本发明涉及金属卟啉框架封装碳量子点在检测铜离子中的应用。
背景技术：
铜是过渡元素对人类健康至关重要。这种元素与某些蛋白质一起产生许多对生命至关重要的酶。铜也是所有已知生命形式的微量营养素，它具有从骨形成和细胞呼吸到结缔组织发育等多种功能。但是，如果不加调控，铜会导致细胞动态平衡紊乱，从而导致严重的神经退行性疾病。另外，由于Cu2+在农业和工业中的广泛使用，铜污染及其潜在的毒性对人类的影响在全世界仍然是一个具有挑战性的问题。因此，开发一种可靠、灵敏和高选择性的荧光探针检测水中铜离子含量对人体健康和环境保护具有很大的意义。
荧光分析法是利用物质在紫外光照射下产生荧光的特性及其强度进行物质的定性和定量的分析的方法。对于本身不发射荧光的Cu2+而言，设计一种高选择性识别Cu2+的荧光探针是实现Cu2+荧光分析的关键。比率型荧光探针至少具有2个不同波长的发射峰，利用2个不同波长处荧光发射峰的强度比值来实现对目标物的检测。与普通荧光探针相比，比率型荧光探针能够消除探针分子浓度以及探针分子所处的环境等因素带来的误差。
技术实现要素：
本发明的目的在于根据上述背景技术的现状，提供了一种金属卟啉框架封装碳量子点在检测铜离子中的应用。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
金属卟啉框架封装碳量子点在检测铜离子中的应用，采用荧光分析法检测铜离子，所述金属卟啉框架封装碳量子点作为铜离子的比率型荧光探针使用。
优选地，荧光分析法检测铜离子的步骤包括：
(1)将金属卟啉框架封装碳量子点与pH＝7的缓冲液混合，得到探针溶液；
(2)向探针溶液中加入铜离子样品溶液，检测荧光信号。
优选地，所述pH缓冲液为pH＝7.2的HEPES缓冲溶液。
优选地，检测荧光信号时：激发光波长为390nm，检测446nm，654nm和715nm波长处的发射峰荧光强度。
一种金属卟啉框架封装碳量子点的方法，包括如下步骤：
(1)将氯化锆、5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉和苯甲酸加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，混匀，得到前驱体溶液；
(2)向步骤(1)的前驱体溶液中加入碳量子点，混匀，加热反应得到金属卟啉框架封装的碳量子点。
优选地，所述氯化锆与5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉的质量比为3:1；5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉与苯甲酸的质量比为1:20～1:40，苯甲酸的量过少对制备的MOF的尺寸大小有所影响。
碳量子点的量过少会使得探针中碳量子点的荧光发射太弱，观察效果不明显。优选地，所述5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉与碳量子点的质量比为20:1～40:1。
优选地，步骤(2)的反应温度为120℃，时间24h。
碳量子点可通过溶剂热法由柠檬酸与乙二胺反应得到。本发明碳量子点的合成并不局限于此方法。
溶剂热法制备碳量子点的过程包括：将柠檬酸和乙二胺的混合水溶液置于密封的反应釜中，于200℃反应5小时得到碳量子点，
Cu2+的加入会引起金属卟啉框架(以下称为卟啉MOF)的荧光强度减弱，而碳量子点的荧光强度不变；荧光光谱测定结果表明其它金属离子的加入不能引起与Cu2+类似的荧光变化，荧光强度基本保持不变，由此高选择性识别铜离子，实现铜离子的定量检测。
本技术利用卟啉MOF封装的碳量子点作为一种新型的比率型荧光探针，利用荧光信号的变化实现铜离子的定量检测，该方法不仅简单、快速、操作方便，而且卟啉MOF封装的碳量子点作为双发射的荧光探针，消除了背景干扰，抗干扰性强，检测更灵敏。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1卟啉MOF封装的碳量子点的荧光发射光谱图。
图2本发明的探针溶液在检测Cu2+的过程中选择性实验。
图3本发明的探针溶液在Cu2+浓度为0-40μM的范围内荧光强度的变化图。
图4本发明的探针溶液在Cu2+浓度为0-10nM的范围内，I(654nm)/I(446nm)的比值与Cu2+浓度的线性关系图谱。
图5本发明的探针溶液在Cu2+浓度为0-40μM的范围内，I(654nm)/I(446nm)的比值与Cu2+浓度的关系图谱。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1合成卟啉MOF封装的碳量子点比率型荧光探针
1)5,10,15,20-四(4-羧酸甲酯基苯基)卟啉(TCPP-OMe)的合成：先通过减压蒸馏新蒸吡咯。在500mL三口圆底烧瓶中加入16.5g对甲酰基苯甲酸甲酯(0.1mol)和100mL丙酸，在油浴锅中快速搅拌加热至128℃至回流。然后用恒压滴液漏斗在30min内滴加吡咯和丙酸的混合溶液(3.1mL吡咯，10mL丙酸)，滴加完成后，继续回流反应1h。待冷却至室温后加入100mL无水乙醇，放入-4℃的冰箱中冷却过夜，用布氏漏斗进行抽滤，用无水乙醇洗涤滤饼，得到粗产物，在40℃下真空干燥，得到深紫色晶体状固体产物，硅胶层析柱分离，先以二氯甲烷(CH2Cl2)为洗脱剂待第一绿色色带去除后，再以二氯甲烷：乙酸乙酯＝20:1为洗脱剂，收集紫色第一色带，旋干即得到产物TCPP-OMe。
2)5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)的合成：在250mL三口圆底烧瓶中加入0.58g(0.2mmol)TCPP-OMe和25mL甲醇(CH3OH)，25mL四氢呋喃(THF)，同时加入20mL 40％的氢氧化钾(KOH)溶液，在65℃下开始回流反应1h。自然冷却降温，待反应结束后，将反应液用浓盐酸调节pH值为5-6。之后用THF:CH2Cl2＝1:1的混合溶剂萃取2-3次，取有机相旋蒸干，再放于40℃的真空干燥箱中干燥，即得紫砖红色目标产物TCPP。
3)碳量子点的合成：称取柠檬酸固体粉末0.425g，量取乙二胺溶液530μL、以及蒸馏水10ml，将柠檬酸与蒸馏水混合，再将乙二胺溶液加入到混合液中，并用玻璃棒搅拌至均匀，把三者的混合溶液转移至聚四氟乙烯内衬的高压釜中，然后将高压釜放入马弗炉内加热至200℃，并持续5小时，反应结束后，让反应物自然冷却至室温，便会得到棕黑色、透明的产物，此时，再把得到的产物用渗析袋渗析48小时，渗析袋的分子量为1000，经渗析后即得到呈黄色的碳点溶液。干燥后得到粉末状碳点。
4)卟啉MOF封装碳量子点的合成：称量0.24g ZrCl4，0.08g TCPP和2.4g苯甲酸溶解于7.5ml DMF中超声15min，再将0.5ml碳量子点(4mg/ml)水溶液加入到上述卟啉MOF的前驱体溶液中，常温搅拌2h，最后将将所述混合溶液转移至密封的高压反应釜中。将高压反应釜放入烘箱中，控制反应温度为120℃，水热反应24h后，取出反应釜冷却至室温，再通过离心收集紫红色固体，并用DMF和丙酮洗涤数次后在60℃真空干燥5h得到卟啉MOF封装的碳量子点(CQDs@PCN)紫红色粉末。
配置卟啉MOF封装碳量子点水溶液，其浓度为1mg/mL，将溶液在4℃的条件下保存备用。卟啉MOF卟啉MOF封装碳量子点在390nm处激发，在446nm，654nm，715nm处得到最大发射峰，如图1所示。
实施例2检测Cu2+
首先将上述卟啉MOF封装碳量子点水溶液与HEPES缓冲溶液(pH 7.2，20mM)混合均匀，配制成50mg/L的探针溶液，取2mL探针溶液于四面透光的石英比色皿中。
然后加入一系列浓度的铜离子溶液，分别检测不同浓度的Cu2+对探针荧光信号的影响。荧光光谱仪的狭缝宽度设定为10nm，设置激发光波长为390nm，检测446nm，654nm，715nm波长处的发射峰荧光强度。
图2是探针溶液对不同金属离子的荧光响应，可以看出，卟啉MOF封装碳量子点对铜离子具有良好的选择性。
Cu2+的加入会引起卟啉MOF的荧光强度(I)减弱，且随着Cu2+浓度的增加，探针荧光信号强度随之减弱，而碳量子点的荧光强度不变，结果如图3所示，I(654nm)/I(446nm)的比值与Cu2+浓度呈良好的线性关系，检测限低至3.7nM，相应的线性曲线如图4所示。
图5是探针溶液在Cu2+浓度为0-40μM的范围内，I(654nm)/I(446nm)的比值与Cu2+浓度的关系图谱。
本发明浓度单位mol/L用M表示，相应的nM表示nmol/L，μM表示μmol/L，mM表示mmol/L。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。