一种基于磁性共价有机框架的双酚A碳点分子印迹荧光复合探针的制备方法及应用与流程

一种基于磁性共价有机框架的双酚a碳点分子印迹荧光复合探针的制备方法及应用
技术领域
[0001]
本发明属于复合材料制备及食品安全检测技术领域，具体涉及一种基于磁性共价有机框架的双酚a碳点分子印迹荧光复合探针的制备方法及应用。


背景技术：

[0002]
双酚a是一种重要的有机化工原料，普遍存在于生活中常见的各种食品或饮料的包装材料中，双酚a具有很大的毒性，而且会通过食道或皮肤接触进入体内，引发一系列不良的生理反应。为了对食品中的bpa进行准确检测和有效控制，发展快速准确、高灵敏度的检测方法具有重要的意义。目前bpa的测定方法主要有液相色谱法（gb/t 23296.16-2009）、液相色谱-质谱法（gb 31604.10-2016）以及气相色谱-质谱法（gb 31660.2-2019）等。虽然上述方法的建立在很大程度上促进了双酚a检测技术的发展，但依然存在一些不足之处，如检测成本高、检测周期长等问题；而一些新型的传感器检测方法虽然灵敏度较高，但稳定性较差，多数只适用于简单水样中的双酚a检测。面对复杂食品基质，在保证检测灵敏度的同时，建立一种检测成本较低，且节省时间的检测方法尤为重要。因此，制备一种绿色环保的高灵敏度检测材料是目前研究工作的主要目的。
[0003]
荧光检测技术由于其操作简单、灵敏度及选择性高、响应时间短等优势被广泛应用。碳量子点，作为一种新型的荧光材料，具有优异的生物相容性、良好的发光性能、简单的合成工艺、毒性低、低廉的成本等优点，与传统的半导体量子点相比具有无法比拟的优势。将荧光技术与分子印迹技术相结合，即可以提高对目标物的选择性，又可以提高灵敏度，而磁性物质的加入，又能够实现材料的回收再利用。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于磁性共价有机框架的双酚a碳点分子印迹荧光复合探针的制备方法及应用，该方法将表面分子印迹技术、磁性cofs材料与荧光量子点cds相结合，利用荧光分光光度计，建立食品中双酚a的高灵敏、高选择性检测技术，为食品中有害物质的检测提供可行性思路和技术。
[0005]
本发明还提供了基于磁性共价有机框架的双酚a碳点分子印迹荧光复合探针的应用。
[0006]
本发明为了实现上述目的所采用的技术方案为：本发明提供了一种基于磁性共价有机框架的双酚a碳点分子印迹荧光复合探针的制备方法，包括以下步骤：（1）磁性fe
3
o
4
纳米球制备在有机溶剂中，按比例加入fecl
3
、柠檬酸钠和乙酸钠，溶解混合均匀后转移至高温反应釜中，100~300 ℃下保持2~24 h，反应结束冷却至室温分别用纯水、无水乙醇洗涤，将所得黑色产物fe
3
o
4
粒子干燥备用；
（2）磁性共价有机框架（cofs）材料（fe
3
o
4
@cofs）制备将fe
3
o
4
粒子超声分散于有机溶剂中，加入四-（4-氨基苯）乙烯和对苯二甲醛，超声使其分散均匀，并加入催化剂，室温反应10-180 min，用四氢呋喃、甲醇洗涤，磁分离，干燥后得到磁性cofs材料fe
3
o
4
@cofs；（3）荧光碳点（cds）制备准确称取一定量的反应溶剂，通氮气除去氧气，加热至240 ℃，在搅拌条件下迅速加入无水柠檬酸，反应时间持续0.5-3 min，反应结束后冷却至室温，用石油醚反复洗涤纯化，分散在乙醇中，4 ℃条件下储存备用；（4）磁性cofs基双酚a荧光分子印迹聚合物制备将模板分子、功能单体和cds超声分散在无水乙醇中，黑暗条件下静置3 h，加入fe
3
o
4
@cofs，室温下搅拌1 h，随后加入交联剂和催化剂，无水乙醇洗去未反应的原料，磁分离收集产物，60 ℃真空干燥得初产物-磁性cofs基双酚a荧光分子印迹聚合物，分别用醇-酸溶液、醇溶液进行索氏提取，干燥后得磁性cofs基双酚a荧光分子印迹聚合物fe
3
o
4
@cofs@mip。
[0007]
进一步的，步骤（1）中，所述fecl
3
、柠檬酸钠和乙酸钠的摩尔比为4：1：20；所述有机溶剂为乙二醇；所述fecl
3
在有机溶剂中的浓度为0.1 mmol/ml；所述高温反应为在200 ℃下反应10 h。
[0008]
进一步的，步骤（2）中，所述有机溶剂为二甲基亚砜，所述体系中fe
3
o
4
粒子的分散浓度为2.5 mg/ml，四-（4-氨基苯）乙烯浓度为3 μmmol/ml；所述四-（4-氨基苯）乙烯与对苯二甲醛的摩尔比为1：3，所述催化剂为17.5 m的冰乙酸，所述冰乙酸的浓度为0.58mmol/ml；所述室温反应时间为30 min。
[0009]
进一步的，步骤（3）中，所述反应溶剂为n-（β-氨乙基）-γ-氨丙基二甲氧基硅烷，反应时间为1 min；所述无水柠檬酸在反应溶剂中的浓度为0.05g/ml。
[0010]
进一步的，步骤（4）中，所述模板分子和功能单体的摩尔比为0：1-1：6，优选的摩尔比为1：3；所述模板分子为双酚a，功能单体为3-氨丙基三乙氧基硅烷；所述功能单体在反应体系中的浓度为0.15 mmol/ml；所述每1mmol模板分子加入400-600μlcds；所述fe
3
o
4
@cofs在无水乙醇中的浓度为2.5-7.5mg/ml：。
[0011]
进一步的，步骤（4）中，所述交联剂为正硅酸四乙酯，所述正硅酸四乙酯在反应体系中的浓度为0.3-0.6mmol/ml；所述催化剂为氨水、盐酸或醋酸，所述催化剂在无水乙醇溶液中浓度为0.05mmol/ml。最优化的催化剂为氨水。
[0012]
进一步的，所述醇-酸溶液为甲醇-醋酸混合液，甲醇和醋酸的体积比为9:1；所述醇溶液为甲醇溶液。
[0013]
本发明还提供了一种利用上述制备方法制备得到的磁性cofs基双酚a荧光分子印迹高选择性纳米复合材料在分析检测双酚a中的应用，具体包括以下步骤：（1）将制备的聚合物fe
3
o
4
@cofs@mip按1~3 mg：2 ml料液比加入样品提取液中，室温振荡1~30 min，待分析检测使用。
[0014]
（2）将待测样品采用荧光分光光度计检测分析。
[0015]
本发明制备的探针进行检测时，荧光分光光度计检测分析的条件为：激发波长为360 nm，发射波长为400~600 nm，增益为中，狭缝宽度为10 nm。
[0016]
本发明以磁性共价有机框架材料为载体，采用表面印迹聚合法，通过加入荧光量
子点cds，在其表面合成了荧光分子印迹聚合物层，制备得到基于磁性cofs的双酚a荧光cds分子印迹探针，一方面以cofs为载体的分子印迹层可以提高对目标物的选择性，另一方面利用荧光材料的荧光特性提高灵敏度，同时赋予其超强的磁性，在外加磁场的条件下实现该探针对目标物溶液的快速分离，利于材料的回收再利用。
[0017]
本发明的有益效果为：（1）本发明提供的材料制备方法简单，合成环境相对友好，制备的复合材料集成了分子印迹聚合物、荧光材料、金属有机框架材料和磁性纳米材料的特性，对目标物呈现高选择性、高效荧光响应及可重复利用等特性。
[0018]
（2）本发明制备的材料可直接用于复杂基质中双酚a的检测分析，实现环境或食品中双酚a的高选择性高灵敏分析检测；且操作简便，检测周期短，大大缩短了检测时间；该技术发明检测灵敏度较高，其最小检出限为12 μg/l；且该发明提供的材料可反复使用，有效降低了检测成本。
附图说明
[0019]
图1为fe
3
o
4
@cofs@mip材料的透射电镜。
[0020]
图2为fe
3
o
4
@cofs@mip材料的红外光谱图。
[0021]
图3为fe
3
o
4
@cofs@mip材料的磁滞回线。
[0022]
图4为fe
3
o
4
@cofs@mip材料的对双酚a的荧光选择性。
[0023]
图5为fe
3
o
4
@cofs@mip对bpa溶液的荧光谱图。
具体实施方式
[0024]
为了使本发明上述特征和优点更加清楚和容易理解，下面将结合附图对本发明的实施方案作进一步详细描述。
[0025]
下列实施实例中所涉及试剂如无特殊说明均为市售，使用前未经任何处理，磁性四氧化三铁（fe
3
o
4
）纳米球和磁性cofs材料（fe
3
o
4
@cofs）材料均为自己合成。
[0026]
实施例1基于磁性cofs的双酚a荧光cds分子印迹探针的制备方法，步骤为：（1）将10 mmol fecl
3
、2.5 mmol柠檬酸钠和50 mmol乙酸钠加入到100 ml乙二醇溶液中，溶解混合均匀后转移至高温反应釜中，200 ℃下保持10 h，反应结束冷却至室温分别用纯水、无水乙醇洗涤，将所得黑色产物fe
3
o
4
粒子干燥备用；（2）将150 mg fe
3
o
4
粒子超声分散于60 ml二甲基亚砜中，加入0.18 mmol四-（4-氨基苯）乙烯和0.54 mmol对苯二甲醛，超声使其分散均匀，并加入2 ml 17.5m的冰乙酸，室温反应30 min，用四氢呋喃、甲醇洗涤，磁分离，干燥后得到磁性cofs材料fe
3
o
4
@cofs；（3）准确称取10 ml的n-（β-氨乙基）-γ-氨丙基二甲氧基硅烷，通氮气10 min除去氧气，加热至240 ℃，在搅拌条件下迅速加入0.5 g无水柠檬酸，保持1 min，反应结束后冷却至室温，用石油醚反复洗涤纯化，分散在乙醇中，4 ℃条件下储存备用；（4）将1 mmol模板分子（bpa）、3 mmol功能单体（aptes）和cds（400 μl、500 μl、600 μl）超声分散在20 ml无水乙醇中，黑暗条件下静置3 h，加入磁性载体fe
3
o
4
@cofs（50 mg），室温下搅拌1 h，随后加入交联剂（teos，8 mmol）和hcl催化剂（1 mol/l, 1 ml）。无水乙醇洗去
未反应的原料，磁分离收集产物，60 ℃真空干燥得初产物-磁性cofs基双酚a荧光分子印迹聚合物，分别用醇-酸溶液、醇溶液进行索氏提取，洗去初产物中的模板分子bpa，干燥后得磁性cofs基双酚a荧光分子印迹聚合物fe
3
o
4
@cofs@mip。在不加模板分子bpa的情况下，重复上述步骤得到磁性cofs基双酚a荧光非分子印迹聚合物fe
3
o
4
@cofs@nip。
[0027]
实施例2基于磁性cofs的双酚a荧光cds分子印迹探针的制备方法，步骤为：（1）将10 mmol fecl
3
、2.5 mmol柠檬酸钠和50 mmol乙酸钠加入到100 ml乙二醇溶液中，溶解混合均匀后转移至高温反应釜中，200 ℃下保持10 h，反应结束冷却至室温分别用纯水、无水乙醇洗涤，将所得黑色产物fe
3
o
4
粒子干燥备用；（2）将150 mg fe
3
o
4
粒子超声分散于60 ml二甲基亚砜中，加入0.18 mmol四-（4-氨基苯）乙烯和0.54 mmol对苯二甲醛，超声使其分散均匀，并加入2 ml 17.5m的冰乙酸，室温反应30 min，用四氢呋喃、甲醇洗涤，磁分离，干燥后得到磁性cofs材料fe
3
o
4
@cofs；（3）准确称取10 ml的n-（β-氨乙基）-γ-氨丙基二甲氧基硅烷，通氮气10 min除去氧气，加热至240 ℃，在搅拌条件下迅速加入0.5 g无水柠檬酸，保持1 min，反应结束后冷却至室温，用石油醚反复洗涤纯化，分散在乙醇中，4 ℃条件下储存备用；（4）将1 mmol模板分子（bpa）、3 mmol功能单体（aptes）和cds（500 μl）超声分散在20 ml无水乙醇中，黑暗条件下静置3 h，加入磁性载体fe
3
o
4
@cofs（50 mg、100 mg、150 mg），室温下搅拌1 h，随后加入交联剂（teos，8 mmol）和hac催化剂（1 mol/l, 1 ml）。无水乙醇洗去未反应的原料，磁分离收集产物，60 ℃真空干燥得初产物-磁性cofs基双酚a荧光分子印迹聚合物，分别用醇-酸溶液、醇溶液进行索氏提取，洗去初产物中的模板分子bpa，干燥后得磁性cofs基双酚a荧光分子印迹聚合物fe
3
o
4
@cofs@mip。在不加模板分子bpa的情况下，重复上述步骤得到磁性cofs基双酚a荧光非分子印迹聚合物fe
3
o
4
@cofs@nip。
[0028]
实施例3基于磁性cofs的双酚a荧光cds分子印迹探针的制备方法，步骤为：（1）将10 mmol fecl
3
、2.5 mmol柠檬酸钠和50 mmol乙酸钠加入到100 ml乙二醇溶液中，溶解混合均匀后转移至高温反应釜中，200 ℃下保持10 h，反应结束冷却至室温分别用纯水、无水乙醇洗涤，将所得黑色产物fe
3
o
4
粒子干燥备用；（2）将150 mg fe
3
o
4
粒子超声分散于60 ml二甲基亚砜中，加入0.18 mmol四-（4-氨基苯）乙烯和0.54 mmol对苯二甲醛，超声使其分散均匀，并加入2 ml 17.5m的冰乙酸，室温反应30 min，用四氢呋喃、甲醇洗涤，磁分离，干燥后得到磁性cofs材料fe
3
o
4
@cofs；（3）准确称取10 ml的n-（β-氨乙基）-γ-氨丙基二甲氧基硅烷，通氮气10 min除去氧气，加热至240 ℃，在搅拌条件下迅速加入0.5 g无水柠檬酸，保持1 min，反应结束后冷却至室温，用石油醚反复洗涤纯化，分散在乙醇中，4 ℃条件下储存备用；（4）将1 mmol模板分子（bpa）、3 mmol功能单体（aptes）和cds（500 μl）超声分散在20 ml无水乙醇中，黑暗条件下静置3 h，加入100 mg fe
3
o
4
@cofs，室温下搅拌1 h，随后加入交联剂teos（6 mmol、8 mmol、12mmol）和氨水催化剂（1 mol/l, 1 ml）。无水乙醇洗去未反应的原料，磁分离收集产物，60 ℃真空干燥得初产物-磁性cofs基双酚a荧光分子印迹聚合物，分别用醇-酸溶液、醇溶液进行索氏提取，洗去初产物中的模板分子bpa，干燥后得磁性cofs基双酚a荧光分子印迹聚合物fe
3
o
4
@cofs@mip。在不加模板分子bpa的情况下，重复上述
步骤得到磁性cofs基双酚a荧光非分子印迹聚合物fe
3
o
4
@cofs@nip。
[0029]
实施例4基于磁性cofs的双酚a荧光cds分子印迹探针的制备方法，步骤为：（1）将10 mmol fecl
3
、2.5 mmol柠檬酸钠和50 mmol乙酸钠加入到100 ml乙二醇溶液中，溶解混合均匀后转移至高温反应釜中，200 ℃下保持10 h，反应结束冷却至室温分别用纯水、无水乙醇洗涤，将所得黑色产物fe
3
o
4
粒子干燥备用；（2）将150 mg fe
3
o
4
粒子超声分散于60 ml二甲基亚砜中，加入0.18 mmol四-（4-氨基苯）乙烯和0.54 mmol对苯二甲醛，超声使其分散均匀，并加入2 ml 17.5m的冰乙酸，室温反应30 min，用四氢呋喃、甲醇洗涤，磁分离，干燥后得到磁性cofs材料fe
3
o
4
@cofs；（3）准确称取10 ml的n-（β-氨乙基）-γ-氨丙基二甲氧基硅烷，通氮气10 min除去氧气，加热至240 ℃，在搅拌条件下迅速加入0.5 g无水柠檬酸，保持1 min，反应结束后冷却至室温，用石油醚反复洗涤纯化，分散在乙醇中，4 ℃条件下储存备用；（4）将1 mmol模板分子（bpa）、3 mmol功能单体（aptes）和cds（500 μl）超声分散在20 ml无水乙醇中，黑暗条件下静置3 h，加入100 mg fe
3
o
4
@cofs，室温下搅拌1 h，随后加入交联剂teos（8 mmol），分别采用hcl、hac、nh
3
▪
h
2
o（1 mol/l, 1 ml）作为催化剂。无水乙醇洗去未反应的原料，磁分离收集产物，60 ℃真空干燥得初产物磁性cofs基双酚a荧光分子印迹聚合物，分别用醇-酸溶液、醇溶液进行索氏提取，洗去初产物中的模板分子bpa，干燥后得磁性cofs基双酚a荧光分子印迹聚合物fe
3
o
4
@cofs@mip。在不加模板分子bpa的情况下，重复上述步骤得到磁性cofs基双酚a荧光非分子印迹聚合物fe
3
o
4
@cofs@nip。
[0030]
将cds用量、fe
3
o
4
@cofs用量、交联剂用量及催化剂种类进行了优化分析，采用双酚a溶液对fe
3
o
4
@cofs@mip和fe
3
o
4
@cofs@nip的荧光猝灭强度的比值（印迹因子）作为衡量指标，具体的用量关系及印记因子见表1-表4。
[0031]
表1 cds用量优化表2 fe
3
o
4
@cofs用量优化表3 交联剂用量优化
表4 催化剂种类优化效果实施例（一）基于磁性cofs的双酚a荧光cds分子印迹探针的特性研究为了对制备材料的特性有进一步的了解，对制备的基于磁性cofs的双酚a荧光cds分子印迹探针进行了特性研究。
[0032]
图1是该探针的透射电镜图。如图所示，在载体（fe
3
o
4
@cofs）的表面有一层明显的分子印迹层，单个fe
3
o
4
@cofs@mip的直径在350 nm左右。
[0033]
图2是红外光谱图。图中551 cm-1
、1639 cm-1
处分别为fe-o和c=o基团的特征吸收峰，1067 cm-1
、1551 cm-1
处分别代表了si-oh和n-h基团的特征吸收峰，说明在载体fe
3
o
4
@cofs上成功合成了掺杂的cds的荧光分子印迹层。
[0034]
图3是材料的磁滞回线图。说明该材料具有良好的磁性，有利于回收再利用。
[0035]
图4是该材料对不同浓度的双酚a及其结构类似物双酚af（bpaf）、双酚s（bps）、双酚b（bpb）、双酚f（bpf）和对苯二酚（hydroquinone）的荧光选择性实验，如图所示，该材料对模板分子双酚a具有良好的荧光选择性。
[0036]
图5是该材料对不同浓度（0~3.0 mg l-1
）的双酚a的荧光响应谱图。由图可以看出，随着bpa浓度的增加，材料的荧光强度也随之猝灭，且有良好的的线性关系。
[0037]
（二）基于磁性cofs的双酚a荧光cds分子印迹探针在双酚a分析检测中的应用将制备的聚合物fe
3
o
4
@cofs@mip按1~3 mg：2 ml料液比加入样品提取液中，室温振荡1~30 min，待荧光分光光度计分析检测使用。
[0038]
在此流程中，对聚合物用量及振荡时间进行了优化分析，结果如表5、表6所示。
[0039]
表5 聚合物用量优化表6 振荡时间优化
将该方法应用实际样品中双酚a的测定，并与高效液相色谱检测结果比较，结果如表7所示。
[0040]
表7 实际样品中bpa本方法与高效液相色谱检出量

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