一种荧光探针及其对五种芳香族农药的检测应用

1.本发明属于分析化学技术领域，特别是一种荧光探针及其对五种芳香族农药的检测应用；该荧光探针是八元瓜环(q[8])与硫磺素t(tht)的超分子配合物，应用是区分和识别水中麦穗宁(fbz)、多菌灵(cbz)、噻菌灵(tbz)、噻苯隆(tdz)、三环唑(tcz)。


背景技术：

[0002]
荧光分子探针，由于具有高灵敏度，测试成本低廉、样品处理及操作简单、测定方法快捷、无需昂贵仪器设备、易实现可视化和实时检测等优点而备受青睐。
[0003]
芳香族农药，如fbz、cbz、tbz、tdz、tcz等，均为农业上广泛使用的杀菌剂，因其水溶性和不挥发性可能残留在环境中而对生态环境、人类健康均造成严重威胁。
[0004]
目前已报道的fbz、cbz、tbz、tdz、tcz的残留分析方法主要采用高效液相色谱法或液相色谱-质谱法，这些检测方法检测仪器昂贵，样品前处理复杂，分析成本高，有机溶剂使用过多，因此设计一种简单、灵敏、快速的检测fbz、cbz、tbz、tdz、tcz的方法是很必要的。由于fbz、cbz、tbz、tdz、tcz五种农药分子呈弱荧光，因此设计具有高灵敏度、高选择性的荧光探针来检测fbz、cbz、tbz、tdz、tcz具有较强的意义和应用价值。目前，国内外尚未见利用瓜环加入染料作为相应的超分子复合物荧光探针多目标检测农药fbz、cbz、tbz、tdz、tcz的文献报道。


技术实现要素：

[0005]
本发明目的在于提供一种荧光探针及其对五种芳香族农药的检测应用，通过本发明荧光探针和方法可快速、简单、灵敏地定性以及定量地检测水样中fbz、cbz、tbz、tdz、tcz。
[0006]
本发明采用如下技术方案实现发明目的：
[0007]
一种荧光探针，所述荧光探针是q[8]和tht形成的超分子复合物。
[0008]
前述的荧光探针中，所述q[8]和tht的摩尔浓度比为1:1。
[0009]
一种荧光探针的应用，用荧光探针对水中fbz、cbz、tbz、tdz、tcz五种农药进行定性和定量检测。
[0010]
前述的荧光探针的应用，包括配制保持荧光探针、fbz、cbz、tbz、tdz、tcz水溶液的浓度都保持为2
×
10-5
mol/l；在固定激发波长408nm、激发狭缝5nm、发射狭缝5nm、电压600v下测定体系的荧光发射光谱，荧光探针溶液在567nm显示荧光；若在荧光探针溶液中加入fbz和/或tbz溶液会使体系的荧光发射峰从567nm蓝移到498nm，加入cbz溶液会使体系的荧光发射峰从蓝移到495nm，加入tcz溶液会使体系的荧光发射峰从蓝移到493nm，加入tdz溶液会使体系的荧光发射峰从蓝移到487nm。
[0011]
前述的荧光探针的应用，包括在365nm紫外灯照射下，荧光探针溶液呈现黄色荧光，当加入fbz或tbz溶液后呈现亮绿色的荧光，加入tdz溶液后呈现青色的荧光，加入cbz呈现暗绿色的荧光，加入tcz溶液后呈绿色的荧光。
[0012]
前述的荧光探针的应用，通过提取荧光探针分别加入fbz、cbz、tbz、tdz、tcz溶液后体系的图像rgb值，获得每种农药分子的特征指纹，使用pca识别特定的比色特征。
[0013]
前述的荧光探针的应用，包括标准曲线的绘制，绘制方法包括荧光探针的浓度保持为2
×
10-5
mol/l，各农药分子的浓度范围皆为2
×
10-6
～6
×
10-5
mol/l，固定激发波长408nm、激发狭缝5nm、发射狭缝5nm、电压600v，分别进行荧光发射光谱测定，以农药分子浓度为横坐标，对应497nm、493nm、496nm、487nm、493nm下荧光发射光谱强度为纵坐标绘制得标准曲线。
[0014]
前述的荧光探针的应用，用荧光探针制作试纸，通过在紫外灯下观察试纸对fbz、cbz、tbz、tdz、tcz五种农药溶液产生不同的荧光变化，实现对各农药的检测。
[0015]
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
[0016]
1、本发明根据八元瓜环(q[8])与硫磺素t(tht)生成的超分子复合物可以产生黄色荧光，而fbz、cbz、tbz、tdz、tcz可使黄色荧光蓝移并增强，采用摩尔浓度比为1:1的q[8]与tht形成的的超分子复合物作为荧光探针，在荧光探针溶液中加入fbz、cbz、tbz、tdz、tcz后，fbz和tbz使得体系的荧光发射峰从567nm蓝移到498nm，cbz使得体系的荧光发射峰从蓝移到495nm，tcz使得体系的荧光发射峰从蓝移到493nm且强度增强约1-2倍，tdz使得体系的荧光蓝移至487nm且强度增强12倍，同时探针荧光强度的变化与农药浓度在一定范围内呈良好的线性关系，据此本发明荧光探针可用于水中上述五种农药的残留进行检测。
[0017]
2、本发明方法是基于q[8]使tht形成超分子复合物从而产生黄色荧光探针，当在荧光探针中加入芳香族农药分子后，农药分子通过与荧光探针形成新的电荷转移三元复合物，该复合物能使荧光探针黄色荧光蓝移并增强，利用此种电荷转移效应，从而建立的一种水中检测五种芳香族农药分子的方法。在水溶液中，对于单独存在的荧光探针，固定激发波长408nm，狭缝5nm，电压600v时，在567nm处有荧光发射波，且在365nm紫外灯下观察到黄色荧光。加入fbz、cbz、tbz、tdz、tcz后，荧光探针在567nm处荧光发射蓝移且强度增强，并在365nm紫外灯下观察到由黄色荧光变为不同的绿色荧光，结果表明荧光探针对五种芳香类农药分子具有识别检测性能，通过主成分分析(pca)可以识别和区分这五种农药。
[0018]
3、本发明荧光探针可以识别和区分五种芳香族农药，并将其分为三类：尿素植物生长调节剂(tdz)、噻唑类杀菌剂(tcz)和苯并咪唑类杀菌剂(fbz、tbz和cbz)。响应线性范围分别达到：麦穗宁和噻菌灵：0～5
×
10-6
mol/l、多菌灵：0～8
×
10-6
mol/l、噻苯隆和三环唑：0～7
×
10-6
mol/l，检出限分别为：麦穗宁：1.25
×
10-7
mol/l、多菌灵：1.71
×
10-7
mol/l、噻菌灵：1.17
×
10-7
mol/l、噻苯隆：1.22
×
10-7
mol/l、三环唑：2.60
×
10-7
mol/l。
[0019]
所以，本发明荧光探针可方便、快速、灵敏地检测环境中的fbz、cbz、tbz、tdz、tcz五种芳香族农药，并且能够实现大批样品的快速现场检测。
附图说明
[0020]
图1：在水溶液中，荧光探针(20μm)与等量不同农药反应获得的荧光发射光谱图。
[0021]
图2：在365nm紫外灯下，荧光探针(20μm)中添加等量不同农药后的荧光图像。
[0022]
图3：(a)(c)(e)(g)(i)加入不同浓度农药后荧光探针体系在408nm激发下的荧光光谱；(b)(d)(f)(h)(j)荧光探针体系的荧光强度与农药浓度的关系图。
[0023]
图4：荧光探针对5种农药传感的(a)特征指纹图谱及(b)主成分分析图。
[0024]
图5：(a)在不同农药(1
×
10-4
m)存在下，荧光探针(1
×
10-4
m)体系在365nm紫外线照射下的试纸照片；(b)在365nm的紫外光照射下，不同浓度tdz的存在下，荧光探针(1
×
10-4
m)体系试纸条的照片。
[0025]
图6是q[8]、tht、fbz、cbz、tbz、tdz、tcz以及荧光探针的结构式。
具体实施方式
[0026]
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细描述。下述所使用的实验方法若无特殊说明，均为本技术领域现有常规方法，所使用的配料或材料，如无特殊说明，均为通过商业途径可得到的配料或材料。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0027]
实施例一：荧光探针溶液的制备
[0028]
试剂：tht(分析纯)购自上海阿拉丁试剂公司，瓜环取自贵州大学超分子大环化学重点实验室(纯度≥98％)。
[0029]
方法：准确称取13.3毫克q[8]与3.2毫克tht混合用超纯水配制成100ml，摩尔浓度比为1:1，摩尔浓度为1
×
10-4
mol/l荧光探针溶液。
[0030]
其中，q[8]是通过离子-偶极、疏水作用的超分子弱相互作用力与tht形成摩尔浓度比为1:1的超分子复合物，简称为荧光探针，从而引起tht的荧光红移至567nm并增强，当有农药分子存在时，农药分子通过与荧光探针形成新的三元电荷转移复合物，简称三元复合物，该复合物能使荧光探针567nm处荧光蓝移并增强，三元复合物的荧光强度在一定浓度范围内与农药分子浓度成正比，利用荧光探针，固定激发波长408nm，可对水中的五种芳香族农药分子进行定性和定量检测。
[0031]
实施例二：多目标检测方法的建立
[0032]
试剂：fbz、cbz、tbz、tdz、tcz(分析纯)购自上海阿拉丁试剂公司。
[0033]
方法：荧光探针和农药分子的浓度都保持为常数2
×
10-5
mol/l，固定激发波长408nm、激发狭缝5nm、发射狭缝5nm、电压600v，测定体系的荧光发射光谱。
[0034]
荧光探针水溶液在567nm显示荧光，加入芳香类农药分子后，fbz和tbz使得体系的荧光发射峰从567nm蓝移到498nm，cbz使得体系的荧光发射峰从蓝移到495nm，tcz使得体系的荧光发射峰从蓝移到493nm，强度增强约1-2倍，此外，tdz使得体系的荧光蓝移至487nm，且强度增强12倍。
[0035]
在365nm紫外灯照射下，荧光探针溶液呈现黄色荧光，当加入不同农药后，发射不同的荧光，如加入fbz和tbz呈现绿色的荧光，加入tdz呈现青色的荧光，加入cbz和tcz呈现黑绿色的荧光。
[0036]
为了区分这些农药，通过提取加农药后体系的图像rgb值，获得每种农药分子的“特征指纹”，使用主成分分析(pca)识别特定的比色特征。实验表明，荧光探针显示了对五种芳香族农药的不同识别模式。这个荧光探针可以识别和区分这五种农药，并将其分为三类：尿素植物生长调节剂(tdz)、噻唑类杀菌剂(tcz)和苯并咪唑类杀菌剂(fbz、tbz和cbz)。
[0037]
结果：不同农药可使荧光探针发生不同程度的蓝移，结合pca该方法可用于fbz、cbz、tbz、tdz、tcz的定性检测。
[0038]
实施例三：检测方法的建立
[0039]
方法：荧光探针的浓度保持为常数2
×
10-5
mol/l，农药分子的浓度范围皆为2
×
10-6
～6
×
10-5
mol/l，固定激发波长408nm，狭缝5nm，电压600v进行荧光发射光谱测定，以农药分子浓度为横坐标，对应497nm、493nm、496nm、487nm、493nm下荧光发射光谱强度为纵坐标绘制标准曲线。
[0040]
根据实验结果，响应线性范围分别为：麦穗宁和噻菌灵：0～5
×
10-6
mol/l、多菌灵：0～8
×
10-6
mol/l、噻苯隆和三环唑：0～7
×
10-6
mol/l，检出限分别为：麦穗宁：1.25
×
10-7
mol/l、多菌灵：1.71
×
10-7
mol/l、噻菌灵：1.17
×
10-7
mol/l、噻苯隆：1.22
×
10-7
mol/l、三环唑：2.60
×
10-7
mol/l，实验结果见附图4。
[0041]
结果：不同浓度的农药可使荧光探针发生不同程度的蓝移峰强，该方法可用于fbz、cbz、tbz、tdz、tcz的定量检测。
[0042]
实施例四：快速检测方法的构建
[0043]
方法：将定性试纸裁剪为1cm
×
3cm(宽
×
高)的长方形滤纸条，将其放入1
×
10-4
mol/l荧光探针水溶液中，浸泡1min后取出，使探针溶液充分有效吸附到试纸条上，在空气中自然晾干，留存备用。接下来将试纸浸入1
×
10-4
mol/l的不同农药分子的水溶液或不同浓度的同一个农药溶液，浸泡1min后取出，在空气中自然晾干。在365nm紫外灯下观察，试纸的颜色分别由黄色荧光变为不同的荧光。
[0044]
将试纸用于检测不同浓度的tdz.当纯水溶液中tdz的浓度达到1
×
10-5
mol/l时，就可以看到试纸的颜色由黄色变成了黄绿色，而且随tdz浓度增加试纸的颜色逐渐变蓝移。
[0045]
结果：该荧光探针可用于方便快速检测环境中的上述五种芳香类农药。
[0046]
其中，所用荧光分光光度计型号为cary eclipse荧光分光光度计，美国varian公司制造。荧光比色皿为规格4cm
×
1cm
×
1cm的asone石英比色皿，固定激发波长408nm，狭缝5nm，电压600v条件下进行荧光发射光谱测定。
[0047]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。