专利名称：基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明属于光学和高分子化学领域，涉及一种硝基苯类爆炸物的检测方法和应用，具体涉及一种基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法和应用。
背景技术：
对有毒爆炸物的快速、高效、灵敏检测一直是国土安全、环境保护领域关注的重点。目前，对爆炸物的检测还主要依赖于大型的检测仪器，如飞行质谱。但很多情况下，尤其是危急情况下往往需要在现场对爆炸物含量迅速做出判断，而可用于现场快速检测的仪器造价较昂贵且主要针对爆炸物气体进行检测，对于水体中的爆炸物含量目前还缺乏有效的快速检测手段。具有特殊荧光信号放大功能的共轭聚合物是优良的传感活性材料，对强缺电子的硝基苯类爆炸物具有灵敏的识别能力，然而这些共轭聚合物自身的疏水性却限制了其在水相体系中检测爆炸物的应用。因此对这些共轭聚合物进行改性使其具有亲水性，可扩大其应用范围，然而制备水溶性的共轭聚合物却涉及到非常复杂的合成过程，大大增加了检测的成本。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法。该方法是用自组装纳米胶束对疏水性荧光共轭聚合物进行包埋，利用微相萃取作用，将水体中的痕量硝基苯类爆炸物富集于胶束内核，与储存在那里的共轭聚合物发生作用，使共轭聚合物的荧光信号出现明显的变化。本发明的另一个目的在于提供所述的基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法的应用。本发明的目的通过以下技术方案得以实现:一种基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法，包括以下步骤:(I)配制浓度为4.2mM 5mM的硝基苯类爆炸物的乙醇溶液；(2)取2.5mL浓度为0.01 3mg/mL的聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针溶液于比色皿中，置于荧光光谱仪中扫描荧光光谱；(3)向比色皿中加入6μ L的硝基苯类爆炸物的乙醇溶液，摇匀，在荧光光谱仪中扫描突光光谱；(4)重复步骤(3)的过程10次以上，根据荧光随爆炸物加入量的增多逐步淬灭的信号用Stern-Volmer方程计算荧光传感效率。步骤(I)中所述的硝基苯类爆炸物的乙醇溶液为2，4，6-三硝基苯酚或二硝基甲苯的乙醇溶液。步骤(2)中所述的比色皿为石英比色皿；所述的扫描荧光光谱是在激发光波长为335nm，狭缝宽度为5nm或3nm条件下进行荧光扫描的；其中，所述的狭缝宽度为5nm是对包埋了 PFO的聚合物纳米胶束探针溶液进行的；所述的狭缝宽度为3nm是对包埋了 PFPE的聚合物纳米胶束探针溶液进行的。所述的聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针为嵌段型聚醚F127/PF0纳米复合物荧光探针、嵌段型聚醚F127/PFPE纳米复合物荧光探针或两亲性纤维素衍生物HMHEC/PF0纳米复合物荧光探针；其中，所述的聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针是通过如下步骤制备的:A聚合物纳米胶束水溶液的制备:将聚合物F127、两亲性纤维素衍生物HMHEC溶于溶剂中，磁力搅拌条件下处理，即得到浓度为0.01 3mg/mL的聚合物纳米胶束水溶液；其中，所述的两亲性纤维素衍生物HMHEC的制备方法是:5g羟乙基纤维素溶于30ml异丙醇,搅拌30min ;在2000rmp转速下搅拌且通N2保护的条件下滴加30ml体积分数为5%的NaOH溶液，滴加完毕后500rpm搅拌速度搅拌12h ;混合溶液加热至80°C，向其中滴加1-溴十二烷/异丙醇溶液(1-溴十二烷/异丙醇中1-溴十二烷与HEC中葡糖酐单元摩尔比为0.25，1-溴十二烷中与异丙醇体积比为3)，N2保护下反应5h，冷却至20°C后用HCl调pH至中性；用0.45 μ m微孔滤膜过滤,用己烧和丙酮洗漆4次后，60°C减压干燥24h,得到 HMHEC ；所述的溶剂为超纯水或DMSO ;所述的磁力搅拌条件下处理为在2000rpm搅拌下滴加20mL超纯水过夜，去离子水透析72h，收集透析袋中溶液，用超纯水稀释或超声处理Ih ；B荧光共轭聚合物溶液的制备:将荧光共轭聚合物PFO或PFPE溶解在四氢呋喃中，配置浓度为I 2mg/mL的荧光共轭聚合物溶液；C聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针的制备:将0.05 ImL的荧光共轭聚合物溶液在搅拌下滴加至聚合物纳米胶束水溶液中，使得混合溶液体积为IOmL ;超声I 4h混合均匀后，旋转蒸发掉四氢呋喃，补水至蒸发前体积，过滤，得到聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针。其中，所述的过滤是用0.45 μ m微孔滤膜过滤；所述的聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针的粒径为118.3 131.2nm ;所述的探针的荧光共轭聚合物的包载率为 37.82 85.62%。步骤(3)中所述的扫描荧光光谱是在激发光波长为335nm，狭缝宽度为5nm或3nm条件下进行荧光扫描的；步骤(4)中所述的Stern-Volmer方程公式为:10/I=(1+KSV[Q])；其中，Itl为探针溶液未加爆炸物时的原始荧光强度，I为添加爆炸物浓度为[Q]时的探针溶液荧光强度，Ksv是Stern-Volmer常数，即荧光传感效率。上述所述的基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法在爆炸物快速检测试纸或试剂盒制备中的应用。本发明的原理在于:本发明提出利用自组装纳米胶束作为包埋保护荧光共轭聚合物的载体，该自组装纳米胶束包括嵌段式聚醚、接枝型纤维素两亲性衍生物等，然后以这些具有优异水分散性的自组装纳米胶束/共轭聚合物复合物为荧光探针检测水体中硝基苯类爆炸物。该方法利用了荧光共轭聚合物对硝基苯类爆炸物的识别检测活性，并有效解决了共轭聚合物的水不溶问题，而且利用纳米胶束的微相萃取作用使得待测物与检测物质在纳米胶束内富集，大大提高了传感效率和检测灵敏度。此外，这个方法提供了 一种从常见的疏水性共轭聚合物中获得水溶性发光共轭聚合物纳米粒子的替代方法。本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果:(I)以自组装聚合物纳米胶束作为包载保护疏水性荧光共轭聚合物的载体，使其在保持优良荧光性能的同时具有良好的水溶性，可方便地应用于水相检测。(2)所使用的载体嵌段型聚醚F127无毒、无刺激性，其胶束对憎水化合物具有很强的增溶能力，且合成成本较低，已实现商业化生产。两亲性纤维素纳米聚合物可再生、资源丰富且具有生物相容性，为昂贵功能材料共轭聚合物的应用提供了优良的载体，可扩展和优化其应用。(3)由于纳米胶束的微相萃取富集作用，与荧光共轭聚合物在有机溶剂中的传感性能相比，其纳米胶束体系在水相中检测硝基苯类爆炸物的灵敏度获得显著提高。(4)整个制备工艺简单易行，适合大规模生产。
图1为实施例3中制备的嵌段型聚醚F127/PF0纳米复合物荧光探针对爆炸物2，4，6-三硝基苯酚(苦味酸PA)及二硝基甲苯(DNT)的传感。图2为实施例6中制备的嵌段型聚醚F127/PFPE纳米复合物荧光探针对爆炸物2，4，6-三硝基苯酚(苦味酸PA)及二硝基甲苯(DNT)的传感。图3为实施例7中制备的两亲性纤维素衍生物HMHEC/PF0纳米复合物荧光探针及PFO在有机溶剂THF中对二硝基甲苯DNT的传感。
具体实施例方式下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例1(I)聚合物纳米胶束水溶液的制备:将两亲性聚合物F127 (购买于Aldrich)分散在超纯水中，磁力搅拌30min,再超声处理I小时,配制浓度为0.01mg/mL的聚合物纳米胶束水溶液；(2)荧光共轭聚合物溶液的制备:将荧光共轭聚合物9，9- 二辛基聚芴(PFO)溶解在四氢呋喃中，配制浓度为lmg/mL的荧光共轭聚合物溶液；(3)聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针的制备:将50 μ L的荧光共轭聚合物溶液在剧烈搅拌下滴加至聚合物纳米胶束水溶液中，使混合溶液的总体积为IOml ；超声Ih混合均匀后旋转蒸发除去四氢呋喃，补水至蒸发前体积；用0.45 μ m微孔滤膜过滤除去未包埋的PF0，即得到嵌段型聚醚F127/PF0纳米复合物荧光探针。使用紫外光谱仪测定纳米胶束探针溶液中PFO的包载率为54.24% ;动态光散射法(DLS)测定出其粒径为118.6nm。实施例2
(I)聚合物纳米胶束水溶液的制备:将两亲性聚合物F127 (购买于Aldrich)分散在超纯水中，磁力搅拌30min,再超声处理I小时,配制浓度为0.lmg/mL的聚合物纳米胶束水溶液；(2)荧光共轭聚合物溶液的制备:将荧光共轭聚合物9，9- 二辛基聚芴(PFO)溶解在四氢呋喃中，配置浓度为lmg/mL的荧光共轭聚合物溶液；(3)聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针的制备:将100 μ L的荧光共轭聚合物溶液在剧烈搅拌下滴加至聚合物纳米胶束水溶液中，使混合溶液的总体积为IOml ;超声2h混合均勻后旋转蒸发除去四氢呋喃,补水至蒸发前体积；用0.45 μ m微孔滤膜过滤除去未包埋的PF0，即得到嵌段型聚醚F127/PF0纳米复合物荧光探针。使用紫外光谱仪测定该纳米胶束探针溶液中PFO的包载率为82.22%。动态光散射法(DLS)测定出其粒径为 119.7nm。实施例3(I)聚合物纳米胶束水溶液的制备:将两亲性聚合物F127 (购买于Aldrich)分散在超纯水中，磁力搅拌30min,再超声处理I小时,配制浓度为lmg/mL的聚合物纳米胶束水溶液；(2)荧光共轭聚合物溶液的制备:将荧光共轭聚合物9，9- 二辛基聚芴(PFO)溶解在四氢呋喃中，配置浓度为lmg/mL的荧光共轭聚合物溶液；(3)聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针的制备:将1000 μ L的荧光共轭聚合物溶液在剧烈搅拌下分别缓慢滴加聚合物纳米胶束水溶液中，使混合溶液的总体积为IOml ;超声4h混合均勻后旋转蒸发除去四氢呋喃,补水至蒸发前体积；用0.45μηι微孔滤膜过滤除去未包埋的PF0，即得到嵌段型聚醚F127/PF0纳米复合物荧光探针。使用紫外光谱仪测定探针溶液中PFO的包载率为82.29%。动态光散射法(DLS)测定出其粒径为131.2nm。实施例4(I)聚合物纳米胶束水溶液的制备:将两亲性聚合物F127 (购买于Aldrich)分散在超纯水中，磁力搅拌30min,再超声处理I小时,配制浓度为0.01mg/mL的聚合物纳米胶束水溶液；(2)荧光共轭聚合物溶液的制备:将荧光共轭聚合物聚[9，9-bis(2-(2-(2- 二乙醇-氨乙氧基)乙氧基)乙基)芴-alt-4，4'-苯醚](PFPE)溶解在四氢呋喃中，配置浓度为lmg/mL的荧光共轭聚合物溶液；(3)聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针的制备:将100 μ L的荧光共轭聚合物溶液在剧烈搅拌下滴加聚合物纳米胶束水溶液中，使混合溶液的总体积为IOml ；超声2h混合均匀后旋转蒸发除去四氢呋喃，补水至蒸发前体积；用0.45 μ m微孔滤膜过滤除去未包埋的PFPE，即得到嵌段型聚醚F127/PFPE纳米复合物荧光探针。使用紫外光谱仪测定该探针溶液中PFPE的包载率为37.82%。动态光散射法(DLS)测定出其粒径为118.3nm。实施例5(I)两亲性纤维素衍生物HMHEC的制备:5g羟乙基纤维素(HEC)溶于30ml异丙醇，搅拌30min ;在2000rmp转速下搅拌且通N2保护的条件下向上述溶液中滴加30ml体积分数为5%的NaOH溶液，滴加完毕后500rpm搅拌速度搅拌12h ;混合溶液加热至80°C，向其中滴加1-溴十二烷/异丙醇溶液(1-溴十二烷/异丙醇中1-溴十二烷与HEC中葡糖酐单元摩尔比为0.25，ImL的1-溴十二烷中添加3ml异丙醇)，N2保护下反应5h，冷却至20°C后用HCl调pH至中性；将上述溶液0.45 μ m微孔滤膜过滤，用己烷和丙酮洗涤4次后，60°C减压干燥24h，得到HMHEC ；(2)聚合物纳米胶束水溶液的制备:将两亲性纤维素衍生物HMHEC分散在DMSO中，磁力搅拌24小时后在2000rpm搅拌条件下滴加20mL超纯水搅拌过夜,去离子水中透析72h (MWC03.0kDa,每8h换一次水)除去DMS0。收集透析袋内溶液，用超纯水稀释至3mg/mL,即得到聚合物纳米胶束水溶液，动态光散射法(DLS)用Malvern粒度仪测定出其粒径为32.7nm ；(3)荧光共轭聚合物溶液的制备:将荧光共轭聚合物9，9- 二辛基聚芴(PFO)溶解在四氢呋喃中，配置浓度为2mg/mL的荧光共轭聚合物溶液；(4)聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针的制备:将ImL的荧光共轭聚合物溶液在搅拌下滴加至9mL的聚合物纳米胶束水溶液中，使得混合溶液体积为IOmL ；超声4h混合均匀后旋转蒸除去四氢呋喃，补水至蒸发前体积；用0.45μπι微孔滤膜过滤除去未包埋的PF0，即得到两亲性纤维素衍生物HMHEC/PF0纳米复合物荧光探针。使用紫外光谱仪测定该探针溶液中PFO的包载率为85.62%。实施例6(I)配制浓度为5mM的2，4，6_三硝基苯酚(苦味酸PA)乙醇溶液IOml;(2)配置浓度为4.2mM的二硝基甲苯(DNT)乙醇溶液IOml;(3)量取2.5ml聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针溶液(胶束浓度
0.01mg/mL、0.lmg/mL、lmg/mL、3mg/mL),转移至一个带有盖子的石英比色皿中。将石英比色皿置于突光光谱仪(Jobin-Yvon Fluorolog Tau_3system),在335nm激发光波长,狭缝宽度5nm (对包埋了 PFO的聚合物纳米胶束探针溶液)或3nm (对包埋了 PFPE的聚合物纳米胶束探针溶液)条件下扫描样品的荧光光谱；(4)向比色皿中加入6μ L的硝基苯类爆炸物溶液，摇动比色皿使之混合均匀，然后在335nm激发光波长，狭缝宽度5nm (对包埋了 PFO的聚合物纳米胶束探针溶液)或3nm(对包埋了 PFPE的聚合物纳米胶束探针溶液)条件下扫描样品的荧光光谱；重复此过程10次左右，根据荧光随爆炸物加入量的增多逐步淬灭的信号，根据Stern-Volmer方程计算荧光传感效率计算荧光传感效率。注=Stern-Volmer方程:10/I=(1+KSV[Q])；其中，Itl为探针溶液未加爆炸物时的原始荧光强度，I为添加爆炸物浓度为[Q]时的探针溶液荧光强度，Ksv是Stern-Volmer常数，即荧光传感效率。实施例7(I)配置浓度为4.2mM的二硝基甲苯(DNT)的THF溶液IOml;(2)量取 2.5mLPF0 的 THF 溶液(PF0 浓度 0.001427mg/mL、0.01427mg/mL、
0.1427mg/mL、0.4281mg/mL)，转移至一个带有盖子的石英比色皿中。将石英比色皿置于荧光光谱仪(Jobin-Yvon Fluorolog Tau_3system),在335nm激发光波长,狭缝宽度5nm条件下扫描样品的荧光光谱；(3)向比色皿中加入6μ L的硝基苯类爆炸物溶液，摇动比色皿使之混合均匀，然后在335nm激发光波长，狭缝宽度5nm条件下扫描样品的荧光光谱；重复此过程10次左右，根据荧光随爆炸物加入量的增多逐步淬灭的信号，根据Stern-Volmer方程计算荧光传感效率计算荧光传感效率。注:Stern-VoImer方程:10/I=(1+KSV[Q])；其中，Itl为探针溶液未加爆炸物时的原始荧光强度，I为添加爆炸物浓度为[Q]时的探针溶液荧光强度，Ksv是Stern-Volmer常数，即荧光传感效率。实验结果如图3 (b)所
/Jn ο表I实施例3中制备的聚醚F127/PF0纳米复合物荧光探针对爆炸物2，4，6_三硝
基苯酚(苦味酸PA)的传感效果试验数据
权利要求
1.一种基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)配制浓度为4.2mM 5mM的硝基苯类爆炸物的乙醇溶液； (2)取2.5mL浓度为0.0l 3mg/mL的聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针溶液于比色皿中，置于荧光光谱仪中扫描荧光光谱； (3)向比色皿中加入6μL的硝基苯类爆炸物的乙醇溶液，摇匀，在荧光光谱仪中扫描突光光谱； (4)重复步骤(3)的过 程10次以上，根据荧光随爆炸物加入量的增多逐步淬灭的信号用Stern-Volmer方程计算突光传感效率。
2.根据权利要求1所述的基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法，其特征在于:步骤(I)中所述的硝基苯类爆炸物为2，4，6-三硝基苯酚或二硝基甲苯。
3.根据权利要求1所述的基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法，其特征在于:步骤(2)中所述的聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针为嵌段型聚醚F127/PF0纳米复合物荧光探针、嵌段型聚醚F127/PFPE纳米复合物荧光探针或两亲性纤维素衍生物HMHEC/PF0纳米复合物荧光探针； 所述的比色皿为石英比色皿； 所述的扫描荧光光谱是在激发光波长为335nm，狭缝宽度为5nm或3nm条件下进行荧光扫描的。
4.根据权利要求1所述的基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法，其特征在于:步骤(3)中所述的扫描荧光光谱是在激发光波长为335nm，狭缝宽度为5nm或3nm条件下进行荧光扫描的； 步骤(4)中所述的Stern-Volmer方程公式为:10/I=(1+KSV[Q])； 其中，Itl为探针溶液未加爆炸物时的原始荧光强度，I为添加爆炸物浓度为[Q]时的探针溶液荧光强度，Ksv是Stern-Volmer常数，即荧光传感效率。
5.根据权利要求3或4所述的基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法，其特征在于:所述的狭缝宽度为5nm是对嵌段型聚醚F127/PF0纳米复合物荧光探针或两亲性纤维素衍生物HMHEC/PF0纳米复合物荧光探针进行的扫描；所述的狭缝宽度为3nm是对嵌段型聚醚F127/PFPE纳米复合物荧光探针进行的扫描。
6.根据权利要求1所述的基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法，其特征在于:步骤(2)所述的聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针是通过如下步骤制备的: (1)聚合物纳米胶束水溶液的制备:将聚合物F127、两亲性纤维素衍生物HMHEC溶于溶剂中，磁力搅拌条件下进行处理，即得到浓度为0.01 3mg/mL的聚合物纳米胶束水溶液； (2)荧光共轭聚合物溶液的制备:将荧光共轭聚合物PFO或PFPE溶解在四氢呋喃中，配置浓度为I 2mg/mL的荧光共轭聚合物溶液； (3)聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针的制备:将0.05 ImL的荧光共轭聚合物溶液在搅拌下滴加至聚合物纳米胶束水溶液中，使得混合溶液体积为IOmL ;超声I 4h混合均匀后，旋转蒸发掉四氢呋喃，补水至蒸发前体积，过滤，得到聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针。
7.根据权利要求6所述的基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法，其特征在于:步骤(I)中所述的两亲性纤维素衍生物HMHEC的制备方法是:5g羟乙基纤维素溶于30ml异丙醇,搅拌30min ;在2000rmp转速下搅拌且通N2保护的条件下滴加30ml体积分数为5%的NaOH溶液，滴加完毕后500rpm搅拌速度搅拌12h ;混合溶液加热至80°C，向其中滴加1-溴十二烷/异丙醇溶液，N2保护下反应5h，冷却至20°C后用HCl调pH至中性；用0.45 μ m微孔滤膜过滤，用己烷和丙酮洗涤4次后，60°C减压干燥24h，得到两亲性纤维素衍生物HMHEC ； 所述的溶剂为超纯水或DMSO ； 所述的磁力搅拌条件下进行处理处理为在2000rpm搅拌下滴加20mL超纯水过夜，去离子水透析72h，收集透析袋中溶液，用超纯水稀释或超声处理lh。
8.根据权利要求6所述的基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法，其特征在于:步骤(3)所述的过滤是用0.45 μ m微孔滤膜过滤；所述的聚合物胶束/共轭聚合物的纳米复合物荧光探针的粒径为118.3 131.2nm ;所述的探针的荧光共轭聚合物的包载率为 37.82 85.62%。
9.根据权利要求7所述的基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法，其特征在于:所述的 1-溴十二烷/异丙醇溶液是指1-溴十二烷中与异丙醇的体积为为1:3 ;所述的1-溴十二烷与羟乙基纤维素中的葡糖酐单元摩尔比为0.25。
10.权利要求1 9任一项所述的基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法的在爆炸物快速检测试纸或试剂盒制备中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种基于荧光传感快速检测水中硝基苯类爆炸物的方法和应用，利用自组装纳米胶束作为包埋保护荧光共轭聚合物的载体，该自组装纳米胶束包括嵌段式聚醚、接枝型纤维素两亲性衍生物等，然后以这些具有优异水分散性的自组装纳米胶束/共轭聚合物复合物为荧光探针检测水体中硝基苯类爆炸物。该种基于荧光传感快速检测水体中硝基苯类爆炸物的方法为发展爆炸物快速检测试纸、试剂盒提供了技术支持，有望在突发事件安全检测、机场安检、环境检测、生物细胞成像中发挥作用，具有广泛的应用前景。
文档编号G01N21/64GK103091293SQ201310014348
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者王小慧, 陈惠 , 郭延桂 申请人:华南理工大学