個(gè)熒光發(fā)色基團(tuán)在足夠靠近時(shí),當(dāng)供體分子吸收一定頻率的光子后被激發(fā) 到更高的電子能態(tài),在該電子回到基態(tài)前,通過偶極子相互作用,實(shí)現(xiàn)了能量向鄰近的受體 分子轉(zhuǎn)移(即發(fā)生能量共振轉(zhuǎn)移)。熒光共振能量轉(zhuǎn)移是一種非輻射能量躍遷,通過分子間 的電偶極相互作用,將供體激發(fā)態(tài)能量轉(zhuǎn)移到受體激發(fā)態(tài)的過程,使供體熒光強(qiáng)度降低,而 受體可以發(fā)射更強(qiáng)于本身的特征熒光(敏化熒光),也可以不發(fā)熒光(熒光猝滅),同時(shí)也 伴隨著熒光壽命的相應(yīng)縮短或延長。當(dāng)缺電子的目標(biāo)分析物TNT與富電子修飾在ZnS = Cu2+ 納米晶熒光探針表面的L-半胱氨酸通過電荷轉(zhuǎn)移作用,形成暗紅色復(fù)合物的,這種暗紅色 復(fù)合物正好吸收ZnS:Cu2+納米晶熒光探針?biāo)l(fā)射的綠光,使其熒光強(qiáng)度減弱,從而達(dá)到檢 測(cè)的目的。圖5是本發(fā)明所采用的L-半胱氨酸紫外-可見吸收光譜圖(a)、L_半胱氨酸-TNT 結(jié)合后的紫外-可見吸收光譜圖(b)和ZnS = Cu2+納米晶的發(fā)射光譜圖(C)。熒光共振能 量轉(zhuǎn)移原理要求供體與受體的激發(fā)波長相近,能帶部分重合。從圖中可以看出L-半胱氨 酸-TNT結(jié)合后的紫外-可見吸收光譜最大波長在508nm,與ZnS = Cu2+納米晶的發(fā)射波長在 528nm處,圖中絕大部分完全重合。因此,利用ZnS = Cu2+納米晶作熒光探針對(duì)TNT進(jìn)行痕量 檢測(cè)在理論上是可行的。圖6是本發(fā)明所采用的表面修飾了氨基的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針分別對(duì)2,4, 6_三硝基甲苯(TNT) (A)、2,4-二硝基甲苯(DNT) (B)和硝基苯(NB) (C)的檢測(cè)限檢測(cè)圖。 ZnS = Cu2+納米晶熒光探針對(duì)TNT、DNT和NB的檢測(cè)限最小都能達(dá)到1X10_9M。檢測(cè)物的濃 度越大,熒光減弱的程度越明顯。TNT檢測(cè)限下降的幅度要明顯的優(yōu)于DNT和NB的檢測(cè)限 下降幅度。圖7是本發(fā)明所采用的表面修飾了氨基的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針分別對(duì)2,4, 6_三硝基甲苯(TNT) (A)、2,4-二硝基甲苯(DNT)⑶和硝基苯(NB) (C)的猝滅常數(shù)檢測(cè)圖。 ZnSiCu2+納米晶熒光探針對(duì)TNT、DNT和NB的淬滅常數(shù)分別為6239、3336和2282。這種淬 滅常數(shù)主要依賴于氨基對(duì)目標(biāo)分子的電荷轉(zhuǎn)移作用和熒光共振能量轉(zhuǎn)移機(jī)理。TNT淬滅常 數(shù)分別是2,4_ 二硝基甲苯(DNT)和硝基苯(NB)的淬滅常數(shù)的2和3倍。可見,ZnS = Cu2+納 米晶熒光探針表面的氨基對(duì)TNT分子的捕獲能力要比NB和DNT強(qiáng)的多,由于TNT的分子結(jié) 構(gòu)中有三個(gè)吸電子的硝基能夠與富電子的氨基形成強(qiáng)烈的酸堿離子對(duì),同是形成深紅色復(fù) 合物,與ZnS = Cu2+納米晶熒光探針在空間接近時(shí),產(chǎn)生了共振能量轉(zhuǎn)移,從而有效的淬滅熒 光。然而,NB和DNT分子結(jié)構(gòu)分別為一個(gè)硝基和二個(gè)硝基,相對(duì)來說吸電子能力較弱,很難形成酸堿離子對(duì)復(fù)合物,且NB和DNT與L-半胱氨酸的氨基之間的作用在紫外可見光譜中 沒有發(fā)現(xiàn)有新的吸收峰,可見,NB和DNT與L-半胱氨酸的氨基之間的作用是非常弱的。對(duì) 熒光的淬滅效率比TNT要差很多。
具體實(shí)施例方式一種對(duì)痕量TNT檢測(cè)的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針的制備方法,包 括在發(fā)綠色光帶的ZnS = Cu2+納米晶的表面修飾上L-半胱氨酸(L-Cysteine),表面帶有氨 基官能團(tuán),其特征在于所述的ZnS:Cu2+納米晶熒光探針表面帶有氨基,其表面的氨基可進(jìn) 一步與TNT目標(biāo)分子作用,使其表面富電子的氨基作為電子供體同缺電子的TNT受體之間 通過電荷轉(zhuǎn)移作用形成深紅色的復(fù)合物,此深紅色復(fù)合物通過熒光共振能量轉(zhuǎn)移可以吸收 ZnSiCu2+納米晶表面的熒光,利用熒光強(qiáng)度的改變,實(shí)現(xiàn)對(duì)超痕量TNT檢測(cè),本發(fā)明的制備 過程包括如下兩個(gè)步驟1、第一步是發(fā)綠色光帶的ZnS = Cu2+納米晶的合成首先分別配制乙酸鋅和乙酸銅 的水溶液。稱取0. 2 0. 3g乙酸鋅溶于IOOmL容量瓶中,定容后倒入500mL三口燒瓶中。 然后稱取0. 02 0. 03g乙酸銅溶于IOOmL容量瓶中,定容后用移液管移取10 15mL的溶 液加入到上述500mL的三口燒瓶中與乙酸鋅混合,混合均勻后開始加熱攪拌。再配制一定 濃度的乙酸鈉溶液加入到上述混合溶液中,調(diào)其pH值在8 9之間。稱取0. 3 0. 4g多 聚磷酸鈉溶于50mL容量瓶中,待上述混合液溫度達(dá)到100°C時(shí)緩慢加入多聚磷酸鈉溶液。 剛開始加入時(shí)溶液由澄清變?yōu)闇啙?,隨著多聚磷酸鈉量的增多,溶液又逐漸變?yōu)槌吻?。再稱 取0. 2 0. 3g Na2S溶于IOmL容量瓶中,當(dāng)上述混合液升溫至120°C時(shí)向溶液中緩慢滴加 Na2S溶液。溶液由澄清開始變?yōu)榫G色渾濁,加入Na2S溶液過程中不停攪拌混合液反應(yīng)1 2h ;2、第二步是在發(fā)綠色光帶的ZnS = Cu2+納米晶表面修飾上氨基取上述所得的 ZnS = Cu2+納米晶體,平均分裝在四支50mL的離心管中,進(jìn)行離心分離和溶劑的置換。分別用 95%的乙醇依次離心、分散和置換3次。取其中一支50mL的離心管中離心分散好的ZnS = Cu2+ 納米粒子,將其用25mL無水乙醇重新分散在50mL離心管中,然后取ImL該樣品于試管中, 最后加入1 X ΙΟΛιοΙ · L—1的L-半胱氨酸ImL靜置24h。最后即得到具有對(duì)TNT高選擇性、 高靈敏性和痕量檢測(cè)的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針。表面修飾氨基的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針中加入目標(biāo)分子,能夠改變其識(shí)別性 能。如加入TNT分子,ZnS Cu2+納米晶熒光探針表面的氨基與TNT形成復(fù)合物,吸收ZnS Cu2+ 納米晶熒光探針?biāo)l(fā)射的熒光,從而得到對(duì)TNT分子識(shí)別和檢測(cè)。實(shí)施例首先,利用合成的發(fā)射綠色光帶的ZnS:Cu2+納米晶作為熒光探針,第二 步,采用在ZnS Cu2+納米晶熒光探針表面進(jìn)行L-半胱氨酸的修飾,使其表面富含氨基,帶上 特定的官能團(tuán),能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)分析物高選擇性和高靈敏的檢測(cè)。第一步是處在發(fā)綠色光帶的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針的合成首先分別配制乙酸 鋅和乙酸銅的水溶液。稱取0. 25g乙酸鋅溶于IOOmL容量瓶中,定容后倒入500mL三口燒 瓶中。然后稱取0. 02g乙酸銅溶于IOOmL容量瓶中,定容后用移液管移取12mL的溶液加入 到上述500mL的三口燒瓶中與乙酸鋅混合,混合均勻后開始加熱攪拌。再配制一定濃度的 乙酸鈉溶液加入到上述混合溶液中,調(diào)其pH值在8 9之間。稱取0. 3g多聚磷酸鈉溶于 50mL容量瓶中,待上述混合液溫度達(dá)到100°C時(shí)緩慢加入多聚磷酸鈉溶液。剛開始加入時(shí) 溶液由澄清變?yōu)闇啙?,隨著多聚磷酸鈉量的增多,溶液又逐漸變?yōu)槌吻?。再稱取0.2g Na2S溶于IOmL容量瓶中,當(dāng)上述混合液升溫至120°C時(shí)向溶液中緩慢滴加Na2S溶液。溶液由澄 清開始變?yōu)榫G色渾濁,加入Na2S溶液過程中不停攪拌混合液反應(yīng)Ih ;
第二步是在發(fā)綠色光帶的ZnS = Cu2+納米晶表面修飾上氨基取上述所得的 ZnS = Cu2+納米晶體,平均分裝在四支50mL的離心管中,進(jìn)行離心分離和溶劑的置換。 分別用 95%的乙醇依次離心、分散和置換3次。取其中一支50mL的離心管中離心分散好的ZnS = Cu2+ 納米粒子,將其用25mL無水乙醇重新分散在50mL離心管中,然后取ImL該樣品于試管中, 最后加入1 X ΙΟΛιοΙ · L—1的L-半胱氨酸ImL靜置24h。最后即得到具有對(duì)TNT高選擇性、 高靈敏性和痕量檢測(cè)的ZnS = Cu2+納米晶熒光探針。
權(quán)利要求
一種對(duì)痕量TNT檢測(cè)的ZnS:Cu2+納米晶熒光探針的制備方法,包括在發(fā)綠色光帶的ZnS:Cu2+納米晶的表面修飾上L 半胱氨酸(L Cysteine),表面帶有氨基官能團(tuán),其特征在于所述的ZnS:Cu2+納米晶熒光探針表面帶有氨基,其表面的氨基可進(jìn)一步與TNT目標(biāo)分子作用,使其表面富電子的氨基作為電子供體同缺電子的TNT受體之間通過電荷轉(zhuǎn)移作用形成深紅色的復(fù)合物,此深紅色復(fù)合物通過熒光共振能量轉(zhuǎn)移可以吸收ZnS:Cu2+納米晶表面的熒光,利用熒光強(qiáng)度的改變,實(shí)現(xiàn)對(duì)超痕量TNT檢測(cè),本發(fā)明的制備過程包括如下兩個(gè)步驟1.1第一步是發(fā)綠色光帶的ZnS:Cu2+納米晶的合成首先分別配制乙酸鋅和乙酸銅的水溶液。稱取0.2~0.3g乙酸鋅溶于100mL容量瓶中,定容后倒入500mL三口燒瓶中。然后稱取0.02~0.03g乙酸銅溶于100mL容量瓶中,定容后用移液管移取10~15mL的溶液加入到上述500mL的三口燒瓶中與乙酸鋅混合,混合均勻后開始加熱攪拌。再配制一定濃度的乙酸鈉溶液加入到上述混合溶液中,調(diào)其pH值在8~9之間。稱取0.3~0.4g多聚磷酸鈉溶于50mL容量瓶中,待上述混合液溫度達(dá)到100℃時(shí)緩慢加入多聚磷酸鈉溶液。剛開始加入時(shí)溶液由澄清變?yōu)闇啙?,隨著多聚磷酸鈉量的增多,溶液又逐漸變?yōu)槌吻濉T俜Q取0.2~0.3g Na2S溶于10mL容量瓶中,當(dāng)上述混合液升溫至120℃時(shí)向溶液中緩慢滴加Na2S溶液。溶液由澄清開始變?yōu)榫G色渾濁,加入Na2S溶液過程中不停攪拌混合液反應(yīng)1~2h;1.2第二步是在發(fā)綠色光帶的ZnS:Cu2+納米晶表面修飾上氨基取上述所得的ZnS:Cu2+納米晶體,平均分裝在四支50mL的離心管中,進(jìn)行離心分離和溶劑的置換。分別用95%的乙醇依次離心、分散和置換3次。取其中一支50mL的離心管中離心分散好的ZnS:Cu2+納米粒子,將其用25mL無水乙醇重新分散在50mL離心管中,然后取1mL該樣品于試管中,最后加入1×10 4mol·L 1的L 半胱氨酸1mL靜置24h。最后即得到具有對(duì)TNT高選擇性、高靈敏性和痕量檢測(cè)的ZnS:Cu2+納米晶熒光探針。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)痕量TNT檢測(cè)的ZnS= Cu2+納米晶熒光探針的制備方 法,其特征是所說熒光探針是ZnS: Cu2+納米晶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)痕量TNT檢測(cè)的ZnS= Cu2+納米晶熒光探針的制備方 法,其特征是所說ZnS:Cu2+納米晶熒光探針粒徑可控,可以通過調(diào)節(jié)反應(yīng)物的量之間的比 例來加以控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)痕量TNT檢測(cè)的ZnS= Cu2+納米晶熒光探針的制備方 法,其特征是所說ZnS:Cu2+納米晶體熒光探針的表面富含氨基。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)痕量TNT檢測(cè)的ZnS= Cu2+納米晶熒光探針的制備方 法,其特征是所說表面修飾功能試劑是L-半胱氨酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)痕量TNT檢測(cè)的ZnS= Cu2+納米晶熒光探針的制備方 法,其特征是所說ZnS = Cu2+納米晶探針表面的L-半胱氨酸的氨基能夠?qū)WR(shí)性的結(jié)合TNT 分子。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)痕量TNT檢測(cè)的ZnS= Cu2+納米晶熒光探針的制備方 法,其特征是所說ZnS: Cu2+納米晶熒光發(fā)射光譜是綠色發(fā)光帶。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種對(duì)痕量TNT檢測(cè)的ZnS= Cu2+納米晶熒光探針的制備方 法,其特征是所說ZnS: Cu2+納米晶熒光探針對(duì)TNT痕量檢測(cè)是基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移原理。
全文摘要
一種對(duì)痕量TNT檢測(cè)的ZnS:Cu2+納米晶熒光探針的制備方法,包括處在發(fā)綠色光帶的ZnS:Cu2+納米晶的表面修飾上L-半胱氨酸(L-Cysteine),表面帶有氨基官能團(tuán)。本發(fā)明的制備過程包括如下兩個(gè)步驟首先是制備出處在綠色發(fā)光帶的ZnS:Cu2+納米晶,然后,以L-半胱氨酸為表面功能單體進(jìn)行功能化修飾,利用分子間的極性作用在ZnS:Cu2+納米晶表面上修飾上帶有氨基的L-半胱氨酸,納米晶表面富電子的氨基作為電子的給體與缺電子的芳香硝基爆炸物TNT之間通過酸堿離子對(duì)的作用生成暗紅色復(fù)合物,基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移原理,形成高選擇性、高靈敏性、帶有分子識(shí)別性能的ZnS:Cu2+納米晶熒光探針。
文檔編號(hào)G01N21/64GK101963581SQ20101023703
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者司靖宇, 孫虹, 張凌云, 朱德春, 江靜, 管航敏, 陳紅, 高大明 申請(qǐng)人:合肥學(xué)院