一种基于电子能量转移机制检测乙二胺的比率荧光和比色双模试剂

本发明属于非制式爆炸物原料检测分析领域，提供了一种基于电子能量转移机制检测乙二胺的比率荧光和比色双模试剂。

背景技术：

1、乙二胺作为典型的胺类化合物具有碱性、亲核性和水溶性等特征，同时可作为含氮炸药的氮源，是制造非制式爆炸物picatinny强效液体炸药的主要原料之一。此外，尽管乙二胺被公安部列为易制爆危险化学品，但由于其常用于化工生产及学术研究而较容易获得，且乙二胺具有易挥发性和较强的腐蚀性，易对环境造成危害、威胁人类健康。因此实现痕量乙二胺的快速可视化检测具有重要的应用价值。

2、目前乙二胺的检测方法主要有高效气相/液相色谱法、离子色谱法、电化学法、光学检测法(荧光法或比色法)等。其中，光学检测法可给予直观的颜色信号，操作方便且便于携带，不需要任何复杂的操作设备及程序，且成本低适合批量应用化，因此具有非常优异的应用前景及价值。用于检测乙二胺的光学检测法通常基于乙二胺的碱性或亲核性设计探针分子以实现荧光或颜色变化。如，西北师范大学林奇教授课题组设计的8-羟基喹啉功能化柱[5]芳烃材料实现了乙二胺蒸气的荧光猝灭检测(acs sustainable chemistry&engineering 2021,9,16203-16209；cn 113173883 b)；印度kulathu iyersathiyanarayanan教授课题组设计的邻二氰基类荧光探针用于乙二胺的比率荧光检测(dyes and pigments,2020,178,108346)；公开号为：cn 112964705 b公开了“一种快速比色和荧光点亮双模检测乙二胺的试剂”，能够快速比色和荧光点亮检测乙二胺，弥补了探针分子合成繁琐的不足。但这些特异性检测乙二胺的荧光探针容易因光漂白而造成荧光猝灭，进而影响检测效果。

3、而半导体量子点具有优异的光学特性和无与伦比的光稳定性，且由于其易修饰的表面化学特性及可调控的能级使其在生物和化学领域都得到了广泛的应用。西班牙pedroj.rodriguez-canto教授课题组以cdse和pbs量子点制备了一种小型化学传感器，实现了乙二胺的猝灭检测(rsc advances,2015,5,19874–19883)。但其未对量子点做功能化特异性配体的修饰，因而特异性有待提升。而目前大多数现有的功能化量子点检测体系基于共振能量转移(fret)、光诱导电子转移(pet)、内滤效应(ife)或这些作用相互结合实现对目标物荧光信号的变化。通常，与单发射信号相比，双发射信号使得检测后具有内部参比，因此目前常用fret体系。但实现fret需要满足四个条件：(i)量子产率相对较高的供体；(ii)供体发射光谱与受体吸收光谱重叠；(iii)过渡偶极子相对取向适当；(iv)供体和受体距离足够近(通常小于10nm)。这些条件严重阻碍了新的功能化量子点的探索，因而不利于高效传感方法的发展。考虑到能量转移也可以在无光谱重叠的情况下发生，电子能量转移(electronic energy transfer，eet)可能是一种更通用和更有前途的用于探索高性能传感方法的机制。而目前eet机制尚未应用于分析化学领域，更不用说通过设计功能化量子点和与目标分析物的有效相互作用来启动eet传感机制。

4、因此，本发明基于乙二胺的亲核性，采用色酮作为特异性识别探针接枝于红色荧光的cdse/zns量子点，以色酮上的c-o键为识别位点，基于eet机制实现乙二胺的比率荧光和比色双模检测。该试剂能够对乙二胺在数秒内实现由红色荧光到蓝色荧光及无色到黄色的变化，显色对比明显利于识别，同时该试剂合成较为简单，具有较强的特异性，抗光漂白。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种基于电子能量转移机制检测乙二胺的比率荧光和比色双模试剂，该试剂由色酮功能化的红色荧光cdse/zns量子点和有机溶剂组成。该双模试剂能够实现对乙二胺快速且稳定的特异性响应，其检测原理为：通过cdse/zns量子点调控色酮配体吸电子特性，而使色酮上c-o处的c呈现电正性而易与乙二胺发生亲核加成反应，导致色酮上c-o键断裂而与乙二胺的氨基形成c-n键，并由于氢键作用形成更大的共轭平面而发出蓝色荧光，而量子点本身红色荧光保持不变。通过理论计算构建量子点配体模型模拟证明了检测前电子空穴局域在量子点附近，而与乙二胺反应后电子空穴局域在配体附近，实现了在配体的吸收光谱与量子点的发射光谱无重叠的情况下由待测物乙二胺引起色酮功能化量子点体系中eet的产生。因而该试剂与乙二胺反应后荧光由红色变为蓝色，红色荧光作为内部参比，检测限为0.11μm；在自然光下反应的颜色为无色变为黄色，检测限为0.99μm，利于裸眼识别。该荧光比率和比色双模试剂具有良好的特异性，能够区分乙二胺与各种胺类、其他易制爆原料/爆炸物、生活日常用品等40余种干扰物，同时比色通道进一步加强了该试剂的选择性。该试剂构建了由待测物驱动的色酮功能化量子点体系实现eet机制，为非制式爆炸物原料乙二胺的现场检测提供了非常有效的理论基础及技术手段。

2、本发明所述的一种基于电子能量转移机制检测乙二胺的比率荧光和比色双模试剂，该试剂由色酮功能化的红色荧光cdse/zns量子点和有机溶剂组成，具体操作按下列步骤进行：

3、室温下，称取色酮功能化的红色荧光cdse/zns量子点，溶于有机溶剂为乙醇、甲醇、二氯甲烷中的一种或任意两种溶剂中，超声2min至均匀，即得到用于检测乙二胺的比率荧光和比色双模试剂；其中：色酮为6-氟色酮、6-氯色酮、6-溴色酮、3-溴色酮、6-氯-3-甲酰色酮、6-溴-3-甲酰色酮或色酮-3-甲腈，色酮功能化量子点在有机溶剂中的浓度为0.01-1mg/ml。

4、本发明所述的一种基于电子能量转移机制检测乙二胺的比率荧光和比色双模试剂，该试剂中的色酮功能化的红色荧光cdse/zns量子点由色酮类化合物为6-氟色酮、6-氯色酮、6-溴色酮、3-溴色酮、6-氯-3-甲酰色酮、6-溴-3-甲酰色酮、色酮-3-甲腈，具体操作按下列步骤进行：

5、a、将0.8-1.3mmol氧化镉、1.5-1.8mmol二水合乙酸锌和5ml油酸加入至50ml三颈烧瓶中，在氮气气流下140℃加热30min，然后将溶液冷却至50℃，在反应烧瓶中加入1-十八烯25ml，在氮气气流下加热至300℃；

6、b、分别将硒粉和硫粉溶于三正辛基膦中，在100℃下以800rpm剧烈搅拌，分别得到1m三正辛基膦-硒溶液和2m三正辛基膦-硫溶液；

7、c、将0.15-0.3ml三正辛基膦-硒溶液快速注入300℃的反应瓶中并等待80s，然后将1-十八烯(1ml)与1-十二硫醇(0.3ml)混合后注入300℃的反应瓶中并等待20min，最后将0.8-1.2ml三正辛基膦-硫溶液在10min内缓慢注入烧瓶，冷却至室温，生成具有红色荧光的cdse/zns量子点；

8、d、采用甲苯/乙醇(体积比为1:20)沉淀再分散法重复5次清洗制备的cdse/zns量子点，并将得到的cdse/zns量子点分散于正己烷溶液(50μg/ml)中备用；

9、e、将2-5g 3-巯基丙酸和1-3g氢氧化钾溶于80ml甲醇中得到3-巯基丙酸溶液，加入cdse/zns量子点正己烷溶液80ml，并在室温下以800rpm搅拌3h，直到所有cdse/zns量子点颗粒都转移至水相；

10、f、通过分液将水相中的量子点与正己烷溶液分离，并在8000rpm下离心1min并重复三次以除去多余的3-巯基丙酸，所得沉淀即为3-巯基丙酸修饰的cdse/zns量子点，将其溶解于20ml乙醇中备用；

11、g、将0.8-3mmol色酮类化合物为6-氟色酮、6-氯色酮、6-溴色酮、3-溴色酮、6-氯-3-甲酰色酮、6-溴-3-甲酰色酮或色酮-3-甲腈与3-巯基丙酸修饰的cdse/zns量子点溶液在吡啶40μl下，在50ml圆底烧瓶中温度85℃下剧烈搅拌1h，冷却至室温后将沉淀过滤分离并用冰乙醇彻底洗涤，真空干燥，得到色酮功能化的cdse/zns量子点。

12、本发明所述的一种基于电子能量转移机制检测乙二胺的比率荧光和比色双模试剂，将该试剂应用于乙二胺检测的具体方法如下：

13、a、量取乙二胺与纯水混合，配制成的浓度为200mm的乙二胺水溶液，再将其梯度稀释为50mm、45mm、40mm、35mm、30mm、18mm、15mm、10mm、8mm、5mm、3mm、1.5mm的乙二胺水溶液；

14、b、用移液枪量取2.45ml双模检测试剂于比色池，分别加入50μl不同浓度的乙二胺溶液，将溶液静置1h后，用荧光光谱仪进行荧光发射光谱扫描，测定该试剂在410nm激发光下检测不同浓度乙二胺后的荧光发射光谱，再以460nm处的荧光发射强度为纵坐标，乙二胺浓度为横坐标，拟合得到线性曲线，从而确定该检测试剂的荧光检测限；

15、c、用移液枪量取2.45ml双模检测试剂于比色池，分别加入50μl不同浓度的乙二胺溶液，将溶液静置1h后，用紫外-可见分光光度计进行紫外-可见吸收光谱扫描，测定该检测试剂在检测不同浓度乙二胺后的紫外-可见吸收光谱；再以436nm处的吸光度为纵坐标，乙二胺浓度为横坐标，拟合得到线性曲线，从而确定该检测试剂的比色检测限。

16、本发明所述的一种基于电子能量转移机制检测乙二胺的比率荧光和比色双模试剂，该试剂基于待测物驱动的色酮功能化量子点体系eet机制，通过cdse/zns量子点调控色酮配体吸电子特性，实现了对非制式爆炸物原料乙二胺的快速、特异性、高灵敏、抗光漂白检测，为爆炸物安全检测领域提供了优异的基础研究。

17、本发明与现有技术相比，具有如下的优点及有益效果：

18、本发明所述的一种基于电子能量转移机制检测乙二胺的比率荧光和比色双模试剂，通过色酮功能化的红色荧光cdse/zns量子点调控色酮配体吸电子特性，使检测位点易与乙二胺发生亲核反应；双发射信号使得检测后具有内部参比，同时比色信号加强了选择性，因而该试剂具有较强的特异性；同时由于量子点具有优异的光稳定性，因而该试剂能够抗光漂白；此外，该试剂响应速度快、显色稳定清晰，裸眼识别无障碍，为非制式爆炸物原料乙二胺的现场检测提供了优异的理论基础及技术手段，为非制式爆炸物安全检测领域提供了优异的基础研究。