双色调比率荧光探针的构建及其可视化分析应用

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荧光可视化检测由于其较高的灵敏度,优异的可视化效果,可借助紫外灯实现便携监测等优点已经被广泛应用于环境监测,食品分析,医学诊疗,药物分析等领域。目前,荧光检测一般分为单波长检测和比率荧光检测。前者在激发光照下体系只能发射单一波长的荧光,在检测过程中,体系荧光强度增强或降低,该模式缺乏自校准能力容易受到背景颜色的干扰,当发射峰位于可见光区时,体系荧光颜色从无到有或从有到无,虽然可以达到可视化检测效果,但色调变化单一。后者在激发光照下可发射两个或多个荧光峰,在检测过程中,两/多个荧光峰强度随着待测物含量的变化而变化,可以克服环境因素,背景干扰等影响,提高检测方法的灵敏度和准确性,但有时一个或两个发射峰位于可见光区之外,其可视化效果将受到影响。当两/多个荧光峰均位于可见光区,发射峰波长相距适宜,且随着待测物含量的变化两个荧光峰变化趋势不同时,体系的荧光颜色可在两种或多种色调之间发生变化,可视化效果更加灵敏。然而对于比率荧光体系,同时达到上述三个条件实现灵敏的可视化分析并不容易,因此,发展比率荧光传感器实现两/多种色调间的可视化分析检测具有重要的实际意义。基于此,本研究建立了三种两个发射峰均位于可见光区且发射中心相距较远的双波长比率荧光检测体系,并实现了铝离子及盐酸小檗碱的双色调可视化检测,主要内容如下:(1)基于螯合诱导增强效应的一种灵敏的比率荧光方法用于可视化检测铝离子。利用盐酸环丙沙星(CIP)和铕离子(Eu3+)之间的天线效应成功构建蓝红双色的比率荧光探针。加入Al3+之后,由于Al3+与CIP之间存在螯合诱导增强效应,蓝色荧光强度增加同时红色荧光强度降低,随着Al3+浓度的增加,体系荧光颜色由红色逐渐转变为蓝色。体系荧光强度比值与Al3+浓度成正相关,线性范围0-120μmol/L之间,检测限(LOD)0.6μmol/L。这种简单、灵敏且选择性好的可视化检测Al3+的方法被成功建立,并用于实际样中Al3+的可视化检测。荧光寿命、扫描电子显微镜图像(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见吸收光谱(UV-vis)和X射线光电子能谱(XPS)被用来表征检测机理。(2)铽修饰碳点的合成及其在可视化检测铝离子中的应用。上一项工作虽成功构建了Al3+的双波长荧光传感器,但是该体系对Fe3+和Cu2+的抗干扰能力不足,限制了其在实际领域中的应用。针对该问题,我们以盐酸环丙沙星(CIP)为碳源,二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,通过溶剂热法合成高量子产率的蓝色碳点。基于天线效应,用Tb3+修饰该碳点,Tb3+的绿色荧光被敏化,同时碳点的部分蓝色荧光仍被保持,蓝绿发射的荧光探针被成功构建。该探针对Al3+有极好的专一性响应,随着Al3+浓度的增加,蓝色荧光强度恢复绿色荧光强度下降,体系荧光颜色由绿变蓝,荧光强度比值与Al3+浓度成正相关,线性范围为0-8.0μmol/L,检测限(LOD)39.31 nmol/L,相比于之前的体系检测限下降了一个数量级。值得一提的是,该体系对Fe3+和Cu2+有足够的抗干扰能力,已成功用于实际水样Al3+的可视化检测。透射电子显微镜图像(TEM)、X光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Raman Spectrum)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和荧光寿命等被用来表征机理。(3)基于双发射荧光碳点的盐酸小檗碱可视化分析检测。上述两项工作依靠两个组分成功构建比率荧光传感器,但是过程相对繁琐。因此,这个工作中我们用3-氨基酚和丁二酸作为氮源和碳源水热法一步合成了蓝绿双发射的碳点(D-CDs)。D-CDs对盐酸小檗碱(BRH)有极好的专一性响应,随着BRH浓度增加碳点荧光颜色由蓝色变为绿色,可视化效果明显,荧光强度比值与BRH浓度成正相关,线性范围0-150.0μmol/L,检测限0.70μmol/L,并实现了尿液中盐酸小檗碱含量的加标检测。通过柱色谱法分离出双发射碳点,探究了检测机理。总体来说,本文以构建双色调比率荧光检测体系为重点,实现了对Al3+和BRH的高灵敏、可视化分析,成功应用于实际样检测并探讨其作用机理。
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