畢業(yè)論文-納米金修飾的還原氧化石墨烯-磷光量子點 復合材料對三聚氰胺的分析應用

1、 納米金修飾還原氧化石墨烯-磷光量子點復合材料對三聚氰胺的分析應用Gold Nanoparticles Modified Reduced Graphene Oxide - Phosphorescence Quantum dots Composites for Melamine Analysis Applications醫(yī)藥化工學院 化學2班 學生：王星蝶 指導教師：李芳 賈文平1 前言三聚氰胺（melamine，MA），是一種重要的含氮有機合成中間體，由其為原料制備的三聚氰胺樹脂可以用作阻燃劑，滅火劑，建材，紡織等工業(yè)，然而它僅僅是一種化工原料，并不可用于食品添加劑。若長期攝入MA會因其不易被

2、分解而導致產(chǎn)生腎與膀胱結(jié)石。由于凱氏定氮法（ HYPERLINK javascript:void(0); kjeldah HYPERLINK javascript:void(0); method）檢測蛋白質(zhì)中的含氮量的局限性，MA以其高含氮量（66%）而被不法和無知商家應用于奶粉生產(chǎn)中，也直接導致轟動全球的“大頭娃娃事件”，數(shù)以萬計的嬰幼兒患腎、膀胱結(jié)石，更有數(shù)名孩子因此喪命，造成了巨額的經(jīng)濟、人身、信任損失。因此對三聚氰胺的檢測也成了國內(nèi)外學者的研究熱門。目前對三聚氰胺的檢測方法主要有國家標準1,2高效液相色譜法、液質(zhì)聯(lián)用法和氣質(zhì)聯(lián)用法。毛細管電泳3、傅里葉變換近紅外光譜4、表面增強拉曼光譜

3、5、酶聯(lián)免疫吸附法6、表面等離子體基元共振法7、熒光分光光譜法8等等先進技術也相繼被用于檢測MA含量。一些相關方法的線性范圍和檢出限總結(jié)于表1中。表1: 各MA檢測方法的線性范圍檢出限Table 1: the detection limit and linear range of each detective methods for MA方法線性范圍檢出限反相高效液相色潽法9(7.90.6) 106 M79.0 108 M高效液相色譜(0.16800.0) 106 M4.0 108 M液質(zhì)聯(lián)用(0.0040.8) 106 M比色法10(1.579.3) 106 M47.6 108 M熒光(0.

4、00080.08) 106 M0.061 108 M間接競爭性酶聯(lián)免疫吸附測定(2.0400.0) 106 M0.4 108 M電化學法11(0.043.3) 106 M9.6 108 M表面增強拉曼散射0.5100 ppb0.1 ppb電化學偶聯(lián)酶比色法12（1.01000）10 -11 M120 ppt近紅外光譜法0.76 0.11 ppm毛細管電泳（1.6600）10 -6 M9.510 -7 M以上方法雖然精確度較高，但所用儀器十分昂貴，樣品處理也較為復雜，操作繁瑣，更有些試劑、藥品毒性大，不利于可持續(xù)發(fā)展的科學觀念。尋求一種簡單可行的測定方法勢在必行。量子點（quantum dots

5、,QDs）自被發(fā)現(xiàn)以來，以其特殊的物理性質(zhì)量子尺寸效應，表面效應，量子限域效應，光、電學效應等等而被廣泛應用于非線性光學，磁介質(zhì)，細胞成像，生物傳感等研究領域13。量子點的發(fā)光特性主要有熒光特性如碲化鎘（CdTe）量子點等，部分量子點發(fā)光具有磷光特性如錳摻雜的硫化鋅量子點（Mn:ZnS）等，前者因含重金屬，且自身熒光和散射光的影響而具有較大影響，后者則含不含重金屬，避免了自身熒光的干擾，選擇性和靈敏度高而被優(yōu)選14。高峰8等利用納米金修飾的CdTe量子點對MA進行分析檢測。目前國內(nèi)外將量子點應用于檢測MA的研究尚不多見。然而，由于由于量子點的大比表面積以及大量的表面缺陷，使納米微粒具有很強的氧

6、化還原能力，從而使其具有很強的催化活性，也直接導致了量子點的不穩(wěn)定15。氧化石墨烯（Graphene Oxide,GO）是一種新型的炭納米材料，已在分子傳感，細胞成像等方面有了初步的應用。將p-QDs負載到GO的表面，制備出兼具有GO和p-QDs優(yōu)良性能的復合材料，對其發(fā)光強度有大的提高，穩(wěn)定性也將增加。然而GO層片上含大量的環(huán)氧基，羥基等含氧官能團，影響到p-QDs-GO水相的制備，因而通常將GO有選擇的還原成為還原氧化石墨烯（Reduced Graphene Oxide，rGO），rGO具有良好的水分散性，也能給p-QDs提供多個結(jié)合點位。所制得的p-QDs-rGO復合材料能保持各自原來的

7、優(yōu)良屬性。納米金粒子（AuNPs）與p-QDs之間存在PET，會使p-QDs的磷光減弱（磷光猝滅），而AuNPs又能結(jié)合到MA中形成穩(wěn)定的三聚氰酸衍生物納米金復合物16,17，該復合物能均勻的分散在溶液中，進而又能將猝滅的p-QDs的磷光恢復回來?；谶@樣的猝滅-恢復（off-on）規(guī)律，開發(fā)一種納米金修飾的還原氧化石墨烯磷光量子點對MA的分析檢測，具有成本低，操作方便，設備要求低，可行性好，靈敏度高等優(yōu)點。2 實驗部分2.1 實驗儀器及試劑儀器：Cary Elipse熒光分光光譜儀(美國Varian 公司，配1cm石英比色皿), DELTA320- pH計(梅特勒-特利多儀器（上海）有限公司

8、，配有LE438pH電極），Elix-5+Mill-QG超純水系統(tǒng)（美國Millipore公司）， FA2004A電子天平（上海精天電子有限公司），數(shù)控系列超聲波處理器（上海生析超聲儀器），砂芯過濾裝置等。藥品和試劑：GO（中科院山西煤炭所），MA，ZnSO47H2O，MnCl44H2O，NaOH(均購自美國阿拉丁公司，且均為分析純),HAuCl4(99.9%，購自天津市凱瑪生化科技有限公司 )；水為超純水。1.010-2M MA溶液：稱取0.1261gMA于燒杯中，加入熱水后超聲溶解，冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，并洗,5次后將洗滌液轉(zhuǎn)移后定容，搖勻存于冰箱中備用，使用時取10L稀釋

9、至10mL成1.010-5M MA溶液。2.510-4M HAuCl4溶液：準確稱取0.0103g于王水浸泡過的燒杯中，加水溶解轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，并洗滌5次，將洗滌液一并轉(zhuǎn)移，稀釋定容至刻度線，搖勻后儲存于4冰箱中備用。2.2 還原氧化石墨烯-L-半胱氨酸包覆的硫化鋅摻錳量子點rGO-Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs復合材料和納米金溶膠AuNPs的合成2.2.1 還原氧化石墨烯（rGO）的合成采用文獻18中水合肼還原氧化石墨烯GO得到還原氧化石墨烯rGO。合成方法如下：取一定質(zhì)量的GO于燒杯中，加入約60mLH2O，強力超聲40min分散。將溶液轉(zhuǎn)移到四口瓶中，加入5.0mL 80

10、%的水合肼（N2H4H2O) ，再加入40mLH2O,使得溶液總體積為100mL。攪拌加熱至95左右達到回流。95下回流24h。取出液體，均勻放置到離心管中，在6000rps下離心10min。取離心管清液,用砂芯過濾（水系，0.45m）過濾得到rGO產(chǎn)品，離心管中濁液過濾得殘渣，洗滌后與產(chǎn)品分開放置，在60下真空干燥過夜，稱重，研細，裝入棕色瓶中備用。2.2.2 L-半胱氨酸包覆的硫化鋅摻錳量子點（Mn:ZnS-L-Cys QDs）的合成 根據(jù)導師課題組相關實驗表明，L-半胱氨酸包覆的硫化鋅摻錳量子點能穩(wěn)定的負載到rGO表面。合成方法如下：稱取一定質(zhì)量的 ZnSO47H2O（1.0mmol）,

11、L-Cys（2.0mmol），裝入到四口燒瓶中，加入約80mL的H2O攪拌下溶解，準確加入0.01M MnCl2溶液3mL（0.3mmol），用針筒小心注射1.0M NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至9.0-10.0，通入氬氣保護30min后，快速注入10mL 0.1M Na2S溶液（現(xiàn)配現(xiàn)用）于體系中，停止通氣，敞口反應2個小時，反應結(jié)束后，冷卻到室溫，得到無色透亮的量子點溶液，裝入試劑瓶中遮光保存?zhèn)溆?。使用時用無水乙醇提純，過濾干燥后，恢復至原體積使用。2.2.3 還原氧化石墨烯-L-半胱氨酸包覆的硫化鋅摻錳量子點rGO-Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs復合材料的合成 準確量取提純后的Mn:ZnS

12、-L-Cys QDs 溶液，加入一定質(zhì)量的rGO固體（按照質(zhì)量體積比需求定量，本實驗采取w:V=0.5mg/mL）,強力超聲15分鐘即得復合材料，過濾，洗滌，干燥，儲存于棕色瓶中備用。2.2.4 AuNPs的合成AuNPs采用文獻報道的硼氫化鈉還原法方法合成：實驗前將所有相關儀器用王水浸泡1天，以防止納米金的團聚。取20mL 2.510-4 M HAuCl4溶液于燒瓶中，置于冰水浴中攪拌，加入0.6mL 0.1M NaBH4溶液（用冰水現(xiàn)配），攪拌10min后，室溫下攪拌約3h得到粒徑約為5-6nm的納米金溶膠。2.3 分析測試分別進行Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs穩(wěn)定性測試，rGO-M

13、n:ZnS-L-Cys-p-QDs的濃度選擇實驗，AuNPs對該復合材料的猝滅效應以及MA對AuNPs猝滅后的溶液體系磷光強度恢復的響應，并對實驗條件進行優(yōu)化，進行干擾實驗，選擇最合適的濃度范圍以及實驗條件，按照下述方法檢測樣品中的三聚氰胺含量： 3 結(jié)果和討論3.1 Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs穩(wěn)定性測試移取100 LMn:ZnS-L-Cys-p-QDs溶液至10mL比色管中，稀釋定容后搖勻，設置參數(shù)后，在520-700nm激發(fā)波長中掃描獲得Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs激發(fā)光譜，每天下午同一時間測定一次，繪制如下圖1穩(wěn)定性曲線。從圖中曲線可以得出，新制的Mn:ZnS-L-Cy

14、s-p-QDs溶液需放置一周以后才能達到穩(wěn)定磷光強度。圖1 Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs的穩(wěn)定性測試Fig.1 Stability testing of Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs2.3.2 rGO-Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs的濃度選擇分別移取0.5,1.0,1.5,2.0,2.5mL 0.5mg/mL rGO-Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs溶液至10mL比色管中，稀釋定容后搖勻，測定其磷光強度，發(fā)現(xiàn)在1.0mL的濃度（0.05mg/mL）時具有最大吸收峰，再分別移取0.6,0.75,0.9,1.05mL 復合材料配制成10mL溶液，測定其吸光強度，繪制如下圖

15、2濃度關系曲線。從圖中可以發(fā)現(xiàn)加入量為0.75mL（0.0375mg/mL）時rGO-Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs溶液具有最大吸收峰。圖2 rGO-Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs的濃度選擇Fig2. Concentration selection of Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs3.3 AuNPs對復合材料溶液的猝滅效應移取3mL 0.0375mg/mL GO-Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs溶液于石英比色皿中，測定其磷光強度，加入60L AuNPs溶膠，測定其磷光強度，二圖整合以后得到下圖3。從圖3中可以發(fā)現(xiàn)， AuNPs對GO-Mn:ZnS-L-Cys-p-QD

16、s溶液有很好的磷光猝滅效應。圖3 AuNPs對GO-Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs溶液的磷光猝滅Fig 3 the flourescence quenching of GO-Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs by adding AuNPs3.4 AuNPs加入量的選擇移取3mL 0.0375mg/mL GO-Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs溶液于石英比色皿中，測定其磷光強度，然后每隔2分鐘逐步加入20LAuNPs溶膠，測得其磷光強度的變化，并將結(jié)果置于圖4中，由圖可知，當AuNPs加入量為60L時，具有較好的猝滅效果，猝滅值約為150，能給MA提供較大的恢復空間。圖4 AuNPs

17、加入量的選擇Fig4 the selection of AuNPs dosage 3.5 猝滅的pH選擇分別配置pH=6.50，6.75，7.00，7.25，7.50（pH0.05）的磷酸緩沖溶液，在16號10mL比色管中加入0.75mL 0.5 mg/mL 復合材料，并分別加入1mL 各pH值的PB緩沖溶液（1號加入1mL超純水做空白對照）加水稀釋定容至10mL，測各比色管的磷光強度，并加入60LAuNPs溶膠，測其磷光強度，并計算猝滅值，將結(jié)果展示在圖5中。由圖5可知，當溶液處于pH=6.75時，具有較好的猝滅效果。圖5 溶液pH值對猝滅的影響Fig5 effection of pH fo

18、r quenching 3.6 共存物干擾測試3.7 標準曲線的繪制準確移取750 L 0.5mg/mL rGO-Mn:ZnS-L-Cys-p-QDs于10 mL比色管中，加PB緩沖溶液(pH = 6.70)1.0 mL，AuNPs 200L，用超純水稀釋至10mL，搖勻。取1mL溶液潤洗比色皿2次后，取3mL該溶液于比色皿中。選擇磷光模式，設置參數(shù)ex/em = 305/597nm (激發(fā)/發(fā)射狹縫分別為10/10nm)條件下，測定溶液的磷光強度。然后在比色皿中每隔5分鐘加入3uL 1.010-5 MA溶液，測定各濃度下的磷光恢復值(F)，并作出相應的標準曲線。所得標準曲線線性方程為F =4

19、.0758108c + 6.2709，相關系數(shù)R為0.9816，檢出限為。R SD N P0.98166.6341765.04935E-43.8 牛奶樣品的測試同樣3.7條件下測定樣品溶液的(F)。根據(jù)稀釋倍數(shù)和線性關系計算樣品中MA的濃度。重復實驗6次，計算加標回收率，所得結(jié)果總結(jié)于下表2中。加入樣品中的MA濃度mol/L恢復值 F平均值加標回收率%表2牛奶樣品中MA含量的加標回收實驗Tab 2 MA content in milk samples spiked recovery experiments4 結(jié)論參考文獻：1(中華人民共和國國家標準管理委員會中華人民共和國行業(yè)標準GBT2238

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21、sfield=au&skey=%e9%82%93%e5%85%89%e8%be%89&code=28659841;06870648;30969209;27033662; t /KCMS/detail/_blank 鄧光輝, HYPERLINK /KCMS/detail/ /kcms/detail/search.aspx?dbcode=CJFQ&sfield=au&skey=%e5%b1%88%e5%bf%a0%e5%87%af&code=28659841;06870648;30969209;27033662; t /KCMS/detail/_blank 屈忠凱, HYPERLINK /KCMS

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