一种基于铁卟啉二维MOFs类酶催化的过氧化氢检测方法技术

本发明专利技术提供一种基于铁卟啉二维MOFs类酶催化的过氧化氢检测方法，属于化学、环境检测领域。以铜‑四羧基苯基铁卟啉二维MOFs(Cu‑FeTCPP 2DMOFs)作为催化剂，以3，3’，5，5’‑四甲基联苯胺(TMB)为显色剂。由于Cu‑FeTCPP 2DMOFs中含有与过氧化物酶的辅基类似的结构‑FeTCPP，其超薄的二维结构具有大的比表面积，与过氧化氢和TMB的亲和性好，因此具有高的类辣根过氧化酶催化活性，催化H

【技术实现步骤摘要】
一种基于铁卟啉二维MOFs类酶催化的过氧化氢检测方法
本专利技术涉及一种基于铁卟啉二维MOFs类酶催化的过氧化氢检测方法，可应用于分析化学、环境检测领域。
技术介绍
过氧化氢(H2O2)作为廉价有效的氧化剂、漂白剂以及防腐剂，被广泛应用于化工、航空航天、漂白杀菌、食品和医疗等领域。但过量的过氧化氢会造成环境污染，其分解生成的活性自由基，可以破坏细胞器、蛋白质结构，断裂DNA分子链，使生物受到伤害，并威胁人类健康。因此，建立高效的过氧化氢检测方法有重要的意义。目前过氧化氢的常用检测技术有化学滴定法，比色传感法，高效液相色谱法，电化学法等。其中比色传感法具有成本低、操作简单、检测速度快且结果可视化等优点，是分析化学和环境监测领域常用的检测手段。比色传感法通常是在过氧化氢的氧化作用下，利用底物的光学性质(吸收或发射)改变作为检测信号，从而实现对过氧化氢的检测，因此选择高效的催化剂成为关键。过氧化物酶是一种生物催化剂，能高效地催化H2O2氧化多种底物。然而，天然酶的稳定性差、成本高且不易保存，限制了其进一步应用。于是，寻求成本低、稳定性好且具有天然酶特性的仿生酶成为热门研究课题(Chem.Eur.J.，2016，22，8404-8430)。过氧化物酶的辅基是基于铁卟啉的结构，是酶催化活性中心(ACSAppl.Mater.Interfaces，2014，6，19207-19216)，因此铁卟啉成为一类重要的仿生酶。但单独的铁卟啉易发生氧化降解或不可逆的聚集反应(Chem.Commun.，2016，52，13543-13555)，使催化活性降低。研究发现金属有机骨架(MetalOrganicFrameworks，MOFs)，尤其是具有二维结构的MOFs纳米片，是构建铁卟啉仿生体系的理想材料之一：铁卟啉通过金属离子连接以单分子态存在，彼此互相分离，避免了聚集；且纳米片有更大的比表面积和更多的表面活性位点，可提高催化活性。因此，需要寻找基于铁卟啉的二维MOFs材料来构建过氧化氢比色传感检测体系。
技术实现思路
本专利技术的一个重要的目的解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术的另一个目的是提供利用铜-四羧基苯基铁卟啉二维MOFs(Cu-FeTCPP2DMOFs)作为催化剂的过氧化氢检测方法。本专利技术公开的方法中Cu-FeTCPP2DMOFs的过氧化物酶活性高，与过氧化氢和TMB的亲和性强，催化反应快，使检测过程简单方便，实现在常温20-25℃下快速检测，显色反应时间为10-40min，可裸眼进行H2O2的半定量分析及通过吸光度值进行定量分析，其线性检测范围为3～1000μM，检测限可达到2.08μM，检测结果准确可靠。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：通过表面活性剂辅助水热法合成催化剂铜-四羧基苯基铁卟啉二维MOFs(Cu-FeTCPP2DMOFs)，所用的反应原料为二价铜盐和四(4-羧苯基)铁卟啉(FeTCPP)，所用的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺与无水乙醇的混合溶液，体积比为3∶1，所用的表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮，反应温度为80℃。具体步骤如下：将Cu(NO3)2·3H2O或CuCl2·2H2O)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于N，N-二甲基甲酰胺与无水乙醇体积比为3∶1的混合溶液中，记为溶液a；然后取四(4-羧苯基)铁卟啉(FeTCPP)也溶于N，N-二甲基甲酰胺和无水乙醇的混合液中，记为溶液b。将溶液b滴加到溶液a中，使铜离子与FeTCPP的摩尔比为2∶1，随后加入15-20μL三氟乙酸(1.0M)，超声混匀并在80℃下反应3-5h，获得二维的金属有机骨架材料Cu-FeTCPP2DMOFs。制备得到的Cu-FeTCPP2DMOFs具有超薄二维片层结构，厚度为3-20nm，比表面积为30-50m2/g，水溶液呈淡棕色；与过氧化氢和TMB的亲和性好，米氏常数分别别低于1.2mM和0.03mM，具有高的类辣根过氧化酶催化活性，催化过氧化氢氧化TMB使其显色，反应体系由催化剂的淡棕色变为显色产物的蓝色。所述的基于铁卟啉二维MOFs类酶催化的过氧化氢检测方法，包括如下步骤：(1)配置浓度为3-50μM的Cu-FeTCPP2DMOFs分散液，将浓度为0.05-0.20mMTMB乙醇溶液、pH为3.6-4.0的醋酸缓冲液(0.1M)、Cu-FeTCPP2DMOFs分散液和3～1000μM浓度的H2O2按1∶45∶3∶1的体积比混合，在常温20-25℃下显色反应10-40min，测量反应后的溶液在650nm处的吸光度，绘制不同H2O2浓度与吸光度的标准曲线；(2)根据已建立的检测H2O2的标准曲线，以步骤(1)的方法和试验条件测试实际含H2O2的加标水样，测量反应后溶液在650nm处的吸光度值，根据步骤(1)的标准曲线计算得到实际水样中H2O2的浓度。本专利技术的测试原理：在H2O2存在的条件下，Cu-FeTCPP2DMOFs类辣根过氧化物酶能催化其分解产生高氧化活性的羟基自由基，其进一步将TMB氧化成蓝色物质，其吸光度值与H2O2的浓度呈正比。本专利技术的结果判断：H2O2的浓度越大，TMB的显色产物颜色越深，可裸眼进行H2O2半定量分析；通过紫外-可见分光光度计测定反应液在吸光度为650nm处的吸光度值，并结合标准曲线方程定量计算样品中H2O2浓度；线性检测范围为3～1000μM，检测限为2.08μM。本专利技术的特点：以Cu-FeTCPP2DMOFs为类酶催化剂，以3，3’，5，5’-四甲基联苯胺(TMB)为显色剂，采用本专利技术的方法能在10-40min内对溶液中所含H2O2浓度进行快速检测，非常适用于监管部门现场检测和即时监测。附图说明图1.TMB对不同浓度H2O2的可视化颜色响应；图2.Cu-FeTCPP2DMOFs对H2O2的紫外-可见吸光度值与H2O2浓度的关系曲线(即H2O2检测的标准曲线)。具体实施方式下面结合附图和技术方案进一步说明专利技术的具体实施方式。本专利技术涉及了一种基于铁卟啉二维MOFs类酶催化的过氧化氢检测方法。本方法采用表面活性剂辅助水热法合成了Cu-FeTCPP2DMOFs材料。由于该MOFs材料含有与过氧化物酶的辅基类似的结构-FeTCPP，具有超薄二维片层结构，比表面积大，与过氧化氢和TMB的亲和性好，具有高的类辣根过氧化酶催化活性。以Cu-FeTCPP2DMOFs为催化剂，以Cu-FeTCPP2DMOFs制备成水溶液，以TMB作为显色底物，进行H2O2检测。反应体系由催化剂的淡棕色变为显色产物的蓝色，利用产物颜色可裸眼进行H2O2的半定量分析；显色产物在650nm处的吸光度值与H2O2的浓度呈正比关系，利用吸光度值可进行H2O2的定量分析。下面结合实施例进一步叙述本专利技术，但本专利技术不受实施例的限制。实施例1：(1)制备Cu-FeTCPP2DMOFs模拟酶，将0.01mmol三水硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O，或CuCl2·2H2O)和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于铁卟啉二维MOFs类酶催化的过氧化氢检测方法，其特征在于：以铜-四羧基苯基铁卟啉二维MOFs(Cu-FeTCPP 2DMOFs)为催化剂，以3，3’，5，5’-四甲基联苯胺(TMB)为显色剂；所述的Cu-FeTCPP 2DMOFs通过表面活性剂辅助水热法合成，具有超薄二维片层结构，厚度为3-20nm，比表面积为30-50m

【技术特征摘要】
1.一种基于铁卟啉二维MOFs类酶催化的过氧化氢检测方法，其特征在于：以铜-四羧基苯基铁卟啉二维MOFs(Cu-FeTCPP2DMOFs)为催化剂，以3，3’，5，5’-四甲基联苯胺(TMB)为显色剂；所述的Cu-FeTCPP2DMOFs通过表面活性剂辅助水热法合成，具有超薄二维片层结构，厚度为3-20nm，比表面积为30-50m2/g，水溶液呈淡棕色；所述的Cu-FeTCPP2DMOFs与过氧化氢(H2O2)和TMB的亲和性好，米氏常数分别低于1.2mM和0.03mM，具有高的类辣根过氧化酶催化活性；所述的过氧化氢检测中，Cu-FeTCPP2DMOFs催化H2O2氧化TMB，使TMB显色，反应体系由催化剂的淡棕色变为显色产物的蓝色，可在常温20-25℃下快速检测，显色反应时间为10-40min，根据显色产物颜色深浅，可裸眼进行H2O2的半定量分析，通过紫外-可见分光光度计测定反应液在吸光度为650nm处的吸光度值，可定量计算样品中H2O2浓度，其线性检测范围为3～1000μM，检测限低于2.08μM，检测步骤如下：
(1)配置浓度为3-50μM的Cu-FeTCPP2DM...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵莉芝，张玉忠，赵雅香，李日舜，佀迪迪，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12