一种“关-开”型上转换荧光传感器及其定量检测六价铬的方法

本发明涉及一种“关-开”型上转换荧光传感器还涉及基于上述上转换荧光传感器定量检测六价铬的方法。

背景技术：

1、铬离子作为重金属离子，是环境中常见的污染物。陆地和水生生态系统中的铬离子极易在鱼类、水稻等水生动植物中富集。近年来铬离子对人类健康的潜在威胁引起了全世界的关注。铬离子在自然界中主要以两种氧化态形式存在：三价铬和六价铬。适当浓度的三价铬被认为是人体必需的营养素，可参与糖和脂肪的代谢，但六价铬即使在微量浓度下也对人体具有高毒性，且不可生物降解。它具有高致突变性、致癌性和致畸性。传统检测铬离子的方法有原子吸收光谱法(aas)、高效液相色谱法(hplc)、电感耦合等离子体质谱法(icp-ms)、分光光度法和电化学技术等。然而，这些技术大多需要精密的仪器或复杂的样品前处理过程，并且通常测定的是总铬离子含量，无法特异性检测六价铬离子。因此，建立一种灵敏度高、选择性强的六价铬快速定量检测方法具有重要意义。

2、荧光传感器由于其响应速度快、成本低、操作简单等优点引起了人们的广泛关注。传统的荧光传感器大多基于荧光猝灭响应(“开-关”型)，这种荧光传感器很容易受到环境因素的干扰，这是因为导致荧光猝灭的原因有很多，如环境的变化也会导致荧光的猝灭。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的旨在提供一种“关-开”型上转换荧光传感器，本发明另一目的旨在提供基于上述上转换荧光传感器定量检测六价铬的方法，基于该荧光传感器检测六价铬的方法具有检测精度高、灵敏度高、低干扰以及高选择性的特点，能够克服现有检测方法存在的无法特异性检测六价铬离子以及灵敏度低(检测下限值)的问题。

2、技术方案：本发明所述的“关-开”型上转换荧光传感器，所述荧光传感器采用稀土掺杂的上转换纳米粒子作为荧光材料，以自组装纳米卟啉材料作为猝灭剂，通过上转换材料和自组装纳米卟啉材料在静电作用下结合使荧光材料的荧光猝灭；加入目标待测物六价铬离子后，自组装纳米卟啉材料与六价铬特异性形成聚集体，荧光恢复。

3、基于上述上转换荧光传感器定量检测六价铬的方法，包括如下步骤：

4、(1)制备水溶性上转换材料；

5、(2)制备自组装纳米卟啉材料；

6、(3)分别取10μl含不同浓度六价铬离子的标准溶液和10μl自组装纳米卟啉材料水溶液混合，反应后取10μl混合液加入到微量比色皿中，并分别往各个混合液中加入90μl水溶性上转换材料水溶液，孵育后在近红外光激发下使用荧光分光光度计或荧光光谱仪测量541nm处的荧光强度；将荧光恢复的比率(i2-i1)/i1对六价铬的浓度作图，拟合得到标准曲线方程；含不同浓度六价铬离子标准溶液中六价铬离子浓度为0～400μm；

7、其中，i1为未添加六价铬离子时的上转换荧光强度，对应的为六价铬离子浓度为0μm的那一组试样，i2为添加不同浓度六价铬离子时的上转换荧光强度；

8、其中，自组装纳米卟啉材料水溶液中，自组装纳米卟啉材料的浓度为4mm；水溶性上转换材料水溶液中，水溶性上转换材料的浓度为0.3mm；

9、(4)将10μl待测样品和10μl自组装纳米卟啉材料水溶液混合，反应后取10μl混合液加入到微量比色皿中，往混合液中加入90μl水溶性上转换材料水溶液，孵育后在近红外光激发下使用荧光分光光度计或荧光光谱仪测量541nm处的荧光强度；根据标准曲线方程得到待测溶液中六价铬离子的含量；

10、其中，自组装纳米卟啉材料水溶液中，自组装纳米卟啉材料的浓度为4mm；水溶性上转换材料水溶液中，水溶性上转换材料的浓度为0.3mm。

11、其中，步骤(1)中，水溶性上转换材料的制备，具体为：

12、将0.1～0.5mmol油酸包覆的上转换材料分散在1ml浓度为0.05～0.2m的hcl溶液中，在45～60℃下超声1～5h；然后离心分离、反复洗涤后得到去配体的上转换纳米颗粒，将其重新分散在水中获得去配体的上转换材料水溶液；接着将0.1～1g水溶改性剂分散在36ml去离子水中，并用氢氧化钠将其ph调节至8，得到水溶改性剂溶液；往水溶改性剂溶液中缓慢加入2ml浓度为0.1～1m的去配体的上转换材料水溶液并搅拌1～10h；最后加入20～100ml二乙二醇，将混合物料加热除水后放入反应釜中，于100～220℃下反应1～5h，最后离心分离、反复洗涤得到水溶性上转换材料。

13、其中，上转换材料包括nayf4：yb，er；nayf4：yb，nd，er；nagdf4：yb，nd，er；nagdf4：yb，er；nayf4：yb，er@nayf4；nayf4：yb，er@nayf4：nd；或nayf4：yb，er，nd@nayf4：nd。

14、其中，所述水溶改性剂为柠檬酸、paa(聚丙烯酸)、pei(聚醚酰亚胺)、peo(聚氧化乙烯)、peg(聚乙二醇)或plga(聚乳酸-羟基乙酸共聚物)。

15、其中，步骤(2)中，自组装纳米卟啉材料的制备，具体为：

16、将四(4-吡啶基)卟啉或四(4-吡啶基)卟啉的金属配合物溶于盐酸溶液中，使四(4-吡啶基)卟啉或四(4-吡啶基)卟啉的金属配合物的浓度为0.01～1m；将0.45ml上述溶液迅速加入到9.1ml含氢氧化钠和表面活性剂的水溶液中，搅拌0.5～5天，最后离心分离、反复洗涤得到自组装纳米卟啉材料。

17、其中，盐酸溶液的浓度为0.01～1m；含氢氧化钠和表面活性剂的水溶液中，氢氧化钠的浓度为0.0001～0.01m；表面活性剂的浓度为0.0001～0.1m。

18、其中，四(4-吡啶基)卟啉的金属配合物为四(4-吡啶基)卟啉锌、四(4-吡啶基)卟啉铜、四(4-吡啶基)卟啉铁、四(4-吡啶基)卟啉锌、四(4-吡啶基)卟啉锰、四(4-吡啶基)卟啉镍、四(4-吡啶基)卟啉钴、四(4-吡啶基)卟啉铂、四(4-吡啶基)卟啉钯或四(4-吡啶基)卟啉镉中的一种或多种的组合。

19、其中，所述表面活性剂为十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基硫酸钠。

20、其中，步骤(3)和步骤(4)中，近红外光波长为980nm或808nm。

21、“关-开”型荧光传感器，其荧光团的荧光首先被猝灭剂猝灭，然后随着分析物浓度的增加而逐渐恢复。本发明“关-开”型荧光传感器的构建机理：本发明利用上转换材料与自组装纳米卟啉材料的光谱特性，在静电相互作用下使之形成供受体对，上转换发光基团被自组装纳米卟啉材料猝灭，而六价铬离子与纳米卟啉能特异性形成聚集体，从而使上转换材料与纳米卟啉分开，荧光恢复。即在近红外激光照射下，上转换材料和纳米卟啉通过静电相互作用形成供受体对，由于内滤效应和荧光能量共振转移，上转换发光被猝灭。通过六价铬离子与纳米卟啉特异性形成聚集体，从而使上转换材料与纳米卟啉分开，荧光恢复。

22、有益效果：(1)本发明采用稀土掺杂的上转换纳米粒子作为荧光材料，通过自主装纳米卟啉材料作为猝灭剂，构建“关-开”型上转换荧光传感器能有效提高荧光传感器对六价铬离子检测的灵敏度和特异性，实现六价铬离子的高灵敏度和强特异性检测，有效避免了“开-关”型荧光传感器荧光猝灭检测存在的易受环境因素干扰、选择性差、灵敏度低、检测精度差的问题；(2)基于本发明荧光传感器检测六价铬的方法具有检测精度高(回收率在89.6～108.8％之间)、灵敏度高(检出限为360nm)、低干扰以及高选择性(分别向体系中加入浓度为100μm的k+、cr3+、cl-、no3-、so42-，上转换荧光并无明显变化，而加入六价铬后，体系荧光明显得到恢复)的特点。