[发明专利]一种双发射荧光化学传感器及其制备方法和用途

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种荧光化学传感器及其制备方法，特别涉及一种微量气体污染物的可视化分析检测荧光化学传感器及其制备方法，具体地说是一种绿色量子点-卟啉双发射荧光信号可视化检测二氧化氮污染物的传感器及其制备方法。

二、背景技术

随着社会经济的发展，来源于燃料设备及汽油机动车的二氧化氮气体，逐渐成为大气主要化学污染物之一。众所周知，二氧化氮是一种有毒气体，它不仅有损人体健康，而且造成一些如酸雨及光化雾等环境问题。因此，检测不同区域空气中二氧化氮的含量，从而解决环境问题，已成为关键一步。虽然，迄今为止，已经发展了很多检测二氧化氮的方法，如光学法，色谱分析法，紫外吸收法。还有像化学荧光和比色法之类的这些分析设备非常灵敏、准确，但其体型较大，价格昂贵，以及收集、浓缩、分离气体这些复杂样品前处理过程，操作人员需经专业培训等不足，从而导致这些设备很难广泛使用。

近些年来，基于人们对二氧化氮气体的荧光分析方法得到重视。新加坡国立大学黄德建，王素华等人（J.Am.Chem.Soc.2013,135:5312-5315.）发展了一种简单的可视化检测二氧化氮气体的试纸方法。二氧化氮能够与有机物磺酰罗丹明-二硫代氨基甲酸与镍的配合物反应，使原无荧光的配合物产生一种有荧光的有机物，荧光由无色变为红色，能够选择性的检测痕量二氧化氮，但这有机荧光配体光稳定性较差，且检测前需有机溶剂润湿，不方便随时随地就地即使检测。

量子点主要是由II-VI族元素或III-V族元素组成的半导体纳米粒子。作为一种具有潜在应用价值的荧光探针，与传统有机荧光染料相比，量子点的光致发光性质十分优越：激发范围宽，发射峰窄而对称，斯托克斯位移大，量子产率高，亮度强，光稳定性高。特别是不同的量子点能够被单一波长的光源同时激发时发射双荧光，这一特性可以用于设计可视化的荧光化学传感器。目前，将量子点与有机染料结合在一起在二氧化氮气体污染物的可视化检测方面还未见报道。

三、发明内容

本发明针对现有二氧化氮检测方法的上述不足，旨在提供一种实时现场的快速可视化检测空气中二氧化氮气体的荧光化学传感器，所要解决的技术问题利用绿色量子点与卟啉的荧光性质设计双发射荧光化学传感器以实现可视化检测气体污染物二氧化氮。

本发明所称的双发射荧光化学传感器，是玻璃瓶比率荧光传感器，与现有技术的区别是玻璃小瓶内表面为基底，由基底和固定在基底上的至少两只双发射量子点比率荧光探针所组成，所述的探针是双发射量子点-卟啉超结构氧化硅纳米粒子，所述的双发射量子点-卟啉超结构氧化硅纳米粒子是由氧化硅纳米粒子其内包埋绿色量子点、其表面氨基化后共价偶联包覆红色荧光卟啉敏感层所形成的超结构氧化硅纳米粒子。

所述的绿色量子点是指量子点在单一波长光源激发时能发射绿色荧光。

所述的量子点选自CdTe、CdTe/CdS、CdSe、CdSe/ZnS、CdSe/CdS或CdS等任何发射绿色荧光的量子点。

所述的卟啉选自原卟啉等含羧基的任何发射红色荧光的卟啉类。

本传感器的制备方法简言之就是首先将绿色量子点包埋于氧化硅纳米粒子内，并对氧化硅表面进行修饰（即氨基化），再在其表面共价偶联包覆红色荧光卟啉敏感层，得到一类双发射量子点-卟啉超结构氧化硅纳米粒子，即双发射量子点比率荧光探针，最后加工成荧光化学传感器。该类传感器能够可视化检测空气中污染气体二氧化氮的含量。

本传感器的制备方法包括发光稳定的绿色量子点的制备和包埋以及双发射量子点比率荧光探针的制备和固定，所述的包埋就是将绿色量子点包埋于氧化硅纳米粒子内，与现有技术的区别是双发射量子点比率荧光探针的制备，也就是在包埋有绿色量子点的氧化硅纳米表面包覆可发射红色荧光的卟啉敏感层，具体方法是将包埋量子点的氧化硅纳米粒子和卟啉分散于乙醇中，加入缩合剂1-乙基-3-(3-二甲胺基丙基)碳二亚胺/N-羟基丁二酰亚胺（EDC/NHS），在避光和常温条件下搅拌3-6小时，离心分离，乙醇洗涤，得到双发射量子点-卟啉超结构氧化硅纳米粒子；将该粒子分散于乙醇中，于无荧光背景的小玻璃瓶洁净的内表面上至少两处点滴分散液，挥干乙醇后形成膜状探针。

绿色量子点包埋于氧化硅纳米粒子中，在量子点上形成透明钝化的氧化硅层，其荧光性质基本不受外来物质的干扰。