专利名称：磷酸根离子的快速、高效荧光检测方法
技术领域：
本发明涉及分析检测领域，尤其涉及水溶性、高稳定性的量子点光学探针的合成方法及其在荧光检测水体中磷酸根离子方面的应用。
背景技术：
磷酸根离子在众多涉及生命、环境及化学过程中起着举足轻重的作用[P. D. Beer and Ε. J. Hayes, Coord. Chem. Rev.，2003，240，167-189.]。人们日常生活中洗涤用品及农田施肥均会产生磷酸根离子的排放，造成天然水体中磷酸根的含量不断增大。但水中磷含量过高(> 0. 2mg · Γ1)，则会使水体营养化富集，造成藻类及其它水生植物公害的过度繁殖，致使水质恶化，给水体带来异味，造成环境污染[H. P. Jarvie, C. Neal, P. J.A. Withers， A.Robinson and N. Salter, Hydro1. Earth Syst. Sci. ,2003,7,722-743 ；P.Stalnacke, S. Μ. Vandsemb, A. Vassiljev, A. Grimvall and G. Jolankal, Water Sci. Technol. ,2004, 49，29-36 ；P. W. Balls, A. Macdonald, K.Pugh and A. C. Edwards, Environ. Pollut.，1995， 90,311-321]。而造成了对环境的污染，因此，环境中磷酸根离子的检测具有现实意义。目前报道的磷酸根离子的测定方法主要有分光光度法[F. Pena-Pereira，N. Cabaleiro, I. de la Calle, Μ. Costas, S. Gil, I. Lavilla and C. Bendicho. Talanta,2011,85,1100-1104 ；C.Μ. Li, Y. F. Li, J. Wang and C. Z. Huang. Talanta，2010，81，1339-1345]、荧光法[Y. Udnan, I.D. McKelvie, M. R. Grace, J.Jakmunee and K. Grudpan. Talanta,2005,66,461-466]、 色谱法[J. B. Quintana, R. Rodil and T. Reemtsma. Anal. Chem.，2006，78，1644—1650]、 电化学法[W. L. Cheng, J. W. Sue, W. C. Chen, J. L. Chang and J. M. Zen. Anal. Chem.，2010， 82,1157-1161 ；L. Gilbert, A. T. A. Jenkins, S. Browning and J. P. Hart. Anal. Biochem., 2009，393，242-247]、ICP-MS [Ζ. X. Guo, Q. Cai and Z. Yang. J. Chromatogr. A, 2005,1100, 160-167]等方法。但是这些方法往往比较耗时，而且往往存在较为严重的干扰现象。
半导体纳米粒子(又称量子点)，具有独特而优异的光学性质如宽的激发光谱、 窄的发射光谱，发射波长与纳米粒子的粒径有关、优异的抗光漂白性等[A. P. Alivisatos, Science, 1996，271，933-937]。因此，量子点受到了广泛关注，是一种非常有希望取代有机染料的荧光探针[J. M. Klostranec and W. C. W. Chan. Adv. Mater.，2006，18，1953-1964 ； Μ. J. Bruchez, Μ. Moronne and A. P. Alivisatos. Science, 1998，281，2013-2016]。功能性量子点作为光学探针荧光法法检测 Hg2+，Pb2+, Cu2+[Y. F. Chen and R. Ζ. Zeev, Anal. Chem.， 2002,7,5132-5138 ；Ζ. X. Cai, H. Yang, Y. Zhang and Χ. P. Yan, Anal. Chim. Acta, 2006, 559, 234-239 ；G. L. Wang, Y. Μ. Dong and Z.J.Li，Nanotechnology, 2011, 2, 5503-5508]显示了良好的效果。另外，量子点在 C[A. Touceda-Varela, Ε. I. Stevenson, J. A. Galve-Gasion,D.T. F. Dryden and J. C. Mareque-Rivas. Chem. Commun. ，2008, 1998-2000 ；W. J. Jin, M. T. Fernandez-Argiielles, J. M. Costa-Fernandez, R. Pereiro and A. Sanz-Mede 1. Chem. Commun.，2005，883-885 ；]、CF[Μ. J. Ruedas-Rama and Ε. Α. H. Hall. Analyst, 2008,133, 1556-1566]、Γ[H. Li, C. Han and L. Zhang. J. Mater. Chem.，2008，18,4543-4548]等阴离子的测定方面也显示了较强的优越性。上述研究都是基于离子对量子点的猝灭效应来检测的。但是，溶液中很多因素会导致量子点的荧光猝灭，会导致虚假信号。本发明利用 “关-开”型原理建立了磷酸根离子的新型测定方法，消除了溶液中其它因素对量子点猝灭的干扰信号，成功地进行了磷酸根离子的快速、高效测定。据我们所知，该方法是量子点作为荧光探针首次在磷酸根离子测定方面的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种快速、高效的磷酸根离子的测定方法；尤其是提供量子点作为纳米光学探针在阴离子测定方面的新用途。
本发明的目的之一可通过如下技术措施来实现
a、一定量的表面修饰剂与80ml 0. OOlM的镉盐溶液混合后，加入0. IM的NaOH溶液调节溶液的PH ；
b、上述混合液中，通入高纯氮气30分钟后，加入20ml 0. 002M的Na2S (或者NaHSe、 NaHTe)水溶液，继续通氮气搅拌下反应20分钟，得水溶性CdX (X代表硫、硒、碲)纳米材料；
c、将0. 25ml所得的水溶性CdX (X代表硫、硒、碲)纳米材料与0. 65ml 0. IM的 Tris-HCl缓冲溶液混合，加入一定浓度的稀土离子溶液，反应1分钟后，加入不同浓度的待测磷酸根离子标准溶液或者含有磷酸根离子的模拟水样进行荧光测定。
本发明的目的还可通过如下技术措施来实现
所述的CdX(X代表硫、硒、碲)纳米材料的表面修饰剂，分别选自巯基乙酸，巯基丙酸，半胱氨酸，柠檬酸三钠，酒石酸钠；所述的表面修饰剂的量为镉离子的物质的量的1-5倍；所述的镉盐溶液选自硝酸镉、硫酸镉、氯化镉、高氯酸镉中的一种；所述的合成 CdX(X代表硫、硒、碲)纳米材料时调节的溶液pH为7. 0-11. 0 ；所述的稀土离子分别为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇中的一种；所述的稀土离子的浓度为 1Χ1(Γ6-1 X l(rtiol/L。
本发明所制备的量子点探针在稀土离子的存在下荧光发生猝灭，磷酸根离子加入后荧光明显恢复。此“关-开”型探针能够有效的避免溶液中其它因素造成的荧光猝灭的干扰，选择性大大提高。
图1是发明制备的半胱氨酸修饰的CdS量子点(a)及其加入1. OX 10_6mol/L的铈离子以及6. OX 10_6mOl/L的磷酸根离子的荧光光谱。
图2是发明制备的巯基乙酸修饰的CdS量子点的荧光强度随磷酸根离子浓度变化的关系图。
图3是发明制备的巯基乙酸修饰的CdS量子点对其它阴离子的荧光响应图。
图4是溶液pH的变化对磷酸根离子测定效果的影响。
图5是Ce3+的浓度变化对磷酸根离子测定效果的影响。
具体实施例方式
实施实例1:
a、0. 013g的半胱氨酸盐酸盐与80ml 0. OOlM的CdCl2溶液混合后，加入0. IM的 NaOH溶液调节溶液的pH为7. 5 ；
b、上述混合液中，通入高纯氮气30分钟后，加入20ml 0. 002M的Na2S水溶液，继续通氮气搅拌下反应20分钟，得水溶性CdS纳米材料；
c、将0. 25ml所得的水溶性CdS纳米材料与0. 65ml 0. IM的Tris-HCl缓冲溶液混合，加入0. 5ml的1. OX 10_4mOl/L的硝酸镧溶液，反应1分钟后，加入不同浓度的待测磷酸根离子标准溶液或者含有磷酸根离子的模拟水样进行荧光测定。
实施实例2:
aUOmL 0. Olmol/L的巯基乙酸溶液与80ml 0. OOlM的Cd(ClO4)2溶液混合后，加入0. IM的NaOH溶液调节溶液的pH为9. 0 ；
b、上述混合液中，通入高纯氮气30分钟后，加入20ml 0. 002M的NaiBe水溶液，继续通氮气搅拌下反应20分钟，得水溶性Cdk纳米材料；
C、将0. 25ml所得的水溶性CcKe纳米材料与0. 65ml 0. IM的Tris-HCl缓冲溶液混合，加入0. Iml的1.0X10_4mol/L的硫酸铈(III)溶液，反应1分钟后，加入不同浓度的待测磷酸根离子标准溶液进行荧光测定。
实施实例3
a、0. 118g的二水合柠檬酸三钠与80ml 0. OOlM的Cd(CW4)2溶液混合后，加入 0. IM的NaOH溶液调节溶液的pH为7. 0 ；
b、上述混合液中，通入高纯氮气30分钟后，加入20ml 0. 002M的NaHTe水溶液，继续通氮气搅拌下反应20分钟，得水溶性CdTe纳米材料；
C、将0. 25ml所得的水溶性CdTe纳米材料与0. 65ml 0. IM的Tris-HCl缓冲溶液混合，加入0. Iml的1. 0 X 10_4mol/L的硝酸铕溶液(用Eu2O3加硝酸溶解后的水溶液加热将蒸发掉硝酸制得)，反应1分钟后，加入含有1. 0 X 10-5mol/L磷酸根离子的模拟水样ImL进行荧光测定。
实施实例4
a、0. IOOg的酒石酸二钠与80ml 0. 00IM的Cd (NO3)2溶液混合后，加入0. IM的NaOH 溶液调节溶液的PH为11.0 ；
b、上述混合液中，通入高纯氮气30分钟后，加入20ml 0. 002M的NaHTe水溶液，继续通氮气搅拌下反应20分钟，得水溶性CdTe纳米材料；
C、将0. 25ml所得的水溶性CdTe纳米材料与0. 65ml 0. IM的Tris-HCl缓冲溶液混合，加入0. 5ml的1. 0 X 10_4mol/L的硝酸铕溶液(用Eu2O3加硝酸溶解后的水溶液加热将蒸发掉硝酸制得)，反应1分钟后，加入含有1. 0 X 10-5mol/L磷酸根离子的模拟水样ImL进行荧光测定。
权利要求
1.磷酸根离子的快速、高效荧光检测方法，其特征在于a、一定量的表面修饰剂与80ml0. OOlM的镉盐溶液混合后，加入0. IM的NaOH溶液调节溶液的PH ；b、上述混合液中，通入高纯氮气30分钟后，加入20ml0. 002M的Na2S (或者NaHSe、 NaHTe)水溶液，继续通氮气搅拌下反应20分钟，得水溶性CdX (X代表硫、硒、碲)纳米材料；C、将0. 25ml所得的水溶性CdX (X代表硫、硒、碲)纳米材料与0. 65ml 0. IM的Tris-HCl 缓冲溶液混合，加入一定浓度的稀土离子溶液，反应1分钟后，加入不同浓度的待测磷酸根离子标准溶液或者含有磷酸根离子的模拟水样进行荧光测定。
2.根据权利要求1所述的磷酸根离子的快速、高效检测方法，其特征在于所述的CdS纳米材料的表面修饰剂，分别选自高巯基乙酸，巯基丙酸，半胱氨酸，柠檬酸三钠，酒石酸钠； 所述的表面修饰剂的量为镉离子的物质的量的1-5倍。
3.根据权利要求1所述的磷酸根离子的快速、高效检测方法，其特征在于所述的镉盐溶液选自硝酸镉、硫酸镉、氯化镉、高氯酸镉中的一种。
4.根据权利要求1所述的磷酸根离子的快速、高效检测方法，其特征在于合成时调节的溶液PH为7. 0-11.0。
5.根据权利要求1所述的磷酸根离子的快速、高效检测方法，其特征在于选用的稀土离子分别为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇中的一种。
6.根据权利要求1所述的磷酸根离子的快速、高效检测方法，其特征在于选用的稀土离子的浓度为 ι χ 1(Γ6-1 X l(T5mol/L。
全文摘要
本发明提供磷酸根离子的快速、高效荧光检测方法。稀土离子能使量子点的荧光发生猝灭，加入磷酸根离子后量子点的荧光得以有效地恢复。与最常见的基于量子点的荧光猝灭型探针相比，该新型“关-开”型量子点荧光探针能够有效的避免溶液中其它因素所导致的荧光猝灭，使测定的选择性大大提高。据我们所知，该方法是量子点首次在磷酸根离子测定方面的应用。本发明能够对磷酸根离子实现高灵敏测定，线性范围为1×10-7mol/L to 5×10-6mol/L，检测限为5×10-8mol/L。常见的阴离子几乎没有荧光响应信号，表明该方法具有良好的选择性，对模拟水样中的磷酸根离子的测定具有满意结果，有望用作水体中磷酸根离子的检测。
文档编号G01N21/64GK102495035SQ201110399330
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月6日 优先权日2011年12月6日
发明者朱晓瑛, 焦焕军, 王光丽, 董玉明 申请人:江南大学