一种基于荧光金属有机框架材料的头孢氨苄抗生素检测方法

摘要

本发明公开了一种基于荧光金属有机框架材料的抗生素头孢氨苄检测方法，包括如下步骤：配制一种荧光金属有机框架材料的有机溶液，所述的荧光金属有机框架材料具有水不稳定性，但在有机溶剂中具有稳定性；向所述的有机溶液中加入头孢氨苄溶液，受到金属配体电荷转移和光电子转移理论的影响，同时头孢氨苄中氨基官能团对荧光金属有机框架材料中的金属锌的配位作用和羧基的静电作用，导致荧光金属有机框架材料发生荧光猝灭现象：根据荧光分光光度计检测到的荧光信号变化计算头孢氨苄含量。本发明方法检测灵敏、方便。

说明书

技术领域

本发明涉及一种测定头孢氨苄抗生素的检测方法，具体涉及一种基于荧光金属有机框架材料的头孢氨苄抗生素检测方法。本发明属于化学检测领域。

背景技术

头孢氨苄是一种半合成的第一代口服头孢霉素类抗生素药物，因其具有广泛的抗菌谱，常用于治疗家畜的各种感染。然而，头孢氨苄的滥用，会使许多动物源性食品中含有头孢氨苄，如肉类、鸡蛋和牛奶等，这可能导致人们的抗生素耐药性和过敏反应。

目前检测头孢类抗生素的常用方法有：酶联免疫分析法、毛细管电泳法、离子交换法、质谱法和高效液相色谱法等。这些检测方法一般需要专业的技术人员、检测限高、重复性较差、设备昂贵、样品制备复杂和测试周期长等。因此有必要建立一种操作简便，灵敏度高，快速响应的检测头孢氨苄抗生素残留的荧光分析新方法。

金属-有机骨架(MOF)作为一类新型的晶体配位聚合物，由于其发光性能、结构可调、孔隙率高、比表面积大等特点，在传感、气体储存和分离、药物传递、催化和污染物去除等有广泛的应用前景。到目前为止，许多发光MOFs已被广泛用于传感应用，常用的工作机理是基于电荷转移和能量转移导致荧光猝灭。因此，金属有机框架可以作为构建具有高灵敏度和选择性的光电化学传感平台的材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种基于荧光金属有机框架材料的头孢氨苄抗生素检测方法。

本发明目的通过下述方案实现：一种基于荧光金属有机框架材料的头孢氨苄抗生素检测方法，其特征在于基于荧光金属有机框架材料受到金属配体电荷转移和光电子转移理论的影响，同时头孢氨苄中氨基官能团对金属锌的配位作用和静电作用，通过荧光减弱的变化对头孢氨苄抗生素的含量进行测定，包括以下步骤：

(1)荧光金属有机框架材料乙醇溶液配制：

称取一定质量的荧光金属有机框架材料溶解于无水乙醇中，于室温下超声至稳定悬浊液；

(2)头孢氨苄抗生素荧光检测和标准曲线绘制：

称取一定质量的头孢氨苄标准品溶解于去离子水中，得到0.01-0.10mM的头孢氨苄抗生素溶液；打开荧光分光光度计，设置激发波长为425nm，激发和发射狭缝为5nm，电压为600V，取1mL2.5mg/L Zn-TCPP的乙醇溶液于比色皿中，测定在609nm的荧光值，即空白荧光值F

称取一定质量的头孢氨苄标准品溶解于去离子水中，得到0.1-1.0μM的头孢氨苄抗生素溶液；打开荧光分光光度计，设置激发波长为425nm，激发和发射狭缝为5nm，电压为700V，取1mL 1.25mg/L Zn-TCPP的乙醇溶液于比色皿中，测定在609nm的荧光值，即空白荧光值F

根据荧光值比值与加入头孢氨苄抗生素的浓度之间的关系，绘制出相应的线性关系曲线I和II；

(3)实际样品检测：将含有头孢氨苄抗生素的牛奶样品中以步骤(2)所述操作，计算相应的荧光值比值，然后代入标准曲线计算实际样品中相应的头孢氨苄抗生素浓度。

在上述方案基础上，步骤(1)中所述的荧光金属有机框架材料乙醇溶液浓度为50mg/L。

在上述方案基础上，步骤(2)与步骤(3)中所述的荧光比值为加入头孢氨苄抗生素后的荧光值F与空白荧光值F

在上述方案基础上，步骤(3)中所述的头孢氨苄抗生素浓度具体为0.2nM、0.4nM、0.8nM、0.02μM、0.04μM和0.08μM。

本发明的原理是受到金属配体电荷转移的影响，TCPP配体与头孢氨苄之间存在分子间相互作用使得Zn-TCPP与头孢氨苄相互靠近；由于Zn-TCPP中的TCPP配体的LUMO轨道比头孢氨苄高，导致了Zn-TCPP中的电子向头孢氨苄上转移，这会使Zn-TCPP中的金属锌与头孢氨苄中的苄基胺发生配位作用和静电作用，从而Zn-TCPP发生荧光猝灭现象。

本发明具有以下优点：首先，不需要借助其他的荧光分子，利用Zn-TCPP固有的荧光特性和化学性质实现，同时Zn-TCPP的稳定性会随材料浓度增加而增强；其次，操作简便，响应迅速，灵敏度高；最后，相比较其他文献报道的检测方法具有更低的检出限。

附图说明

图1：实施例1中Zn-TCPP在不同溶剂中的荧光强度；

图2：实施例2中Zn-TCPP在室温下的UV-vis吸光度和荧光光谱；

图3：实施例2中50mg/L Zn-TCPP乙醇溶液在10天内(A)、2.5mg/L Zn-TCPP乙醇溶液在10天内(B)和1.25mg/L Zn-TCPP乙醇溶液在1h内(C)的荧光比值；

图4：实施例3中Zn-TCPP乙醇溶液中加入不同抗生素后的荧光猝灭图；

图5：实施例4中每次添加1μL头孢氨苄的荧光图(左)和拟合的标准曲线(右)。

图6：实施例5中每次添加1μL头孢氨苄的荧光图(左)和拟合的标准曲线(右)。

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。以下的实施例是对本发明的进一步说明，而不限制本发明的范围。

实施例1

Zn-TCPP不同溶液配制

各称取1mg Zn-TCPP溶解于2mL的N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、甲醇、去离子水、乙醇、乙酸乙酯(EA)、二甲基亚砜(DMSO)和四氢呋喃(THF)溶剂，配制成0.5mg/mL的Zn-TCPP溶液。打开荧光分光光度计，设置激发波长为425nm，激发和发射狭缝为5nm，电压为600V，取1mL上述各Zn-TCPP有机溶液于比色皿中，测定荧光值，如图1所示。因此，本发明检测方法中，Zn-TCPP在有机溶剂，包括甲醇、乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、乙酸乙酯、二甲基亚砜和四氢呋喃中都可进行荧光检测，优选地，检测溶剂为乙醇溶剂。

实施例2

Zn-TCPP乙醇溶液配制及其稳定性

称取1mg Zn-TCPP溶解于20mL无水乙醇中，得到50mg/L Zn-TCPP乙醇溶液；取1mL50mg/L Zn-TCPP乙醇溶液加入19mL乙醇中，得到2.5mg/L Zn-TCPP乙醇溶液；取1mL 2.5mg/L Zn-TCPP乙醇溶液加入1mL乙醇中，得到1.25mg/L Zn-TCPP乙醇溶液，于室温下避光保存。取2mL50mg/L Zn-TCPP乙醇溶液进行UV-vis吸光度和荧光光谱的测定，如图2所示。

不同浓度的荧光值稳定程度不同，在十天内50mg/L Zn-TCPP乙醇溶液的荧光比值(A)和2.5mg/L Zn-TCPP乙醇溶液的荧光比值(B)，另外1.25mg/L Zn-TCPP乙醇溶液在1h内的荧光值(C)如图3所示。图3中50mg/L Zn-TCPP乙醇溶液在室温下避光10天内荧光值几乎不改变；2.5mg/L Zn-TCPP乙醇溶液在室温下避光10天内荧光值发生改变，但是24小时内荧光值相对稳定；1.25mg/L Zn-TCPP乙醇溶液在室温下避光1小时内荧光值几乎无变化。因此，Zn-TCPP的稳定性会随材料浓度增加而增强，本发明检测方法进行荧光测定时Zn-TCPP溶液最优是现配现用。

实施例3

Zn-TCPP乙醇溶液的选择性

本发明以头孢氨苄(CPX)、呋喃唑酮(NFZ)、呋喃唑酮(FZD)、氯霉素(CAP)、四环素(TET)、阿米卡星(AMK)、阿莫西林(AMX)、氨曲南(ATM)、硫酸庆大霉素(GTM)、链霉素(STR)、呋喃妥因(NFT)和红霉素(ERY)为抗生素，将Zn-TCPP乙醇溶液对头孢氨苄进行了选择性检测。

称取一定质量的上述抗生素标准品溶解于去离子水中，得到1mM的抗生素溶液。打开荧光分光光度计，设置激发波长为425nm，激发和发射狭缝为5nm，电压为600V，取1mL Zn-TCPP乙醇溶液于比色皿中，测定荧光值，记为空白荧光值F

实施例4

头孢氨苄标准曲线I的绘制

称取一定质量的头孢氨苄标准品溶解于去离子水中，得到0.01-0.10mM的头孢氨苄溶液。打开荧光分光光度计，设置激发波长为425nm，激发和发射狭缝为5nm，电压为600V，取1mL Zn-TCPP乙醇溶液于比色皿中，测定荧光值，记为空白荧光值F

根据测定荧光值与加入头孢氨苄的浓度之间的关系，绘制出相应的线性关系曲线I。如图5所示，荧光值比值随着头孢氨苄浓度的增加而增加，其线性回归方程是y＝9.85128x+0.06691，R

实施例5

头孢氨苄标准曲线II的绘制

称取一定质量的头孢氨苄标准品溶解于去离子水中，得到0.1-1.0μμM的头孢氨苄溶液。打开荧光分光光度计，设置激发波长为425nm，激发和发射狭缝为5nm，电压为700V，取1mL Zn-TCPP乙醇溶液于比色皿中，测定荧光值，记为空白荧光值F

根据测定荧光值与加入头孢氨苄的浓度之间的关系，绘制出相应的线性关系曲线II。如图6所示，荧光值比值随着头孢氨苄浓度的增加而增加，其线性回归方程是y＝1.08953x+0.08128，R

实施例6

实际牛奶中头孢氨苄含量的测定

为了进一步验证该方法在测定实际样品中头孢氨苄含量的准确性，以某脱脂牛奶为溶剂配制头孢氨苄溶液(0.02mM，0.04mM，0.08mM)。首先对某脱脂牛奶进行预处理：将500μL 20％乙酸和3.5mL乙醇加入5.0mL牛奶中，分别再加入1mL的去离子水、0.2mM、0.4mM和0.8mM的头孢氨苄标准液，混合均匀后，放入4℃冰箱中15min；然后将样品在5000rpm下离心15min，取上清液用0.22μm膜过滤得到待测溶液。打开荧光分光光度计，设置激发波长为425nm，激发和发射狭缝为5nm，电压为600V，取1mL 2.5mg/L Zn-TCPP乙醇溶液于比色皿中，测定荧光值，记为F

具体样品和检测结果如表1所示。

表1

实施例7

实际牛奶中头孢氨苄含量的测定

为了进一步验证该方法在测定实际样品中头孢氨苄含量的准确性，以某脱脂牛奶为溶剂配制头孢氨苄溶液(0.2μM，0.4μM，0.8μM)。首先对某脱脂牛奶进行预处理：将500μL20％乙酸和3.5mL乙醇加入5.0mL牛奶中，分别再加入1mL的去离子水、2μM、4μM和8μM的头孢氨苄标准液，混合均匀后，放入4℃冰箱中15min；然后将样品在5000rpm下离心15min，取上清液用0.22μm膜过滤得到待测溶液。打开荧光分光光度计，设置激发波长为425nm，激发和发射狭缝为5nm，电压为700V，取1mL 1.25mg/L Zn-TCPP乙醇溶液于比色皿中，测定荧光值，记为F

具体样品和检测结果如表2所示。

表2

由实施例6和实施例7的结果可得，在实际应用中，本发明头孢氨苄抗生素检测方法可以定量测试待测样品中的抗生素含量，尤其是牛奶中的头孢氨苄含量。因此，本发明检测方法可用于牛奶中头孢氨苄抗生素残留是否符合国家标准同时定量测出其头孢氨苄抗生素浓度。