一种用于区分反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛的PDA-SH/PDA标签及其制备方法

技术领域

本发明涉及化学检测技术领域，具体涉及一种用于区分反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛的PDA-SH/PDA标签及其制备方法。

背景技术

反式-2-己烯醛亦称“叶醛”，其分子式为C

反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛互为同分异构体，也均为食品添加剂成分，该对同分异构体的区分通常需要依托一定的技术及仪器，例如气相色谱-质谱联用法等(谭丽容,程敏,林伟斌.气相色谱-质谱法检测薄荷香精中的限用物质反式-2-己烯醛、α-己基肉桂醛、香豆素的研究[J].食品安全质量检测学报,2018.)。但这些区分手段面临成本较高、仪器复杂等问题，很难在市场广泛普及。由此可见，反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛的可视化快速检测技术具有较大的发展空间。

聚二乙炔(Polydiacetylene，PDA)是一类环境响应共轭聚合物，具有独特的结构和良好的光学性能，在光电传感领域具有广泛的应用前景。其合成始于二乙炔单体DA在氯仿溶液中的自组装，形成高度有序的DA超分子。当暴露于254nm的紫外线照射后，相邻的DA分子通过1，4-加成反应聚合，形成相互交联的共轭结构，所得分子呈现蓝色；当聚合后的PDA暴露于温度、化学变化等刺激时，交联结构发生扭曲，颜色呈现红色，这种独特的光学性质使得聚二乙炔被广泛地用于比色传感器。

公开号为CN113402646A的中国专利文献公开了一种检测银离子的方法，该发明在室温避光搅拌条件下，将10,12-二十五碳二炔酸的乙醇溶液逐滴滴入乙二胺四乙酸二钠的水溶液中，随后将悬浮液低温放置过夜，使其自组装得到无色的超分子悬浮液；然后将无色的超分子悬浮液在紫外照射下进行聚合，得到蓝色的聚二乙炔囊泡悬浮液用于水环境中Ag

但是现有技术中，还没有聚二乙炔基材料被用于反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛的可视化快速检测区分。

发明内容

本发明提供了一种用于区分反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛的PDA-SH/PDA标签的制备方法，反应条件温和，步骤简单，制备得到的PDA-SH/PDA标签能够用于快速、可视化区分反式-2-己烯醛与顺式-3-己烯醛。

具体采用的技术方案如下：

一种用于区分反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛的PDA-SH/PDA标签的制备方法，包括以下步骤：

(1)对10,12-二十三碳二炔酸(TCDA)进行巯基化改性得到巯基化二十三碳二炔酸(TCDA-SH)；

(2)将10,12-二十三碳二炔酸与巯基化二十三碳二炔酸以摩尔比2-5：1混合在有机溶剂中发生脂质体组装，后去除有机溶剂，得到颗粒物，将颗粒物分散到水相溶液中，加热，超声波处理后得到悬浮液，静置备用；

(3)将悬浮液摇匀，置于紫外光照射下进行聚合，得到所述的用于区分反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛的PDA-SH/PDA标签。

10,12-二十三碳二炔酸和巯基化二十三碳二炔酸的结构式分别如下式所示：

本发明基于反式-2-己烯醛进攻PDA-SH的巯基而破坏了巯基与羧基形成的氢键，导致共轭结构发生扭曲的化学原理，同时，顺式-3-己烯醛在溶液中不稳定，会转化成反式-2-己烯醛。利用TCDA和TCDA-SH制备PDA-SH/PDA标签，该标签与反式-2-己烯醛、顺式-3-己烯醛接触后会发生不同程度的颜色改变，从而可以实现反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛的可视化快速检测区分。

优选的，步骤(1)中，所述的巯基化改性方法为：将10,12-二十三碳二炔酸与劳森试剂在氯仿中充分混合，水浴加热反应，分离得到巯基化二十三碳二炔酸。

优选的，步骤(2)中，10,12-二十三碳二炔酸与巯基化二十三碳二炔酸按摩尔比4：1混合。在上述优选的摩尔比下，制备得到的PDA-SH/PDA标签稳定性好，显色效果好，显色速度好。

步骤(2)中，所述的有机溶剂包括但不限于氯仿、二氯甲烷或乙醚等。

优选的，步骤(2)中，加热条件为：50-100℃水浴加热15-30min；超声波处理时间为15-30min。上述条件可以使TCDA-SH与TCDA更好地溶解，完成自组装。

优选的，步骤(2)中，静置时间≥20min，静置过程可以保证TCDA/TCDA-SH的稳定性。

优选的，步骤(3)中，紫外光波长为254nm，紫外光辐射的时间为18-20min。

本发明还提供了所述的用于区分反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛的PDA-SH/PDA标签的制备方法制得的PDA-SH/PDA标签。该PDA-SH/PDA标签具有独特的结构和优良的光学性能，由聚二乙炔及改性聚二乙炔组成，当暴露于反式-2-己烯醛或顺式-3-己烯醛环境下，其构象会发生改变，进一步导致颜色的变化，非常适合独立和可视化快速检测。

当所述的PDA-SH/PDA标签溶液用于反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛的可视化快速检测时，将己烯醛溶液滴加至PDA-SH/PDA标签溶液中，根据不同的颜色变化或红色色度(r)、红色色差(RCS)、比色响应(CR)等指标来判断该己烯醛溶液为反式-2-己烯醛溶液或顺式-3-己烯醛溶液。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明利用劳森试剂与10,12-二十三碳二炔酸形成巯基化二十三碳二炔酸，10,12-二十三碳二炔酸与巯基化二十三碳二炔酸自组装、紫外光照射后聚合形成PDA-SH/PDA标签，该标签与定量的反式-2-己烯醛、顺式-3-己烯醛反应后构象会发生不同程度的扭曲，表现为颜色的变化，从而可以实现反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛的可视化快速检测。

(2)本发明突破了传统反式-2-己烯醛、顺式-3-己烯醛检测区分方法手段复杂、耗费时间、仪器昂贵的局限；本发明方法反应条件温和，检测方法简便，能够快速地区分反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛，且能够实现可视化鉴别，经济且实用。

(3)反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛互为同分异构体，两者与PDA-SH/PDA标签反应会产生特异性的颜色差异，本发明为可视化快速检测区分同分异构体提供了新的思路。

附图说明

图1为实施例1中TCDA和TCDA-SH的红外光谱图，其中B为A的放大图。

图2为PDA、PDA-SH和PDA-SH/PDA标签的透射电镜图，其中，A为PDA，B为PDA-SH，C为PDA-SH/PDA标签。

图3为PDA-SH/PDA标签反应前后的纳米粒径图，其中，A为粒径平均值统计图，B为聚合物分散系数统计图。

图4为PDA-SH/PDA标签处理反式-2-己烯醛溶液和顺式-3-己烯醛溶液发生的蓝红相颜色转变图，其中，A为光学图片，B为红色色差RCS统计图，C为吸光度随波长的变化图。

图5为PDA-SH/PDA标签处理不同体积质量分数为50％的反式-2-己烯醛溶液和顺式-3-己烯醛溶液发生的蓝红相颜色转变图，其中，A为红色色差RCS统计图，B为光学图片。

图6为PDA-SH/PDA标签处理100μL不同质量分数的反式-2-己烯醛溶液和顺式-3-己烯醛溶液发生的蓝红相颜色转变光学图片。

图7为PDA-SH/PDA标签处理100μL不同质量分数的反式-2-己烯醛溶液和顺式-3-己烯醛溶液后的数据化表征图，其中，A为系统蓝色PB统计图，B为比色响应CR统计图，C为红色色差RCS统计图，D为a*统计图。

图8为PDA-SH/PDA标签处理反式-2-己烯醛溶液、顺式-3-己烯醛制成的不同比例混合溶液发生的蓝红相颜色转变光学图片。

图9为PDA-SH/PDA标签处理反式-2-己烯醛溶液、顺式-3-己烯醛制成的不同比例混合溶液后的数据化表征图，其中，A为红色色差RCS统计图，B为a*统计图，C为比色响应CR统计图，D为红色色度r统计图。

具体实施方式

下面结合实施例与附图，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

(1)PDA-SH/PDA标签的制备

称取0.04g 10,12-二十三碳二炔酸(TCDA)、0.025g劳森试剂(Lawesson Regent，LR)于4mL CHCl

称取0.16g TCDA，加入装有TCDA-SH样品的离心管底部，使得TCDA-SH：TCDA的摩尔比为1：4，向离心管中加入4mL CHCl

取出悬浮液，加入100mL纯净水将其调节到合适的浓度，摇匀振荡后，取1mL于离心管中，在254nm的下紫外光照射下聚合18min，即得到PDA-SH/PDA标签溶液。

(2)PDA-SH/PDA标签的表征

利用傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪表征巯基化前后TCDA的红外吸收光谱变化，FTIR光谱仪记录范围为4000-400cm

利用透射电子显微镜表征PDA-SH/PDA标签的形貌，结果如图2中的C所示，同时制备了PDA-SH和PDA，其TEM图片分别如图2中的A和B所示，TCDA体系内通常形成分散良好的交联状囊泡结构，然而TCDA-SH由于功能化头基的空间占位问题，巯基之间会产生相互排斥的作用力，因此很难形成稳定的交联状囊泡结构。但是当TCDA-SH样品与TCDA样品按一定的比例组装时，通过超声波细胞粉碎机将TCDA-SH与TCDA分子原有的分子间作用力破坏，两者按照一定的比例组装，-COSH与-COOH之间形成氢键，能形成稳定的结构。在透射电镜图像中可以观察到TCDA样品形成聚合状态，而TCDA-SH样品在视野内无法观察到交联聚合状态，该现象进一步佐证TCDA-SH的形成，PDA-SH/PDA样品中的聚合程度最强，衍生化改造PDA可以增强分子内部作用力，使其更好地交联。

采用纳米粒径及电位分析仪分析聚合前、聚合后、与反式-2-己烯醛(E2)、顺式-3-己烯醛(Z3)反应后的PDA-SH/PDA溶液，将样品放进仪器的凹槽中，打开软件进行测量，每组样品重复3次，记录并分析每组样品的粒径平均值(Z-average)、聚合物分散系数(Polymerdispersity index，PDI)，实验结果如图3中的A和B所示，聚合后，PDA-SH/PDA脂质体溶液体系内粒子粒径迅速上升，说明分子聚合度提高，PDA-SH/PDA溶液与E2反应后溶液纳米粒径迅速下降，与Z3反应后溶液纳米粒径没有明显改变，推测E2与分子内的巯基发生反应，破坏巯基与羧基形成的氢键，导致共轭结构扭曲，而Z3与PDA-SH/PDA溶液反应没有明显改变分子内的结构。从反应前后聚合物分散性指数来看，聚合后PDA-SH/PDA溶液的稳定性提升，说明形成碳碳二三键交联结构，E2、Z3与溶液反应破坏分子间的作用力，降低反应体系溶液的稳定性。

(3)PDA-SH/PDA标签检测区分反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛

取少量PDA-SH/PDA标签溶液于2mL塑料离心管中，加入少量不同体积的反式-2-己烯醛溶液，探究反式-2-己烯醛浓度、反应时间、PDA-SH/PDA标签溶液在特定波长下的吸光度等变量的关系。采用涡旋仪振荡(转速1000rpm，时间10s)，促其反应均匀。用移液枪移取150μL待测溶液到酶标孔，并记录其位置，在特定波长下测定其吸光度，每个样品重复3次。

被用作比色传感器时，PDA对分析物的灵敏度是基于吸光度计算的，并通过比色响应CR(％)进行定量评估，CR(％)定义为从蓝色到红色的相对变化。CR的计算公式为：

其中，PB

其中，A

利用PDA-SH/PDA标签溶液与反式-2-己烯醛、顺式-3-己烯醛反应前后的数字图像来评估传感器的颜色变化。使用华为手机识色软件获取图像拍摄照片，监测溶液的颜色转变。操作过程中控制拍摄条件，用智能手机自带识色软件分析超过30×30像素的R、G、B、L*、a*、b*值，其中R代表红色，G代表绿色，B代表蓝色，L*代表明暗度，a*代表红绿色，b*代表黄蓝色。用(R/B)/(R

用移液枪分别取100μL体积分数为50％的反式-2-己烯醛溶液和顺式-3-己烯醛溶液滴入1mL PDA-SH/PDA溶液中，微微振荡，反应10min后，拍照进行RGB模式数据化分析，如图4所示。从图4中的A可以看出，PDA-SH/PDA溶液与反式-2-己烯醛反应后呈粉红色，与顺式-3-己烯醛溶液反应后呈现淡紫色；从图4中的B可以看出溶液与反式-2-己烯醛反应后红色色差(％)更大；从图4中的C可以看出溶液与反式-2-己烯醛反应后吸光度增强程度更高；上述结果均可说明在相同反应时间下，PDA-SH/PDA与相同量的反式-2-己烯醛、顺式-3-己烯醛反应后会产生不同的现象，PDA-SH/PDA标签溶液可用于区分可视化反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛。

用移液枪分别量取20、40、60、80、100μL体积分数为50％的反式-2-己烯醛溶液和体积分数为50％的顺式-3-己烯醛溶液滴加至1mL的PDA-SH/PDA溶液中，其颜色变化的数据化表征如图5中的A所示，微微振荡，平行实验做3组，探究PDA-SH/PDA标签对反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛样品的识别的量效关系，反应现象如图5中的B所示，可以看出对于顺式-3-己烯醛而言，当加入的体积超过60μL后，溶液体系的颜色变化程度趋于一致；对于反式-2-己烯醛而言，反应上限相对更高，反应程度更加剧烈，推测PDA-SH/PDA溶液对反式-2-己烯醛的灵敏度更高。

用移液枪分别量取100μL体积分数为10％、20％、30％、40％、50％的反式-2-己烯醛溶液和体积分数为10％、20％、30％、40％、50％的顺式-3-己烯醛溶液滴加至1mL的PDA-SH/PDA溶液，微微振荡，平行实验做3组，其实物图反应现象如图6所示，其颜色变化的数据化表征如图7中的A-D所示，探究PDA-SH/PDA标签对反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛样品的识别区分的浓度效应，从图中可以看出加入相同体积的反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛，反应程度随着加入浓度的升高而增大；若溶液中加入相同质量的反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛，加入反式-2-己烯醛的溶液反应程度更大，通过肉眼识别可以明显区分该对同分异构体。

将反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛配制成不同比例的混合溶剂，反式-2-己烯醛体积分数fv分别为1％、2％、3％、4％、5％，顺式-3-己烯醛体积分数fv’分别为9％、8％、7％、6％、5％，总而言之，反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛的体积分数之和为10％，其余体积用超纯水补齐。取1mL配制的混合试剂滴入1mL PDA-SH/PDA标签溶液中，溶液颜色变化如图8所示。

按照上述分析方法测定与不同比例反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛溶液反应后的标签溶液在特定波长下的吸光度计算CR值，以CR、r、a、RCS值为纵坐标，fv为横坐标作图，如图9中的A-D所示，随着反式-2-己烯醛在溶液体系中的体积分数增加，溶液颜色变化程度更大，进一步说明PDA-SH/PDA溶液与反式-2-己烯醛反应的活化能比与顺式-3-己烯醛反应的活化能低，在一定程度上通过观测颜色变化程度可以判断两组样品中所含该对同分异构体的相对高低。

实施例2

(1)PDA-SH/PDA标签的制备

称取0.03g TCDA、0.017g LR于3mL CHCl

称取0.12g TCDA，加入装有TCDA-SH样品的离心管底部，使得TCDA-SH：TCDA的摩尔比为1：4，向离心管中加入4mL二氯甲烷生脂质体组装，氮吹除去二氯甲烷至管壁仅剩少量颗粒物，加入0.4mL 0.1％CNC纳米纤维，再加37.5mL超纯水得到混合溶液；将混合溶液80℃水浴加热20min，用超声波细胞粉碎机(功率300W)超声处理20min得到悬浮液；

将悬浮液放置在4℃冰箱，20h后从冰箱取出，加入150mL纯净水，摇匀振荡后，取1mL于离心管中，在254nm的下紫外光照射下聚合18min，即得到PDA-SH/PDA标签溶液。

(2)PDA-SH/PDA标签检测区分反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛

分析方法同实施例1，该标签可用于肉眼识别区分反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛。

实施例3

(1)PDA-SH/PDA标签的制备

称取0.1g TCDA、0.08g LR于5mL CHCl

称取0.4g TCDA，加入装有TCDA-SH样品的离心管底部，使得TCDA-SH：TCDA的摩尔比为1：4，向离心管中加入4mL CHCl

将悬浮液放置在4℃冰箱，20h后从冰箱取出，加入150mL纯净水，摇匀振荡后，取1mL于离心管中，在254nm的下紫外光照射下聚合18min，即得到PDA-SH/PDA标签溶液。

(2)PDA-SH/PDA标签检测区分反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛

分析方法同实施例1，该标签可用于肉眼识别区分反式-2-己烯醛和顺式-3-己烯醛。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述的仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。