阅读说明：本技术 基于CsPbBr3量子点-分子印迹介孔材料的敌敌畏的检测方法 (Dichlorvos detection method based on CsPbBr3 quantum dot-molecularly imprinted mesoporous material ) 是由 梁勇 张立国 黄宁 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于CsPbBr3量子点-分子印迹介孔材料的敌敌畏的检测方法,其包括以下步骤：制备CsPbBr3量子点-分子印迹介孔材料；绘制“荧光淬灭强度-敌敌畏浓度”标准工作曲线,算出工作方程；测定样品中敌敌畏的含量。本发明的方法检测灵敏度高、特异性强、检测时间短、检出限低。(The invention provides a dichlorvos detection method based on CsPbBr3 quantum dot-molecularly imprinted mesoporous materials, which comprises the following steps: preparing a CsPbBr3 quantum dot-molecularly imprinted mesoporous material; drawing a standard working curve of fluorescence quenching intensity-dichlorvos concentration, and calculating a working equation; and (3) measuring the content of the dichlorvos in the sample. The method has the advantages of high detection sensitivity, strong specificity, short detection time and low detection limit.)

基于CsPbBr3量子点-分子印迹介孔材料的敌敌畏的检测方法

技术领域

本发明属于分析化学领域，具体涉及一种基于CsPbBr3量子点-分子印迹介孔材料的敌敌畏的检测方法。

背景技术

敌敌畏(DDVP)是一种广泛使用的有机磷农药，由于它具有致畸性和残留性，因此检测有机磷农药残留越来越重要。迄今为止，检测有机磷农药的方法主要包括气相色谱法、气相色谱质谱、高效液相色谱法、电化学分析和荧光分析等。但这些方法大多操作复杂，耗时耗力。因此，寻找一种低成本、简便快速、兼具选择性和灵敏度的方法检测敌敌畏具有重要的意义。

众所周知，分子印迹技术已被广泛使用，其特有的优点如特异性识别、制备过程简单和稳定性好使其在多个领域显露出巨大的应用潜力。近年来，荧光传感由于具有灵敏度高、操作快速简单等优点在物质检测方面崭露头角。分子印迹荧光传感同时具备高选择性、较高的灵敏度以及检测简单快速等优势，是一种检测复杂环境中物质的理想传感器。

纳米级钙钛矿量子点CsPbX3(X＝Cl，Br或I)QDs具有迷人的光学性质，包括覆盖整个可见光谱、高光致发光量子产率(PLQY)、可调发射波长，高色纯度和高缺陷耐受性，而且成本低廉、工艺简单，在过去几年中引起了人们的极大关注。

在分析科学领域，介孔材料(孔径介于2到50nm之间的多孔材料称为介孔。)已经显着改善了许多现有分析技术的性能，并且还开发了许多新的检测方法。特别是介孔材料提供了具有吸引力的结构特征，包括大的比表面区域、可调孔径或形状、可调孔隙连通性和易于表面功能化。作为分子印迹位点的载体，大的比表面积可以提供丰富的活性位点，以增加分析物和活性位点之间的接触概率，导致信号强度的增强和检测灵敏度的提高；大且互连的孔可促进分析物的扩散，从而增加内部活性位点的可及性并缩短响应时间，并且印迹分子与介孔材料孔壁结合有利于实现其快速识别和检测。这种独特的结构特性使介孔材料成为分析应用的理想选择。

发明内容

本发明的目的是针对以上要解决的技术问题，提供一种检测灵敏度高、特异性强、检测时间短、检出限低的基于CsPbBr3量子点-分子印迹介孔材料的敌敌畏的检测方法。

为了实现以上发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于CsPbBr3量子点-分子印迹介孔材料的敌敌畏的检测方法，其包括以下步骤：

S1：制备CsPbBr3量子点-分子印迹介孔材料；

S2：绘制“荧光淬灭强度-敌敌畏浓度”标准工作曲线，算出工作方程；

S3：测定样品中敌敌畏的含量。

根据本发明的检测方法，优选地，所述步骤S1包括：

1)合成介孔

将P123模板剂、盐酸溶液和蒸馏水混合，搅拌溶解至透明，滴加正硅酸四乙酯，持续搅拌，将得到的凝胶陈化，冷却后将产物过滤，用水、乙醇洗涤得到固体样品并真空干燥，然后煅烧除去模板剂，得到所述介孔；

2)原位制备钙钛矿量子点

将所述介孔加入到含有溴化铅的十八烯溶液中，在真空下脱气并真空反应，直至获得澄清溶液，在120℃下加入油酸、油胺和(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷，再加入铯油酸盐溶液，冰浴冷却，室温下持续搅拌，离心，洗涤，得到负载CsPbBr3量子点的介孔；

3)制备基于CsPbBr3量子点的分子印迹介孔材料

向敌敌畏、十八烯和所述负载CsPbBr3量子点的介孔的混合物中加入(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷并搅拌，然后加入四甲氧基硅烷，搅拌，离心，用洗脱液洗涤，得到基于CsPbBr3量子点的分子印迹介孔材料。

根据本发明的检测方法，优选地，在步骤1)中，P123模板剂、盐酸溶液、蒸馏水和正硅酸四乙酯的用量比例为4g：10mL：90mL：9mL，所述盐酸溶液的浓度为2mol/L；

在步骤2)中，所述介孔与溴化铅的质量摩尔比为25mg：0.376mmol；油酸、油胺、(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷和铯油酸盐溶液的比例为1:1:1:1；

在步骤3)中，敌敌畏、十八烯和所述负载CsPbBr3量子点的介孔的用量比例为1mmol：10mL和1mg/mL；

在步骤3)中，敌敌畏与(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷的用量比例为1:1至1:3。

根据本发明的检测方法，优选地，在步骤S1中，陈化的温度为至少100℃。

根据本发明的检测方法，优选地，在步骤3)中，洗脱液为己烷和乙酸乙酯的混合液，所述己烷与乙酸乙酯的体积比为3:1。

根据本发明的检测方法，优选地，在步骤S2中，将步骤S1制备的所述CsPbBr3量子点-分子印迹介孔材料溶解在正己烷中，再分别与一系列浓度梯度的敌敌畏溶液混合均匀，静置反应至少10分钟，测试其在515nm处的荧光强度，根据敌敌畏浓度和515nm处的荧光强度，绘制“荧光淬灭强度-敌敌畏浓度”标准工作曲线，算出工作方程。

所述一系列浓度梯度的敌敌畏溶液是质量浓度分别为5μg/L、7.5μg/L、10μg/L、12.5μg/L、15μg/L、17.5μg/L、20μg/L、22.5μg/L、25μg/L的敌敌畏溶液。所述CsPbBr3量子点-分子印迹介孔材料在正己烷中的浓度优选为50mg/L。

根据本发明的检测方法，优选地，在步骤S2和步骤S3中，测定荧光强度的条件为采用365nm作为激发波长，激发光狭缝宽度和发射光狭缝宽度均为10nm，光电倍增管电压为400V；测量使用1cm路径长度的石英池。

根据本发明的检测方法，优选地，所述检测方法对敌敌畏的线性检测范围为5-25μg/L，线性相关系数为0.995，检测限为1.27μg/L。

根据本发明的检测方法，优选地，在步骤S3中，将步骤S1制备的所述CsPbBr3量子点-分子印迹介孔材料溶解在正己烷中，再与待检测的样品溶液混合均匀，室温静置反应至少10分钟，测试其在515nm处的荧光强度，将所得荧光强度数值代入工作方程，计算得到样品中敌敌畏的含量。所述CsPbBr3量子点-分子印迹介孔材料在正己烷中的浓度优选为50mg/L。

本发明先合成有序介孔SBA-15，然后将带有孔道的有序介孔SBA-15作为基体投入到合成CsPbBr3量子点的高温反应体系，直接在介孔孔道中原位生长尺寸均匀且具有高荧光产率的CsPbBr3纳米晶，得到负载量子点(QDs)的介孔材料，通过溶胶凝胶法加入印迹模板敌敌畏(DDVP)、功能单体3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)和交联剂四甲氧基硅烷(TMOS)，制备了DDVP的SBA型介孔分子印迹荧光传感器。通过多种物理表征，证明成功合成了具有规则孔道介孔结构的印迹聚合物。本发明的具有介孔结构的荧光分子印迹聚合物主要特点有：(1)合成大孔径的有序介孔SBA-15，直接在介孔孔道中原位生长尺寸均匀且具有高荧光产率的bBr₃纳米晶，可提高检测灵敏度；(2)所得的[email protected]传感器既保留了介孔材料的高度有序的孔道结构，又在表面及孔道上形成丰富的识别位点，有助于提高模板分子识别速率；(3)大且互连的孔可促进分析物的扩散，从而增加内部识别位点的可及性并缩短响应时间。

本发明的检测方法对5-25μg/L的浓度范围内的敌敌畏具有较好的线性关系，相关性系数为0.995，且印迹因子为2.46，检出限为1.27μg/L。本发明所制备的MIPs@SBA-15-QDs传感器对敌敌畏有特异性的响应，可以在蔬菜样品中对敌敌畏进行快速灵敏的检测，回收率为92.5％-99.4％。

附图说明

图1是CsPbBr3 QDs和SBA-15-CsPbBr3 QDs的荧光光谱图。

图2是[email protected](A)和[email protected]除去模板后(B)和去除模板前(C)的荧光光谱图。

图3是时间对本发明的检测方法测定敌敌畏的影响实验结果图。

图4是温度对本发明的检测方法测定敌敌畏的影响实验结果图。

图5是基于CsPbBr3量子点的分子印迹介孔材料[email protected]对不同浓度的敌敌畏的荧光响应实验结果图。

图6是基于CsPbBr3量子点的分子非印迹介孔材料[email protected]对不同浓度的敌敌畏的荧光响应实验结果图。

图7是根据本发明的检测方法所得到的“荧光淬灭强度-敌敌畏浓度”标准工作曲线。

图8是使用[email protected]进行检测所得到的“荧光淬灭强度-敌敌畏浓度”标准工作曲线。

图9是[email protected]或[email protected]对敌敌畏及其类似物的选择性研究结果。

图10是[email protected]聚合物的制备过程示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明，而非用于限制本发明的范围。

值得注意的是，本发明所使用的各种实验仪器与试剂均为市售商品，均为可通过商业途径购买获得。

制备实施例

按照以下步骤制备用于检测敌敌畏的基于CsPbBr3量子点的分子印迹介孔材料。

步骤1：合成介孔SBA-15

参考现有文献合成介孔SBA-15，在烧瓶中加4g聚氧丙烯聚氧乙烯共聚物溶液(P123)模板剂、10mL盐酸溶液(2mol/L)和90mL蒸馏水，40℃搅拌溶解至透明后；再缓慢滴加9mL正硅酸四乙酯(TEOS)，持续搅拌20h，将得到的凝胶转移至反应釜于100℃下陈化24h。待反应釜冷却后取出，将产物过滤，用水、乙醇洗涤数次得到固体样品并真空干燥，最后在马弗炉550℃煅烧6h除去模板剂，得到介孔SBA-15。

步骤2：原位制备钙钛矿量子点

SBA-15孔道原位生成CsPbBr3量子点(QD)。首先将25mg的SBA-15加入到含有0.376mmol溴化铅(PbBr₂)的十八烯(ODE)溶液中，在真空下脱气15分钟并在120℃下真空反应1小时，直至获得澄清溶液，在N₂下将烧瓶保持在120℃，然后在该温度下向烧瓶中缓慢加入1mL油酸(OA)、1mL油胺(OAm)和1mL(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APTES)。当溶液变得澄清时，将温度升至180℃，并迅速注入1mL Cs油酸盐溶液(预热至100℃)。5秒钟后，使用冰水浴将烧瓶冷却至0℃以促进QD的生长。室温下持续搅拌30min，直接在介孔孔道中生长尺寸均匀且具有高荧光产率的CsPbBr3纳米晶，得到装载QDs的介孔材料。通过以10000rpm离心5分钟将负载QD的介孔SBA-15材料与游离CsPbBr3纳米晶体分离，并用甲苯洗涤2次。得到的样品记为SBA-15-QDs；

步骤3：制备基于CsPbBr3量子点的介孔荧光分子印迹聚合物

通过溶胶凝胶法，向25mL烧瓶中加入一定量的敌敌畏(DDVP)(印迹模板)、10mLODE和1mg/mL SBA-15-QDs溶液，APTES用作功能性单体并搅拌持续30分钟，然后向所得混合物中加入四甲氧基硅烷(TMOS)(交联剂)，并搅拌12小时。非印迹聚合物(NIP)平行合成但不添加DDVP。敌敌畏与APTES的比例为1:1至1:3。即APTES的用量固定为3mmol，敌敌畏的用量则从1mmol变化至3mmol。

步骤4：洗脱模板分子敌敌畏

经过10000rpm离心5min，并用己烷：乙酸乙酯＝3：1的混合溶剂洗涤数次，除去模板分子DDVP以及未反应的物质，将得到[email protected]和[email protected]聚合物。最后，将[email protected]聚合物再分散于正己烷中并在4℃下储存。

[email protected]聚合物的制备过程如图10所示。

检测实施例

1、时间分辨荧光光谱表征

取少量的待测溶液分散在正己烷溶液中，利用超声5min后，放入时间分辨荧光光谱仪中进行测定荧光寿命。

图1是CsPbBr3 QDs和SBA-15-CsPbBr3 QDs的荧光光谱。如图1所示，CsPbBr3 QDs的荧光发射峰在530nm，而SBA-15-CsPbBr3QDs的荧光发射峰在515nm，蓝移了15nm。当量子点被组装到介孔中后，CsPbBr3 QDs和SBA-15之间存在相互作用，电子从量子点表面转移到介孔上，这种分子内电荷转移导致SBA-15激发态的能量升高，从而造成SBA-15-CsPbBr3QDs的荧光峰蓝移。而且两者的半峰宽都较窄，约为30nm。

图2是[email protected](A)和[email protected]除去模板后(B)和去除模板前(C)的荧光光谱图。如图2所示，在365nm激发下，NIPs@和[email protected]的荧光发射峰的位置在515nm附近产生强烈的发射峰，并且荧光发射峰非常尖锐，说明包覆MIP之后量子点的荧光性能没有显著差异而且尺寸均一。在除去模板敌敌畏之前，其荧光强度非常弱(图2C)，这是因为[email protected]未洗脱模板分子敌敌畏，而敌敌畏会引起荧光猝灭，经过模板洗脱后，[email protected](图2B)荧光发射的强度基本可以恢复至与[email protected](图2A)相当，这表明模板敌敌畏基本从印迹聚合物的识别位点上去除完全。

2、时间对[email protected]测定敌敌畏的影响

荧光性能研究将荧光分光光度计F-2700的参数设定为：激发波长为365nm，扫描波长范围为380-650nm，激发光和发射光的狭缝宽度均为10nm，电压为400V。设置3个平行样品。

模板结合到印迹位点的过程需要一定的时间，在合适溶剂条件下，对[email protected]的响应时间进行探究。吸取一定量的[email protected]或[email protected]分散在2mL正己烷中，与15μg/L的敌敌畏相互混合，设置混合时间为0-30min(间隔2min)，随后测试溶液荧光光谱。

如图3所示，测试了该传感器的响应时间。结果与敌敌畏(15μg/L)反应，[email protected]荧光强度在6min内迅速降低，之后达到平衡。而[email protected]在反应10min后达到平衡。这些结果表明MIPs的荧光猝灭效率比NIPs的更快。主要因为NIPs主要依靠物理吸附，它缺乏特异性吸附，而MIPs中存在很多特异性印迹空穴，导致敌敌畏需要更长的时间与印迹位点结合，这增强了MIPs对敌敌畏的特异性吸附能力。同时需要注意的是，这种介孔结构的MIPs比普通非介孔结构的MIPs更快地达到吸附平衡，普通非介孔结构的MIPs响应时间一般在30min左右，这主要归因于介孔具有高度有序的孔道结构以及大的孔径可供模板分子快速穿梭识别，从而提高了该传感器对敌敌畏的快速响应能力。因此，选择10min为实验的响应时间。

3、温度对[email protected]测定敌敌畏的影响

先后测试[email protected]或[email protected]与15μg/L的敌敌畏相互混合的溶液，分别置于20℃-60℃(间隔为5℃)的水浴锅中，保温10min，随后测试溶液荧光光谱。

如图4所示，随着温度的升高，两者的荧光强度均减弱，说明温度对于[email protected]测定敌敌畏存在较大影响。原因可能是高温导致CsPbBr3量子点表面配体脱离，导致QDs荧光强度减弱。所以，考虑到在室温下荧光测定的误差更小以及室温更易操作，选择25℃作为测定温度。

4、不同浓度的敌敌畏对[email protected]荧光猝灭的影响

标准曲线的绘制

分别配制一系列梯度浓度(5-25μg/L)的敌敌畏溶液，再加入[email protected]或[email protected]溶液(50mg/L)。震荡混合均匀，静置10min使二者充分相互作用，测试荧光光谱。所述一系列浓度梯度的敌敌畏溶液是质量浓度分别为5μg/L、7.5μg/L、10μg/L、12.5μg/L、15μg/L、17.5μg/L、20μg/L、22.5μg/L、25μg/L的敌敌畏溶液。

测定不同浓度的敌敌畏对[email protected]和[email protected]的荧光猝灭结果。结果如图5所示，为基于CsPbBr3量子点的分子印迹介孔材料[email protected]对不同浓度的敌敌畏的荧光响应实验结果图。图6是基于CsPbBr3量子点的分子非印迹介孔材料[email protected]对不同浓度的敌敌畏的荧光响应实验结果图。图7是根据本发明的检测方法所得到的“荧光淬灭强度-敌敌畏浓度”标准工作曲线。图8是使用[email protected]进行检测所得到的“荧光淬灭强度-敌敌畏浓度”标准工作曲线。由图5和图6可见，当敌敌畏浓度在5-25μg/L的范围时，[email protected]和[email protected]的荧光强度均随其浓度增加而减弱，由于[email protected]存在与敌敌畏结合位点及空间结构相匹配的印迹腔，所以[email protected]的荧光猝灭幅度更大，由此表明此传感器对敌敌畏的具有特异性结合亲和力。由图7和图8可见，在5μg/L至25μg/L的浓度范围内，[email protected]和[email protected]的(F0-F)/F与Cq的校准曲线均显示出良好的线性关系，相关系数为0.9949和0.9919。根据以下3σIUPAC标准(3σ/S)计算检测限，其中σ是空白信号的标准偏差，S是线性校准的斜率。DDVP的[email protected]的检出限为1.27μg/L。平行测定含有15μg/L的敌敌畏的荧光猝灭，相对标准偏差为5.3％(RSD)。在最佳条件下，IF为2.46，表明印迹过程大大增强了[email protected]复合物对模板分子的荧光猝灭。

5、类似物对[email protected]聚合物测定敌敌畏的影响

为了测定[email protected]聚合物测定敌敌畏的选择性识别能力，选择乐果、水胺硫磷、毒死蜱和啶虫脒作为模板的类似物。分别取一定量农药类似物的分别和[email protected]或NIP[email protected]溶液混合反应，模板和类似物的摩尔浓度均为15μg/L的溶液。室温充分反应10min后，分别测定其荧光强度。

实验结果如图9所示。可以看出，与类似物相比，敌敌畏对[email protected]的荧光淬灭效率最大，[email protected]对敌敌畏及其结构类似物都有一定的响应，但是猝灭程度比较接近，没有表现出选择性。使用选择性因子(γ)来评估材料的选择性(表3-6)，其由下式计算：

γ＝ΔFtemplate/ΔFanalog，

其中ΔFtemplate和ΔFanalog是MIP@或[email protected]的猝灭荧光强度。显然，将γ值越接近1.00，M[email protected]对模板的选择性越高。综合以上分析，说明经过印迹，[email protected]对敌敌畏的检测具有选择性。

6、实际样品检测实验

为了考察[email protected]的实际测试性能，采用购自当地市场的蔬菜样品作为实际样品。称取25g新鲜蔬菜样品粉碎匀浆，并与20g无水硫酸钠和50mL二氯甲烷混合用于第一次萃取。将萃取液以6000rpm离心5分钟，并将上清液通过5g无水硫酸钠层过滤，重复该过程进行第二次萃取步骤得到提取液。将蔬菜提取液加入不同浓度(5、15、25μg/L)的敌敌畏和MIPs@或[email protected]溶液(50mg/L)，在室温下充分作用之后，测试混合溶液的荧光强度。以加标回收的方法考察分析方法的回收率和精密度，每个浓度条件设置3个平行样。

为了验证[email protected]检测敌敌畏的实用性，采用小白菜进行加标回收实验，结果如表3-7所示。从表中可以看出，将终浓度为5、15、25μg/L的敌敌畏分别加入到小白菜样品中，所得回收率范围为92.5％-99.4％，RSD低于2.5％，均小于5％。这些结果表明这种方法可以满足实际样品中敌敌畏的检测。

表[email protected]对白菜中敌敌畏的回收率实验

由此可见，本发明将分子印迹聚合物的高选择性、钙钛矿量子点优越的光学性能以及有序介孔SBA-15的独特孔道结构结合在一起，以CsPbBr3 QDs为信号元件，合成了一种具有高度有序介孔结构的荧光分子印迹传感材料，并应用于敌敌畏荧光滴定实验，采用乐果、水胺硫磷、啶虫脒与毒死蜱作为类似物进行选择性研究，以及实际蔬菜样品中敌敌畏的检测，均获得了较好的结果。这种方法制备过程简单、快速，是一种具有良好灵敏度、高选择性、快速响应和良好稳定性的分析检测敌敌畏的方法，具有较大的实际应用价值和潜力。

7、与其他分析法检测敌敌畏的对比

表2.分析法检测敌敌畏的检测能力对比

将基于不同原理的对敌敌畏进行分析的方法与本发明的方法进行关键性能的对比。由上表可见，基于[email protected]构建的荧光传感方法达到了与其他分析方法相当的水平，可以满足分析测试的需要，且检出限处于较低的水平。

荧光猝灭效应的可能机制

模板分子敌敌畏加入后与[email protected]发生相互作用导致荧光猝灭。通过紫外-可见吸收光谱和荧光发射光谱研究荧光猝灭效应的机理。敌敌畏的吸收光谱与[email protected]的发射光谱之间没有光谱重叠，因此能量转移不是FL猝灭的可能机制。为了理解猝灭动力学，测量了时间分辨的PL衰减曲线。发现，在存在DDVP的情况下，[email protected]的荧光寿命显着降低，平均寿命从15.4ns缩短至13.8ns(通过双指数拟合模型计算τavg＝(A1τ12+A2τ22)/(A1τ1+A2τ2))。在混合溶液中，APTES分子中的-NH₂可以与模板分子相互作用，通过氢键形成复合物，导致[email protected]的平均荧光寿命发生变化。另外，敌敌畏的紫外吸收带和[email protected]的紫外吸收带相近，钙钛矿量子点的导带电子可以跃迁到模板分子敌敌畏的最低未占据分子轨道，而且电荷分离和激子扩散在钙钛矿中非常有效，所以认为[email protected]与敌敌畏的猝灭机理是量子点到敌敌畏的电荷转移。