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全氟辛烷磺酸(Perfluorooctanesulfonate,PFOS)作为环境中各种全氟化合物(Perfluorinatedcompounds,PFCS)的最终有机产物之一,其具有环境持久性、生物蓄积性以及远距离迁移等特性,容易在环境中进行富集,并对人体造成潜在危害,建立简便、快速、灵敏检测环境水样中PFOS的分析方法具有重要意义。本文基于稀土上转换粒子具有光学稳定性好、背景荧光小和毒性低等优点作为发光材料,同时引入分子印迹技术,构建了荧光探针并用于检测水中PFOS。探讨了探针与PFOS相互作用的机理,并将该方法应用于环境水样和血清基质中PFOS的分析测定,主要工作内容如下:
(1)基于氟-氟相互作用的上转换荧光法快速测定全氟辛烷磺酸。使用溶剂热法制备了具有较高荧光稳定性和良好水分散性的上转换纳米粒子NaYF4:Yb,Er,经简单的表面包覆N,O-双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺修饰后(NaYF4:Yb,Er@SiO2-BSTFA)作为荧光探针与PFOS相互作用,建立了检测PFOS的荧光分析新方法。在pH=6.30的Britton-Robinson缓冲溶液中,PFOS与探针通过氟-氟相互作用快速结合,导致NaYF4:Yb,Er@SiO2-BSTFA的荧光猝灭,且545nm处的荧光强度降低值△F(空白与测试体系荧光强度的差值,F0-F)与PFOS浓度在3~100nmol/L范围内呈线性关系,检出限(3σ)为2.43nmol/L,此荧光探针对PFOS具有较好的选择性响应。
(2)基于上转换分子印迹荧光探针的制备及其对全氟辛烷磺酸的荧光检测。本工作以NH2-UCNPs作为核支撑材料和荧光信号源、N,O-双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺为功能单体、十六烷基三甲基溴化铵为致孔剂、PFOS为模板分子、正硅酸乙酯作为交联剂,通过溶胶-凝胶法在NH2-UCNPs表面形成超薄的印迹壳层,去除PFOS后获得具有介孔结构的分子印迹荧光探针NH2-UCNPs@MIPs。在缓冲溶液体系中,PFOS与NH2-UCNPs@MIPs表面的氨基和含氟基团可进行特异性结合,导致NH2-UCNPs@MIPs在980nm照射下的545nm处的荧光发生明显猝灭。据此实现从酸性到碱性pH条件下对PFOS的高效识别和快速、灵敏检测,标准曲线范围为0.01~15nmol/L,检测限为0.01nmol/L。
(3)将上述所制备两种荧光探针分别应用于自来水、湖水、江水等环境水样以及人血清样品中PFOS检测。其中NaYF4:Yb,Er@SiO2-BSTFA对环境水样以及模拟水样中PFOS的加标回收率在85.8%~118.6%范围内,RSD≤9.8%,可以实现对水样中PFOS的较准确测定。同时对NH2-UCNPS@MIPs探针进行了酸性和中性pH条件下对湖水、江水和人血清样品中PFOS的加标回收实验。结果发现在两种条件下均可实现环境水样和血清样品中PFOS的检测,加标回收率范围在89.0%~117.9%,RSD≤8.31%。所构建NH2-UCNPS@MIPs探针在较宽pH范围内均能实现PFOS的检测,在复杂基质样品检测中具有一定的潜在应用价值。
(1)基于氟-氟相互作用的上转换荧光法快速测定全氟辛烷磺酸。使用溶剂热法制备了具有较高荧光稳定性和良好水分散性的上转换纳米粒子NaYF4:Yb,Er,经简单的表面包覆N,O-双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺修饰后(NaYF4:Yb,Er@SiO2-BSTFA)作为荧光探针与PFOS相互作用,建立了检测PFOS的荧光分析新方法。在pH=6.30的Britton-Robinson缓冲溶液中,PFOS与探针通过氟-氟相互作用快速结合,导致NaYF4:Yb,Er@SiO2-BSTFA的荧光猝灭,且545nm处的荧光强度降低值△F(空白与测试体系荧光强度的差值,F0-F)与PFOS浓度在3~100nmol/L范围内呈线性关系,检出限(3σ)为2.43nmol/L,此荧光探针对PFOS具有较好的选择性响应。
(2)基于上转换分子印迹荧光探针的制备及其对全氟辛烷磺酸的荧光检测。本工作以NH2-UCNPs作为核支撑材料和荧光信号源、N,O-双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺为功能单体、十六烷基三甲基溴化铵为致孔剂、PFOS为模板分子、正硅酸乙酯作为交联剂,通过溶胶-凝胶法在NH2-UCNPs表面形成超薄的印迹壳层,去除PFOS后获得具有介孔结构的分子印迹荧光探针NH2-UCNPs@MIPs。在缓冲溶液体系中,PFOS与NH2-UCNPs@MIPs表面的氨基和含氟基团可进行特异性结合,导致NH2-UCNPs@MIPs在980nm照射下的545nm处的荧光发生明显猝灭。据此实现从酸性到碱性pH条件下对PFOS的高效识别和快速、灵敏检测,标准曲线范围为0.01~15nmol/L,检测限为0.01nmol/L。
(3)将上述所制备两种荧光探针分别应用于自来水、湖水、江水等环境水样以及人血清样品中PFOS检测。其中NaYF4:Yb,Er@SiO2-BSTFA对环境水样以及模拟水样中PFOS的加标回收率在85.8%~118.6%范围内,RSD≤9.8%,可以实现对水样中PFOS的较准确测定。同时对NH2-UCNPS@MIPs探针进行了酸性和中性pH条件下对湖水、江水和人血清样品中PFOS的加标回收实验。结果发现在两种条件下均可实现环境水样和血清样品中PFOS的检测,加标回收率范围在89.0%~117.9%,RSD≤8.31%。所构建NH2-UCNPS@MIPs探针在较宽pH范围内均能实现PFOS的检测,在复杂基质样品检测中具有一定的潜在应用价值。