一种DPA功能化UIO-66基比率型锌离子荧光探针的制备方法与流程

本发明属于环境监测与荧光传感材料，具体涉及一种dpa功能化uio-66基比率型锌离子荧光探针的制备方法。

背景技术：

1、锌是工业生产中应用广泛的重金属元素，在电镀、冶金、制革、化工制药等行业废水中普遍存在。根据我国《污水综合排放标准》（gb8978-1996），总锌的最高允许排放浓度为2.0mg/l（约30.6μmol/l）；《地表水环境质量标准》（gb3838-2002）中ⅲ类水体锌限值为1.0mg/l。过量锌离子排入水体会对水生生物产生毒性效应，并通过食物链富集危害人体健康，因此锌离子的准确检测是水环境质量管控与工业废水达标排放的核心技术需求。

2、目前，锌离子的实验室标准检测方法主要包括原子吸收分光光度法（aas）、电感耦合等离子体质谱法（icp-ms）、双硫腙分光光度法等。上述方法虽检测准确度高，但存在明显的应用局限：仪器设备昂贵、操作流程复杂、样品前处理繁琐、检测周期长，且无法实现现场快速检测，难以满足工业园区废水排口实时监控、突发环境事件应急监测等场景需求。

3、荧光传感检测法因操作简便、响应速度快、灵敏度高、可适配现场快速检测等优势，成为近年来重金属检测领域的研究热点。其中，金属有机框架（mofs）材料因具有比表面积大、孔道结构可调、易功能化修饰等特点，被广泛用作荧光传感载体。uio-66（zr）作为典型的锆基mofs材料，具有优异的化学稳定性与水稳定性，是构建水环境荧光探针的理想基质。

4、公开号为cn117521324a的中国发明专利公开了一种用于锌离子检测的uio-66（zr）金属有机框架荧光探针及其制备方法，其通过在uio-66（zr）表面接枝酰胺基喹啉荧光发色团实现锌离子检测，是本领域较为接近的现有技术方案。但该技术方案在实际应用中仍存在显著缺陷：

5、其一，该探针采用单发射峰信号模式，检测信号易受光源强度波动、探针浓度分布不均、水体基质背景荧光、仪器系统漂移等因素干扰，在成分复杂的工业废水检测中误差偏大，检测结果可靠性不足，难以满足环境检测的质控要求；

6、其二，该探针依赖喹啉基团与锌离子的弱配位作用产生响应，对锌离子的选择性有限，水体中共存的镉、铅、铜、铁等过渡金属离子易产生交叉响应，导致检测结果出现假阳性，抗干扰能力难以适配实际复杂水质；

7、其三，现有多数同类uio-66基荧光探针仅能实现实验室纯水体系下的性能验证，针对工业废水等复杂基质的抗干扰优化不足，实际样品加标回收率偏差大，无法直接落地应用于第三方环境检测业务场景。

8、因此，开发一种兼具高选择性、强抗干扰能力、高准确度的锌离子荧光传感探针，解决现有技术在复杂水质检测中误差大、选择性差的问题，对环境检测领域的现场快速检测技术升级具有重要的实际应用价值。

技术实现思路

1、解决的技术问题

2、本发明的目的在于克服现有技术的不足，解决以下技术问题：

3、1、解决单发射荧光探针易受系统误差与基质干扰、复杂水质检测准确度低的问题，构建双发射比率型传感体系，抵消非特异性因素对检测结果的影响；

4、2、解决常规uio-66基锌离子探针选择性不足、共存金属离子交叉干扰严重的问题，通过表面dpa功能化修饰引入锌离子螯合识别位点，提升检测选择性；

5、3、解决现有荧光探针实际废水适配性差的问题，优化制备工艺与检测体系，实现工业废水、地表水等复杂基质中痕量锌离子的准确定量检测。

6、技术方案

7、为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

8、一种dpa功能化uio-66基比率型锌离子荧光探针的制备方法，以uio-66（zr）金属有机框架为多孔载体，原位封装氮掺杂碳点作为稳定参比荧光单元，并在框架表面接枝二吡啶甲基胺螯合基团构建锌离子特异性识别位点，具体包括以下步骤：

9、（1）氮掺杂碳点参比单元制备：以柠檬酸为碳源、乙二胺为氮源，通过水热合成法制备氮掺杂碳点，经透析纯化后得到浓度为8～12mg/ml的氮掺杂碳点储备液；

10、（2）原位封装型氨基化uio-66载体制备：将锆源、对苯二甲酸、2-氨基对苯二甲酸溶于n,n-二甲基甲酰胺中，加入所述氮掺杂碳点储备液与晶型调节剂，超声分散均匀后进行水热反应，反应结束后离心收集固体产物，经洗涤、真空干燥后得到氨基化氮掺杂碳点@uio-66（zr）载体；

11、（3）dpa基团功能化抗干扰修饰：将所述氨基化载体分散于无水乙醇中，加入二吡啶甲基胺羧酸衍生物、缩合剂与活化剂，在避光条件下进行酰胺化接枝反应，反应完成后离心收集产物，经洗涤、真空干燥后得到dpa功能化的比率型锌离子荧光探针。

12、进一步的，步骤（1）具体为：将1.0～1.5g柠檬酸与0.4～0.6ml乙二胺加入30～50ml去离子水中，超声分散5～10min后转移至聚四氟乙烯水热反应釜，在170～190℃条件下恒温反应4～8h；自然冷却至室温后，采用截留分子量为800～1500da的透析袋透析24～48h，得到氮掺杂碳点储备液；所述氮掺杂碳点的特征荧光发射波长为435～445nm，且不与锌离子发生荧光响应。

13、进一步的，步骤（2）中，所述锆源为四氯化锆或八水合氧氯化锆；所述对苯二甲酸与2-氨基对苯二甲酸的摩尔比为95:5～8:2，总配体物质的量与锆源物质的量之比为1:1～1.2:1。

14、进一步的，步骤（2）中，所述氮掺杂碳点储备液的加入体积为1～3ml；所述晶型调节剂为冰乙酸，加入体积为1～2ml；所述水热反应的温度为110～130℃，反应时间为20～28h；洗涤过程依次采用n,n-二甲基甲酰胺、无水乙醇各洗涤3～5次；真空干燥的温度为50～70℃，干燥时间为10～14h。

15、进一步的，步骤（3）中，每0.1g氨基化载体对应加入0.03～0.08g二吡啶甲基胺羧酸衍生物、0.02～0.05g1-（3-二甲氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、0.01～0.03gn-羟基琥珀酰亚胺；反应体系的固液比为1g:（400～600）ml。

16、进一步的，步骤（3）中，所述酰胺化接枝反应的温度为室温至40℃，反应时间为10～16h；洗涤采用无水乙醇洗涤3～5次；真空干燥的温度为50～70℃，干燥时间为10～14h。

17、进一步的，基于双发射荧光强度比值实现抗干扰定量检测，具体包括以下步骤：

18、s1探针工作液配制：将所述比率型锌离子荧光传感探针分散于ph为7.0～7.6的hepes缓冲溶液中，配制成质量浓度为40～60μg/ml的探针工作液，避光储存；

19、s2标准曲线绘制：取等量探针工作液，分别加入一系列浓度梯度的锌离子标准溶液，混匀后室温孵育，以360～370nm为激发波长，分别测定440nm处参比荧光强度与530nm处响应荧光强度，计算荧光强度比值i530/i440，以锌离子浓度为横坐标、荧光强度比值为纵坐标绘制标准曲线，得到线性回归方程；

20、s3实际样品检测：将待测水样经预处理后，与探针工作液按体积比1:1混合，在相同条件下孵育并测定荧光强度比值，代入线性回归方程计算得到待测水样中锌离子的浓度。

21、进一步的，步骤s2中，孵育时间为3～10min；锌离子标准溶液的浓度范围为0.5～50μmol/l。

22、进一步的，步骤s3中，待测水样的预处理具体为：采用0.45μm水系滤膜过滤去除悬浮颗粒物；若水样浊度高于50ntu，先经离心沉淀取上清液再过滤。

23、进一步的，所述方法的检出限为0.10～0.15μmol/l，10倍浓度共存金属离子的检测干扰率均低于5%。

24、有益效果

25、本发明的有益效果是：

26、1、本发明构建“440nm参比峰+530nm响应峰”的双发射比率传感体系，参比峰信号稳定且不受锌离子浓度影响，响应峰随锌离子浓度升高而线性增强。通过荧光强度比值进行定量，可有效抵消光源强度波动、探针浓度偏差、样品背景荧光、仪器系统漂移等多种非特异性因素带来的系统误差，相比传统单信号荧光探针，复杂基质下的检测相对误差降低40%以上，检测结果可靠性显著提升。

27、2、本发明通过“dpa特异性螯合+mofs孔道筛分”双重机制提升抗干扰能力：一方面，表面共价接枝的dpa基团可与锌离子形成高稳定配位螯合物，实现特异性识别，对共存过渡金属离子的交叉响应大幅降低；另一方面，uio-66的微孔结构可通过尺寸效应阻挡水体中大分子有机质、胶体等干扰物进入孔道影响荧光信号。双重作用下，10倍浓度的常见共存金属离子与有机质对检测的干扰率均低于5%，远优于常规uio-66基探针。

28、3、本发明探针依托uio-66的高比表面积，可富集水体中的锌离子，提升局部浓度，结合dpa的高亲和性，方法检出限低至0.12μmol/l，线性范围覆盖0.5～50μmol/l，可同时满足地表水痕量检测与工业废水排放达标检测的浓度需求，适用场景广泛。

29、4、本发明采用原位封装工艺将参比碳点限域于mofs孔道内，避免了物理混合探针易出现的碳点泄露、信号漂移问题，探针储存稳定性可达6个月以上；制备工艺以水热反应为主，流程可控、原料易得，易于放大批量生产，可直接对接第三方环境检测机构的现场快速检测业务，具有良好的产业化应用前景。