KR102127699B1 - Fluorescent sensor for detecting aromatic nitro compounds - Google Patents

Fluorescent sensor for detecting aromatic nitro compounds Download PDF

Info

Publication number
KR102127699B1
KR102127699B1 KR1020180142401A KR20180142401A KR102127699B1 KR 102127699 B1 KR102127699 B1 KR 102127699B1 KR 1020180142401 A KR1020180142401 A KR 1020180142401A KR 20180142401 A KR20180142401 A KR 20180142401A KR 102127699 B1 KR102127699 B1 KR 102127699B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
aromatic nitro
carbon
nitro compound
carbon nano
compound
Prior art date
Application number
KR1020180142401A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20190070848A (en
Inventor
허승현
김의정
정진석
Original Assignee
울산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 울산대학교 산학협력단 filed Critical 울산대학교 산학협력단
Publication of KR20190070848A publication Critical patent/KR20190070848A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102127699B1 publication Critical patent/KR102127699B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/02Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
    • C09K11/025Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor non-luminescent particle coatings or suspension media
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64Fluorescence; Phosphorescence
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/58Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances
    • G01N33/588Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances with semiconductor nanocrystal label, e.g. quantum dots
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y15/00Nanotechnology for interacting, sensing or actuating, e.g. quantum dots as markers in protein assays or molecular motors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00Manufacture or treatment of nanostructures

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

본 발명은 방향족 나이트로 화합물을 검출하기 위한 탄소 나노점 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상기 탄소 나노점은 피로멜리트산과 알킬렌디아민 화합물을 포함하는 혼합용액의 수열반응을 통하여 제조되므로, 제조방법이 간단하고 경제적일 뿐만 아니라 양자 수율이 우수하고, 방향족 나이트로 화합물에 대한 검출능이 현저히 뛰어나므로 방향족 나이트로 화합물의 검출이 필요한 다양한 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a carbon nano dot for detecting an aromatic nitro compound and a method for manufacturing the same, since the carbon nano dot is produced through a hydrothermal reaction of a mixed solution containing pyromellitic acid and an alkylenediamine compound. Not only is this simple and economical, the quantum yield is excellent, and the detection ability for the aromatic nitro compound is remarkably excellent, and thus it can be usefully used in various fields requiring the detection of the aromatic nitro compound.

Description

방향족 나이트로 화합물을 검출하기 위한 탄소 나노점{Fluorescent sensor for detecting aromatic nitro compounds}Carbon nanopoint for detecting aromatic nitro compounds{Fluorescent sensor for detecting aromatic nitro compounds}

본 발명은 방향족 나이트로 화합물을 검출하기 위한 탄소 나노점 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nano dot for detecting an aromatic nitro compound and a method for manufacturing the same.

자연수 및 유출 물에서 나이트로벤젠, 나이트로톨루엔 및 나이트로페놀과 같은 방향족 나이트로 화합물의 분석은 수많은 활동으로 인해 환경 규제에 중추적인 관심을 받고 있는 가운데, 상기 화합물은 인간뿐만 아니라 동물, 식물 및 수생 생물에게 심각한 독성을 지니므로 다양한 방향족 나이트로 화합물이 규제화되고 있다. 특히 4-나이트로페놀 (4-nitro phenol, 4-NP)은 독성이 높고 분해성이 낮으며, 대부분의 수생 환경에서 높은 용해도를 나타내기 때문에 위험물질 중 하나로 미국 환경 보호청 (Environmental Protection Agency, EPA)에 지정되어 있다. 4-나이트로페놀의 단기간 급성 흡입 또는 섭취는 두통, 졸음, 메스꺼움 및 청색증을 유발할 수 있고, 잠재적인 발암 물질 및 기형 인자와 돌연변이의 원인으로 보고된 바 있으므로 그 적용을 보다 엄격히 통제하고 있다. 그러나, 4-나이트로페놀은 의약품, 염료, 살충제, 살충제, 제초제, 가죽 살균제 및 산 염기 지시약 등을 포함한 많은 생산 공정에서 중간 화학 물질로 광범위하게 사용되고 있으며, 비료나 살충제의 성분으로 사용할 경우 농작물, 채소, 과일, 수자원에 남아있을 가능성이 있는 위험한 식품 사슬 오염원으로도 확인되고 있다.Analysis of aromatic nitro compounds such as nitrobenzene, nitrotoluene and nitrophenols in natural and effluent waters is of central interest due to numerous activities, while the compounds are not only human, but also animals, plants and Since it has serious toxicity to aquatic organisms, various aromatic nitro compounds are regulated. In particular, 4-nitrophenol (4-nitro phenol, 4-NP) is one of the dangerous substances because it has high toxicity, low degradability, and high solubility in most aquatic environments. The US Environmental Protection Agency (EPA) Is specified in Short-term acute inhalation or ingestion of 4-nitrophenol can lead to headache, drowsiness, nausea, and cyanosis, and has been reported to be a potential cause of carcinogens and malformation factors and mutations, making its application more tightly controlled. However, 4-nitrophenol is widely used as an intermediate chemical in many production processes, including pharmaceuticals, dyes, pesticides, pesticides, herbicides, leather fungicides and acid base indicators, and when used as a component of fertilizers or pesticides, crops, It is also identified as a dangerous food chain contaminant that may remain in vegetables, fruits and water resources.

따라서, 4-나이트로페놀을 사용하더라도 보다 안전하게 사용하고 처리하기 위해서는 환경에 잔류하는 4-나이트로페놀도 쉽게 검출하고 처리하는 시스템이 필요하며, 이를 위해 미량의 4-나이트로페놀을 보다 간단하고 확실하게 검출하는 기술이 필수적이다.Therefore, even if 4-nitrophenol is used, a system for easily detecting and treating 4-nitrophenol remaining in the environment is required to use and process more safely, and for this, a trace amount of 4-nitrophenol is simpler. A technique for sure detection is essential.

종래, 4-나이트로페놀은 분광 광도계, 모세관 영역 전기 영동, 전기 화학적 방법 및 화학 발광과 같은 방법으로 검출하였다. 그러나 대부분 상기 방법은 시간이 많이 걸리고 공정이 복잡하며, 고가의 설비나 장치가 필요한 문제가 있다.Conventionally, 4-nitrophenol was detected by a method such as a spectrophotometer, capillary region electrophoresis, electrochemical method and chemiluminescence. However, most of the above methods take a lot of time, complicated processes, and require expensive equipment or devices.

따라서, 방향족 나이트로 화합물의 검출을 위하여 제조 및 사용 공정이 간단하며, 검출능이 우수하고 신뢰성이 높을 뿐만 아니라 검출 효율이 우수하고 경제적인 검출 기술의 개발이 요구되고 있다.Therefore, for the detection of aromatic nitro compounds, the manufacturing and use process is simple, the detection capability is excellent, the reliability is high, and the detection efficiency is excellent and the development of an economical detection technique is required.

대한민국 공개특허 제2007-0000408호Republic of Korea Patent Publication No. 2007-0000408 대한민국 공개특허 제2011-0085483호Republic of Korea Patent Publication No. 2011-0085483

본 발명의 목적은 4-나이트로페놀과 같은 방향족 나이트로 화합물의 검출을 위하여 제조 및 사용 공정이 간단하며, 검출능이 우수하고 신뢰성이 높을 뿐만 아니라 검출 효율이 우수하고 경제적인 센서 및 이의 제조방법을 제공하는데 있다. The object of the present invention is a simple manufacturing and use process for the detection of aromatic nitro compounds such as 4-nitrophenol, as well as high detection performance and high reliability, excellent detection efficiency, and an economical sensor and method for manufacturing the same. To provide.

상기 과제를 해결하기 위하여,In order to solve the above problem,

본 발명은 일실시예에서, 질소가 도핑되고, 표면에 아마이드기를 포함하고,The present invention, in one embodiment, nitrogen is doped, and includes an amide group on the surface,

UV-vis 흡광도 측정 시 400 내지 650㎚ 파장 범위에서 410㎚ 내지 430㎚에서 흡수극대를 갖고,When measuring UV-vis absorbance, it has an absorption maximum at 410 nm to 430 nm in a wavelength range of 400 to 650 nm,

광 루미네선스(PL) 측정 시 400 내지 740 nm 파장 범위에서 475 내지 495 nm에서 형광 방출 극대를 갖는 탄소 나노점을 제공한다.When measuring light luminescence (PL), carbon nanodots having a fluorescence emission maximum at 475 to 495 nm in a wavelength range of 400 to 740 nm are provided.

또한, 본 발명은 일실시예에서,In addition, the present invention in one embodiment,

피로멜리트산과 알킬렌디아민 화합물을 포함하는 혼합용액의 수열반응을 수행하여 탄소 나노점을 제조하는 단계를 포함하고,And performing a hydrothermal reaction of the mixed solution containing pyromellitic acid and an alkylenediamine compound to prepare carbon nanodots,

상기 탄소 나노점은 질소가 도핑되며 표면에 아마이드기를 포함하는 탄소 나노점의 제조방법을 제공한다.The carbon nano-dots are doped with nitrogen and provide a method for producing carbon nano-dots containing an amide group on the surface.

나아가, 본 발명은 일실시예에서,Furthermore, the present invention is in one embodiment,

상기 탄소 나노점과 방향족 나이트로 화합물을 접촉시켜 탄소 나노점 표면에 방향족 나이트로 화합물을 결합시키는 단계; 및Bonding the aromatic nano nitro compound to the surface of the carbon nano dot by contacting the aromatic nano compound with the carbon nano dot; And

방향족 나이트로 화합물이 결합된 탄소 나노점에 광 조사하는 단계를 포함하는 방향족 나이트로 화합물의 검출방법을 제공한다.It provides a method for detecting an aromatic nitro compound comprising the step of irradiating light to the carbon nano-dots to which the aromatic nitro compound is bound.

본 발명에 따른 탄소 나노점은 피로멜리트산과 알킬렌디아민 화합물을 포함하는 혼합용액의 수열반응을 통하여 제조되므로, 제조방법이 간단하고 경제적일 뿐만 아니라 양자 수율이 우수하고, 방향족 나이트로 화합물에 대한 검출능이 현저히 뛰어나므로 방향족 나이트로 화합물의 검출이 필요한 다양한 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.Since the carbon nano-dots according to the present invention are prepared through a hydrothermal reaction of a mixed solution containing pyromellitic acid and an alkylenediamine compound, the manufacturing method is simple and economical as well as excellent in quantum yield, and for aromatic nitro compounds. Since the detection ability is remarkably excellent, it can be usefully used in various fields that require the detection of aromatic nitro compounds.

도 1은 본 발명에 따른 탄소 나노점의 형성 메커니즘을 도시한 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 탄소 나노점이 방향족 나이트로 화합물을 검출하는 메커니즘을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 탄소 나노점의 투과전자현미경(TEM) 분석 결과로, (a)는 탄소 나노점의 투과전자현미경(TEM) 촬영 이미지이고, (b)는 투과전자현미경(TEM)으로 관찰된 탄소 나노점의 입도 분포를 나타낸 히스토그램이다.
도 4는 본 발명에 따른 탄소 나노점의 X선 광전자분광(XPS)을 분석한 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 탄소 나노점의 푸리에 변환 적외선 분광(FT-IR)을 분석한 그래프이다.
도 6은 조사되는 광의 파장에 따른 본 발명에 따른 탄소 나노점의 광 루미네선스(PL) 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 검출 화합물 종류에 따른 본 발명에 따른 탄소 나노점의 광 루미네선스(PL) 변화를 도시한 그래프이다.
도 8은 4-나이트로페놀에 대한 본 발명에 따른 탄소 나노점의 광 루미네선스(PL) 강도를 도시한 그래프로서, (a)는 혼합용액의 pH에 따른 결과이고, (b)는 혼합용액에 첨가된 NaCl의 함량(이온량)에 따른 결과이다.
도 9는 혼합용액에 존재하는 4-나이트로페놀의 농도별 본 발명에 따른 탄소 나노점의 광 루미네선스(PL) 변화를 도시한 그래프이다.
1 is an image showing a mechanism for forming carbon nanodots according to the present invention.
2 is a schematic view showing a mechanism for detecting an aromatic nitro compound according to the present invention.
3 is a transmission electron microscope (TEM) analysis result of a carbon nano dot according to the present invention, (a) is a transmission electron microscope (TEM) image of the carbon nano dots, (b) is a transmission electron microscope (TEM) It is a histogram showing the particle size distribution of the observed carbon nanodots.
4 is a graph analyzing X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of carbon nanodots according to the present invention.
5 is a graph analyzing Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) of carbon nanodots according to the present invention.
6 is a graph showing changes in light luminescence (PL) of carbon nanodots according to the present invention according to the wavelength of light to be irradiated.
7 is a graph showing changes in optical luminescence (PL) of carbon nanodots according to the present invention according to the type of detection compound.
Figure 8 is a graph showing the intensity of light luminescence (PL) of carbon nanodots according to the present invention for 4-nitrophenol, (a) is the result of the pH of the mixed solution, (b) is mixed It is the result according to the content (ion amount) of NaCl added to the solution.
9 is a graph showing changes in light luminescence (PL) of carbon nanodots according to the present invention according to the concentration of 4-nitrophenol present in a mixed solution.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.The present invention can be applied to various changes and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, terms such as "comprises" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

또한, 본 발명에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.In addition, the accompanying drawings in the present invention should be understood to be shown enlarged or reduced for convenience of explanation.

본 발명에서 "몰부"란, 몰 비율을 나타내는 용어로서, 조성물 전체 100몰에 대한 성분 a의 몰 비율을 나타낼 경우 "몰%"와 동일할 수 있다. 예컨대, 조성물 100 몰부에 대하여 성분 a를 10~20 몰부로 포함하는 경우, 성분 a는 조성물 내에 10~20 몰%로 포함한 것과 동일한 것일 수 있다.In the present invention, "molar part" is a term indicating a molar ratio, and may indicate the same as "mol%" when indicating the molar ratio of component a to 100 mol of the total composition. For example, when the component a is contained in 10 to 20 mol parts with respect to 100 mol parts of the composition, the component a may be the same as that contained in 10 to 20 mol% in the composition.

본 발명은 방향족 나이트로 화합물을 검출하는 탄소 나노점 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a carbon nano dot for detecting an aromatic nitro compound and a method for manufacturing the same.

자연수 및 유출 물에서 나이트로 벤젠, 나이트로 톨루엔 및 나이트로페놀과 같은 방향족 나이트로 화합물의 분석은 수많은 활동으로 인해 환경 규제에 중추적인 관심을 받고 있는 가운데, 상기 화합물은 인간뿐만 아니라 동물, 식물 및 수생 생물에게 심각한 독성을 지니므로 다양한 방향족 나이트로 화합물이 규제화되고 있다. 특히 4-나이트로페놀 (4-NP)은 독성이 높고 분해성이 낮아 대부분의 수생 환경에서 높은 용해도를 나타내는데, 이러한 4-나이트로페놀을 단기간에 급성 흡입 또는 섭취하는 경우 두통, 졸음, 메스꺼움 및 청색증 등을 유발할 수 있다. 또한, 4-나이트로페놀은 잠재적인 발암 물질로 알려져 있고, 기형 인자 및 돌연변이 원인으로 보고되었으므로 그 적용을 보다 엄격히 통제하고 있다. 그러나 4-나이트로페놀와 같은 방향족 나이트로 화합물은 분광 광도계, 모세관 영역 전기 영동, 전기 화학적 방법 및 화학 발광과 같은 방법으로 검출되었다. 그러나 대부분 상기 방법은 시간이 많이 걸리고 공정이 복잡하며, 고가의 설비나 장치가 필요한 한계가 있다.Analysis of aromatic nitro compounds such as nitro benzene, nitro toluene and nitrophenols in natural and effluent waters is of central interest due to numerous activities, while the compounds are not only human, but also animals, plants and Since it has serious toxicity to aquatic organisms, various aromatic nitro compounds are regulated. In particular, 4-nitrophenol (4-NP) is highly toxic and has low degradability, so it exhibits high solubility in most aquatic environments. Headache, drowsiness, nausea, and cyanosis when acute inhalation or ingestion of 4-nitrophenol in a short period of time It can cause back. In addition, 4-nitrophenol is known as a potential carcinogen, and has been reported as a cause of malformation factor and mutation, so its application is more strictly controlled. However, aromatic nitro compounds such as 4-nitrophenol were detected by methods such as spectrophotometer, capillary region electrophoresis, electrochemical method and chemiluminescence. However, most of the above methods are time-consuming, complicated, and require expensive equipment or equipment.

이에, 본 발명은 방향족 나이트로 화합물을 검출하기 위한 탄소 나노점 및 이의 제조방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a carbon nano dot for detecting an aromatic nitro compound and a method for manufacturing the same.

본 발명에 따른 탄소 나노점은 피로멜리트산과 알킬렌디아민 화합물을 포함하는 혼합용액의 수열반응을 통하여 제조되므로, 제조방법이 간단하고 경제적일 뿐만 아니라 양자 수율이 우수하고, 방향족 나이트로 화합물에 대한 검출능이 현저히 뛰어나므로 방향족 나이트로 화합물의 검출이 필요한 다양한 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.Since the carbon nano-dots according to the present invention are prepared through a hydrothermal reaction of a mixed solution containing pyromellitic acid and an alkylenediamine compound, the manufacturing method is simple and economical as well as excellent in quantum yield, and for aromatic nitro compounds. Since the detection ability is remarkably excellent, it can be usefully used in various fields that require the detection of aromatic nitro compounds.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

탄소 나노점Carbon nano dots

본 발명은 일실시예에서, 질소가 도핑되고, 표면에 아마이드기를 포함하는 탄소 나노점을 제공한다.In one embodiment, the present invention provides carbon nanodots that are doped with nitrogen and include amide groups on the surface.

본 발명에 따른 탄소 나노점은 하나의 탄소 나노입자로 이루어지거나, 또는 복수의 탄소 나노입자들이 응집되어 하나의 나노점을 이루는 형태를 이루어진 입자로서 1.0 nm 내지 10.0 nm의 평균 입도를 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 탄소 나노점은 1.0 nm 내지 8.0 nm, 1.0 nm 내지 6.5 nm, 1.0 nm 내지 5.0 nm, 2.0 nm 내지 10.0 nm, 2.5 nm 내지 10.0 nm, 4.0 nm 내지 10.0 nm, 2.0 nm 내지 8.0 nm, 2.0 nm 내지 7.0 nm, 또는 2.5nm 내지 6.8nm의 평균 입도를 가질 수 있다. 또한, 상기 탄소 나노점은 4.41±1.50 nm 또는 4.41±0.90 nm 의 단분산도를 가질 수 있다. 본 발명은 탄소 나노점의 평균 입도를 상기와 같은 범위로 제어함으로써 가시광 영역에서 탄소 나노점의 형광 방출을 70% 이상의 높은 양자 수율로 구현할 수 있다.The carbon nanodots according to the present invention may be composed of one carbon nanoparticle or a plurality of carbon nanoparticles aggregated to form one nanodot, and may have an average particle size of 1.0 nm to 10.0 nm. More specifically, the carbon nano-dots are 1.0 nm to 8.0 nm, 1.0 nm to 6.5 nm, 1.0 nm to 5.0 nm, 2.0 nm to 10.0 nm, 2.5 nm to 10.0 nm, 4.0 nm to 10.0 nm, 2.0 nm to 8.0 nm , 2.0 nm to 7.0 nm, or 2.5 nm to 6.8 nm. In addition, the carbon nano-dots may have a monodispersity of 4.41±1.50 nm or 4.41±0.90 nm. According to the present invention, the fluorescence emission of the carbon nano-dots in the visible region can be realized with a high quantum yield of 70% or more by controlling the average particle size of the carbon nano-dots in the above range.

아울러, 상기 탄소 나노점은 질소 원자(N)가 도핑되고 표면에 아마이드기(-C(O)NH2)가 도입되어 성분 분석 시 탄소 원자(C)와 함께 질소 원자(N) 및 산소 원자(O)를 일정 비율로 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에 따른 탄소 나노점을 대상으로 X선 광전자 분광(XPS)을 통한 성분 분석 시, 탄소 원자(C), 산소 원자(O) 및 질소 원자(N)를 각각 64±5 at%, 20±5 at% 및 16±5 at%의 비율로 포함할 수 있다.In addition, the carbon nano-dots are doped with nitrogen atoms (N), and an amide group (-C(O)NH 2 ) is introduced to the surface, and nitrogen atoms (N) and oxygen atoms ( O) may be included in a certain ratio. Specifically, when analyzing components through X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) targeting carbon nanodots according to the present invention, carbon atoms (C), oxygen atoms (O), and nitrogen atoms (N) are each 64±5 at% , 20±5 at% and 16±5 at%.

또한, 상기 탄소 나노점은 내부에 질소 원자(N)가 도핑되고, 표면에 아마이드기(-C(O)NH2)가 도입되어, X선 광전자 분광(XPS) 및/또는 푸리에 변환 적외선 분광(FT-IR) 분석 시 특정 피크를 가질 수 있다.In addition, the carbon nano dot is doped with a nitrogen atom (N) therein, an amide group (-C(O)NH 2 ) is introduced to the surface, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and/or Fourier transform infrared spectroscopy ( FT-IR) analysis may have a specific peak.

하나의 예로서, 상기 탄소 나노점은 X선 광전자 분광(XPS) 측정 시 질소(N)가 도핑됨을 나타내는 피리딜(C-(NH)-C) 및 피롤(C-(NH)-C) 결합 피크와 표면에 아마이드기가 도입됨을 나타내는 아마이드 (C(=O)NH-) 결합 피크를 399.0±0.5 eV 및 400.7±0.5 eV에서 나타낼 수 있다.As an example, the carbon nano-dots are pyridyl (C-(NH)-C) and pyrrole (C-(NH)-C) bonds indicating that nitrogen (N) is doped during X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements. The amide (C(=O)NH-) binding peak indicating the introduction of an amide group to the peak and the surface can be represented at 399.0±0.5 eV and 400.7±0.5 eV.

다른 하나의 예로서, 상기 탄소 나노점은 푸리에 변환 적외선 분광(FT-IR) 측정 시, 3246±1.0 cm-1에서 N-H 결합의 신장 진동 피크; 1570±1.0 cm-1 및 1658±1.0 cm-1에서 각각 C(=O)-NH2 결합 (아마이드 결합)의 굽힘 진동 피크; 1400±1.0 cm-1에서 C-N 결합의 피크; 및 600~900 cm-1에서 NH2 결합의 흔들림 밴딩 피크를 가질 수 있다.As another example, the carbon nano-dots are measured by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), elongation vibration peak of NH bond at 3246±1.0 cm −1 ; Bending vibration peaks of C(=O)-NH 2 bonds (amide bonds) at 1570±1.0 cm −1 and 1658±1.0 cm −1 respectively; Peak of CN binding at 1400±1.0 cm −1 ; And a shaking banding peak of the NH 2 bond at 600-900 cm −1 .

본 발명의 탄소 나노점은 질소 원자(N)가 내부에 도핑되고, 방향족 나이트로 화합물과 반응하는 관능기로서 아마이드기(-C(O)NH2)가 표면에 도입된 구조를 가짐으로써 극소량의 방향족 나이트로 화합물도 효과적으로 검출하는 이점이 있다.The carbon nano dot of the present invention has a structure in which a nitrogen atom (N) is doped therein and an amide group (-C(O)NH 2 ) is introduced into the surface as a functional group that reacts with an aromatic nitro compound, and thus a very small amount of aromatics The nitro compound also has an advantage of effectively detecting.

아울러, 본 발명에 따른 탄소 나노점은 표면에 아마이드기(-C(O)NH2)와 함께 하이드록시(-OH), 카르복실기(-COOH) 및 아미노기(-NR2, -NHR, -NH2 등) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 탄소 나노점의 표면에 도입되는 하이드록시(-OH) 및/또는 카르복실기(-COOH)는 탄소 나노점 제조 시 사용되는 탄소 공급원인 피로멜리트산으로부터 유도되는 관능기로서 탄소 나노점의 친수성을 향상시키는 기능을 할 수 있다.In addition, the carbon nano-dots according to the present invention are hydroxy (-OH), carboxyl (-COOH) and amino groups (-NR 2 , -NHR, -NH 2 ) with an amide group (-C(O)NH 2 ) on the surface. Etc.) may be further included. Hydroxy (-OH) and/or carboxyl groups (-COOH) introduced on the surface of the carbon nano-dots are functional groups derived from pyromellitic acid, a carbon source used in the production of carbon nano-dots, to improve the hydrophilicity of the carbon nano-dots. can do.

나아가, 본 발명에 따른 탄소 나노점은 UV-vis 흡광도 측정 시 400 내지 650㎚ 파장 범위에서 410㎚ 내지 430㎚에서 흡수극대를 갖고,Furthermore, the carbon nano dot according to the present invention has an absorption maximum at 410 nm to 430 nm in a wavelength range of 400 to 650 nm when measuring UV-vis absorbance,

광 루미네선스(PL) 측정 시 400 내지 740 nm 파장 범위에서 475 내지 495 nm에서 형광 방출 극대를 가질 수 있다.When measuring light luminescence (PL), it may have a fluorescence emission maximum at 475 to 495 nm in a wavelength range of 400 to 740 nm.

보다 구체적으로, 상기 탄소 나노점은 UV-vis 흡광도 측정 시 400 내지 650㎚ 파장 범위에서 410㎚ 내지 425㎚, 410㎚ 내지 420㎚, 410㎚ 내지 417㎚, 413㎚ 내지 430㎚, 413㎚ 내지 425㎚, 411㎚ 내지 420㎚ 또는 412㎚ 내지 418㎚에서 흡수 극대를 가질 수 있다. 아울러, 상기 탄소 나노점은 광 루미네선스(PL) 측정 시 400 내지 740 nm 파장 범위에서 475 내지 490 nm, 475 내지 485 nm, 480 내지 495 nm, 480 내지 490 nm, 또는 482 내지 486 nm에서 형광 방출 극대를 가져 청록색(cyan)의 광을 방출할 수 있다.More specifically, the carbon nano-dots are 410 nm to 425 nm, 410 nm to 420 nm, 410 nm to 417 nm, 413 nm to 430 nm, 413 nm to 425 in the 400 to 650 nm wavelength range when measuring UV-vis absorbance. It may have an absorption maximum in nm, 411 nm to 420 nm, or 412 nm to 418 nm. In addition, the carbon nano-dots fluorescence at 475 to 490 nm, 475 to 485 nm, 480 to 495 nm, 480 to 490 nm, or 482 to 486 nm in the wavelength range of 400 to 740 nm when measuring photoluminescence (PL) It has a maximum emission and can emit cyan light.

종래, 당업계에 알려진 탄소 나노점들은 낮은 조직 침투와 높은 광 손상의 부작용을 유도하는 410 nm 이하, 구체적으로는 400nm 이하 파장의 자외선(UV)에 의해 여기되고, 청색(blue) 광을 방출하는 특징을 갖는다. 그러나, 본 발명의 탄소 나노점은 질소(N)가 도핑되고 표면에 아마이드기를 포함하여 410 nm 이상의 가시광 영역에서 여기 가능하고, 청록색(cyan) 광을 방출하므로 사용 시 인체에 안전한 이점이 있다.Conventionally, carbon nanodots known in the art are excited by ultraviolet (UV) light having a wavelength of 410 nm or less, specifically 400 nm or less, which induces side effects of low tissue penetration and high light damage, and emit blue light. It has characteristics. However, the carbon nano-dots of the present invention are doped with nitrogen (N) and are excitable in a visible light region of 410 nm or more, including an amide group on the surface, and emit blue-green light.

또한, 상기 탄소 나노점은 70% 이상의 높은 양자 수율을 가질 수 있으며, 구체적으로는 70% 내지 85%, 70% 내지 80%, 72% 내지 78%, 74% 내지 84%, 또는 73% 내지 76%의 양자 수율을 가질 수 있다.In addition, the carbon nano-dots may have a high quantum yield of 70% or more, specifically 70% to 85%, 70% to 80%, 72% to 78%, 74% to 84%, or 73% to 76 %.

아울러, 상기 탄소 나노점은 표면에 이온성 관능기를 전체 관능기의 5% 미만, 또는 2% 미만으로 함유하거나, 경우에 따라서는 함유하지 않아 넓은 pH 범위 및 0.01M 내지 2M 이상의 높은 이온 농도 환경에서도 안정적으로 형광 방출을 할 수 있다.In addition, the carbon nano-dots contain less than 5% or less than 2% of the total functional groups on the surface, or in some cases, do not contain it, so they are stable in a wide pH range and high ion concentration environment of 0.01M to 2M or more. Fluorescence emission is possible.

탄소 나노점의 제조방법Manufacturing method of carbon nano dots

또한, 본 발명은 일실시예에서,In addition, the present invention in one embodiment,

피로멜리트산과 알킬렌디아민 화합물을 포함하는 혼합용액의 수열반응을 수행하여 질소가 도핑된 탄소 나노점을 제조하는 단계를 포함하고,Comprising the step of performing a hydrothermal reaction of a mixed solution containing a pyromellitic acid and an alkylenediamine compound to prepare a carbon nano dot doped with nitrogen,

상기 탄소 나노점은 질소가 도핑되며 표면에 아마이드기를 포함하는 탄소 나노점의 제조방법을 제공한다.The carbon nano-dots are doped with nitrogen and provide a method for producing carbon nano-dots containing an amide group on the surface.

본 발명에 따른 탄소 나노점의 제조방법은 탄소 공급원인 피로멜리트산과 질소 공급원인 알킬렌디아민 화합물을 포함하는 혼합용액의 수열반응을 통하여 수행될 수 있으며, 이에 따라 제조되는 탄소 나노점은 질소가 도핑되고 표면에 아마이드기를 포함할 수 있다. 구체적으로 도 1을 참고하면, 피로멜리트산은 벤젠 고리를 중심으로 4개의 카르복실기를 포함하는데, 이러한 피로멜리트산과 2개의 아민기를 갖는 알킬렌디아민 화합물을 혼합하고 수열반응을 수행할 경우 알킬렌디아민 화합물의 아민기(-NH2)는 피로멜리트산의 카르복실기(-COOH)가 탈수되는 염기 촉매로 작용함과 동시에 피로멜리트산이 구현하는 그래핀 구조체에 자체적으로 삽입되어 탈수소될 수 있으며, 피로멜리트산의 카르복실기와의 아마이드 반응을 통해 아마이드기를 형성할 수 있다. 그 후, 상기 그래핀 구조체는 분자 내 탈수소 반응이 추가적으로 수행되어 피리딘 고리, 피롤 고리, 피롤리딘 고리, 피페리딘 고리 등의 헤테로 고리를 형성함과 동시에 탄소 나노점 내부의 분자간 상호 작용을 통해 아미노기나, 피리딘기/피롤기의 질소(N)가 그래핀 구조체의 탄소(C)에 부분적으로 도핑되며, 이렇게 형성된 그래핀 구조체는 방향족화 및/또는 탄소화 공정을 통해 코어로서 응축될 수 있다.The method for producing carbon nanodots according to the present invention can be performed through a hydrothermal reaction of a mixed solution containing pyromellitic acid as a carbon source and an alkylenediamine compound as a nitrogen source, and the carbon nanodots prepared accordingly contain nitrogen. Doped and may include amide groups on the surface. Referring specifically to FIG. 1, pyromellitic acid includes four carboxyl groups centered on a benzene ring. When pyromellitic acid and an alkylenediamine compound having two amine groups are mixed and hydrothermal reaction is performed, alkylenediamine The amine group (-NH 2 ) of the compound acts as a base catalyst in which the carboxyl group (-COOH) of pyromellitic acid is dehydrated, and can be dehydrogenated by being self-inserted into the graphene structure realized by pyromellitic acid. An amide group can be formed through an amide reaction with a carboxyl group of the acid. Subsequently, the graphene structure further undergoes an intramolecular dehydrogenation reaction to form heterocycles such as a pyridine ring, pyrrole ring, pyrrolidine ring, and piperidine ring, and at the same time through intermolecular interactions inside the carbon nanodots. Nitrogen (N) of an amino group or a pyridine group/pyrrole group is partially doped with carbon (C) of the graphene structure, and the graphene structure thus formed may be condensed as a core through an aromatization and/or carbonization process. .

이때, 상기 알킬렌디아민 화합물은 제조된 탄소 나노점에 적정량의 아마이드기를 형성할 수 있도록 피로멜리트산과 특정 함량으로 혼합될 수 있다. 구체적으로, 상기 알킬렌디아민 화합물은 피로멜리트산 100 몰부에 대하여 100 내지 1,000 몰부로 혼합될 수 있고, 구체적으로는 피로멜리트산 100 몰부에 대하여 150 내지 900 몰부, 200 내지 800 몰부, 150 내지 600 몰부, 200 내지 500 몰부, 200 내지 300 몰부, 150 내지 450 몰부, 300 내지 1,000 몰부, 500 내지 1,000 몰부, 700 내지 1,000 몰부, 250 내지 800 몰부, 300 내지 600 몰부, 300 내지 500 몰부 300 내지 400 몰부 또는 350 내지 450 몰부로 혼합될 수 있다.At this time, the alkylenediamine compound may be mixed with pyromellitic acid in a specific content so as to form an appropriate amount of amide groups at the prepared carbon nanodots. Specifically, the alkylenediamine compound may be mixed in an amount of 100 to 1,000 mol parts with respect to 100 mol parts of pyromellitic acid, specifically 150 to 900 mol parts, 200 to 800 mol parts, and 150 to 600 mol parts with respect to 100 mol parts of pyromellitic acid , 200 to 500 moles, 200 to 300 moles, 150 to 450 moles, 300 to 1,000 moles, 500 to 1,000 moles, 700 to 1,000 moles, 250 to 800 moles, 300 to 600 moles, 300 to 500 moles 300 to 400 moles, or It may be mixed at 350 to 450 molar parts.

또한, 상기 피로멜리트산 및 알킬렌디아민 화합물을 포함하는 혼합물은 용매로서 증류수, N-메틸피롤리돈(N-MP), 디메틸설폭사이드(DMSO), 테트라하이드로퓨란 (THF) 등을 포함할 수 있으며, 수열반응의 온도는 용매의 끓는점 이상의 온도에서 수행될 수 있다. 하나의 예로서, 본 발명에 따른 탄소 나노점의 제조방법은 피로멜리트산 및 알킬렌디아민 화합물을 증류수에 용해시킨 후 100℃ 이상, 150℃ 이상, 또는 200±5℃의 온도에서 수열반응을 수행할 수 있다.In addition, the mixture comprising the pyromellitic acid and the alkylenediamine compound may include distilled water, N-methylpyrrolidone (N-MP), dimethyl sulfoxide (DMSO), tetrahydrofuran (THF), etc. as a solvent. In addition, the temperature of the hydrothermal reaction can be carried out at a temperature above the boiling point of the solvent. As one example, the method for preparing carbon nanodots according to the present invention performs a hydrothermal reaction at a temperature of 100°C or higher, 150°C or higher, or 200±5°C after dissolving pyromellitic acid and an alkylenediamine compound in distilled water. can do.

아울러, 상기 수열반응은 피로멜리트산의 카르복실기(-COOH)와 알킬렌디아민 화합물의 아민기(-NH2)가 반응하기에 충분한 시간 동안 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 수열반응은 1시간 내지 10시간 동안 수행될 수 있고, 보다 구체적으로는 1시간 내지 8시간, 1시간 내지 6시간, 1시간 내지 4시간, 2시간 내지 10시간, 4시간 내지 10시간, 6시간 내지 10시간, 3시간 내지 8시간, 4시간 내지 8시간 또는 5시간 내지 7시간 동안 수행될 수 있다.In addition, the hydrothermal reaction may be performed for a time sufficient for the carboxyl group (-COOH) of pyromellitic acid and the amine group (-NH 2 ) of the alkylenediamine compound to react. Specifically, the hydrothermal reaction may be performed for 1 hour to 10 hours, more specifically 1 hour to 8 hours, 1 hour to 6 hours, 1 hour to 4 hours, 2 hours to 10 hours, 4 hours to 10 hours Hours, 6 hours to 10 hours, 3 hours to 8 hours, 4 hours to 8 hours, or 5 hours to 7 hours.

본 발명에 따른 탄소 나노점의 제조방법은 탄소 공급원으로서 카르복실기를 4개 이상 포함하는 피로멜리트산과 질소 공급원인 알킬렌디아민 화합물의 수열반응을 이용함으로써 간단한 공정으로 질소(N)가 도핑되고 아마이드기가 도입된 탄소 나노점을 쉽게 제조할 수 있을 뿐만 아니라 경제적이고, 초음파 조사기와 같은 별도의 장비가 요구되지 않으며, 용매로서 물을 사용할 수 있으므로 친환경적인 이점이 있다.The method for producing carbon nanodots according to the present invention uses a hydrothermal reaction of pyromellitic acid containing four or more carboxyl groups as a carbon source and an alkylenediamine compound as a nitrogen source, and nitrogen (N) is doped in a simple process and the amide group In addition, it is not only easy to manufacture the introduced carbon nanodots, it is also economical, and does not require a separate equipment such as an ultrasonic irradiator, and can use water as a solvent, thereby providing an environmentally friendly advantage.

방향족 나이트로 화합물의 검출방법Aromatic nitro compound detection method

또한, 본 발명은 일실시예에서,In addition, the present invention in one embodiment,

본 발명에 따른 형광센서와 방향족 나이트로 화합물을 접촉시켜 표면에 결합시키는 단계; 및Bonding the fluorescent sensor according to the present invention and an aromatic nitro compound to the surface; And

방향족 나이트로 화합물이 결합된 형광센서에 광 조사하는 단계를 포함하는 방향족 나이트로 화합물의 검출방법을 제공한다.It provides a method for detecting an aromatic nitro compound comprising the step of irradiating light to a fluorescent sensor coupled to the aromatic nitro compound.

본 발명에 따른 방향족 나이트로 화합물의 검출방법은 질소(N)가 도핑되고 표면에 아마이드기를 갖는 상술된 탄소 나노점을 이용함으로써 용액 내에 존재하는 방향족 나이트로 화합물을 높은 감도 및 선택성로 신속하게 검출할 수 있는 이점이 있다.The method for detecting an aromatic nitro compound according to the present invention can rapidly detect an aromatic nitro compound present in a solution with high sensitivity and selectivity by using the above-described carbon nano-dots doped with nitrogen (N) and having an amide group on the surface. There is an advantage.

구체적으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 탄소 나노점은 방향족 나이트로 화합물, 예를 들어 4-나이트로페놀(4-NP)과 접하는 경우 표면에 존재하는 2개의 아마이드기(-C(=O)-NH2)와 4-나이트로페놀의 하이드록시기 반응하여 양전하를 갖는 스파이로 사이클릭 마이젠하이머 복합체(spiro cyclic Meisenheimer complex)를 형성하게 되는데, 이때 나이트로기의 음전하는 사이클로헥사디엔 고리를 통해 비편재화될 수 있으며, 이를 통하여 양전하는 이미늄기에 분포될 수 있다. 이러한 나이트로기의 비편재화는 스파이로 사이클릭 마이젠하이머 복합체를 통해 탄소 나노점을 안정화시키므로 탄소 나노점의 형광 퀀칭(quenching)을 유도하는 에너지 전달 과정을 향상시킬 수 있다. 즉, 상기 탄소 나노점은 방향족 나이트로 화합물과 반응하는 경우 에너지 전달이 용이한 안정적인 구조를 가져 여기된 탄소 나노점의 형광 발광이 억제되므로, 이를 통해 방향족 나이트로 화합물의 존재 여부를 확인할 수 있다.Specifically, as shown in FIG. 2, the carbon nanodots according to the present invention are two amide groups present on the surface when they are in contact with an aromatic nitro compound, for example 4-nitrophenol (4-NP) (- C(=O)-NH 2 ) reacts with a hydroxy group of 4-nitrophenol to form a spiro cyclic Meisenheimer complex with a positive charge, where the negative charge of the nitro group is a cycle. It may be delocalized through the hexadiene ring, and through this, the positive charge may be distributed over the iminium group. The delocalization of the nitro group stabilizes the carbon nanodots through the spiro cyclic Meizenheimer complex, thereby improving the energy transfer process that induces fluorescence quenching of the carbon nanodots. That is, when the carbon nano-dots react with the aromatic nitro compound, since the fluorescence emission of the excited carbon nano-dots is suppressed by having a stable structure for easy energy transfer, it is possible to confirm the presence of the aromatic nitro compound.

여기서, 상기 검출 방법은 방향족 나이트로 화합물을 검출하기 위하여, 혼합용액 내 탄소 나노점에 특정 파장의 광을 조사할 수 있으며, 이때 상기 특정 파장의 광은 380 내지 450 nm 파장 범위의 광일 수 있다. 보다 구체적으로, 혼합용액 내 탄소 나노점에 조사되는 광은 410㎚ 내지 425㎚, 410㎚ 내지 420㎚, 410㎚ 내지 417㎚, 413㎚ 내지 430㎚, 413㎚ 내지 425㎚, 411㎚ 내지 420㎚ 또는 412㎚ 내지 418㎚의 파장을 갖는 광일 수 있다.Here, in order to detect the aromatic nitro compound, the detection method may irradiate light of a specific wavelength to the carbon nano-dots in the mixed solution, wherein the light of the specific wavelength may be light in a wavelength range of 380 to 450 nm. More specifically, the light irradiated to the carbon nano-dots in the mixed solution is 410 nm to 425 nm, 410 nm to 420 nm, 410 nm to 417 nm, 413 nm to 430 nm, 413 nm to 425 nm, 411 nm to 420 nm Or it may be light having a wavelength of 412 nm to 418 nm.

한편, 상기 탄소 나노점은 방향족 나이트로 화합물과 1 μM 내지 1 mM의 농도로 혼합될 수 있고, 구체적으로는 1 μM 내지 800 μM, 1 μM 내지 600 μM, 1 μM 내지 500 μM, 1 μM 내지 300 μM, 1 μM 내지 100 μM, 100 μM 내지 1 mM, 200 μM 내지 1 mM, 400 μM 내지 1 mM, 600 μM 내지 1 mM, 800 μM 내지 1 mM, 10 μM 내지 500 μM, 10 μM 내지 250 μM, 10 μM 내지 100 μM, 10 μM 내지 80 μM, 10 μM 내지 60 μM, 10 μM 내지 50 μM 또는 10 μM 내지 30 μM로 혼합될 수 있다.On the other hand, the carbon nano-dots may be mixed with the aromatic nitro compound at a concentration of 1 μM to 1 mM, specifically 1 μM to 800 μM, 1 μM to 600 μM, 1 μM to 500 μM, 1 μM to 300 μM, 1 μM to 100 μM, 100 μM to 1 mM, 200 μM to 1 mM, 400 μM to 1 mM, 600 μM to 1 mM, 800 μM to 1 mM, 10 μM to 500 μM, 10 μM to 250 μM, 10 μM to 100 μM, 10 μM to 80 μM, 10 μM to 60 μM, 10 μM to 50 μM or 10 μM to 30 μM.

또한, 상기 방향족 나이트로 화합물은 탄소 나노점과의 혼합 시 용액 상태로 혼합될 수 있다. 하나의 예로서, 상기 방향족 나이트로 화합물은 물에 용해된 상태일 수 있다. Further, the aromatic nitro compound may be mixed in a solution state when mixed with carbon nanodots. As one example, the aromatic nitro compound may be dissolved in water.

아울러, 상기 방향족 나이트로 화합물은 탄소 나노점과 혼합된 용액 내 농도가 특별히 제한되는 것은 아니나 탄소 나노점의 농도가 20㎍/㎖ 인 경우 15 nM 이상일 수 있으며, 구체적으로는 20 nM 이상, 100 nM 이상, 또는 15 nM 내지 200μM일 수 있다. 일반적으로 방향족 나이트로 화합물, 특히 모노 나이트로페놀의 경우 물에 대한 용해도가 우수하므로 수중에 소량 존재할 경우 그 검출이 어려운 한계가 있다. 그러나, 본 발명에 따른 방향족 나이트로 화합물의 검출 방법은 방향족 나이트로 화합물에 대한 검출능이 현저히 우수하여 검출 한계 농도가 17 nM인 본 발명의 탄소 나노점을 사용함으로써 수중에 극소량 존재하는 방향족 나이트로 화합물도 용이하게 검출할 수 있다.In addition, the concentration of the aromatic nitro compound in the solution mixed with the carbon nano-dots is not particularly limited, but may be 15 nM or higher when the concentration of the carbon nano-dots is 20 μg/ml, specifically 20 nM or higher, 100 nM Or 15 nM to 200 μM. In general, an aromatic nitro compound, especially mono nitrophenol, has excellent solubility in water, and thus, when it is present in a small amount in water, its detection is difficult. However, in the method for detecting an aromatic nitro compound according to the present invention, the detection ability for the aromatic nitro compound is remarkably excellent, and thus, an aromatic nitro compound present in a very small amount in water by using the carbon nano dot of the present invention having a detection limit concentration of 17 nM It can also be easily detected.

나아가, 상기 방향족 나이트로 화합물은 방향족 고리에 1이상의 나이트로기와 탄소 나노점의 아마이드기와 반응할 1개 이상의 하이드록시기를 포함하는 화합물이라면 특별히 제한되지 않고 포함될 수 있다. 구체적으로, 상기 방향족 나이트로 화합물로는 예를 들어, 2-나이트로페놀, 3-나이트로페놀, 4-나이트로페놀, 피크린산(picric acid) 등의 화합물을 포함할 수 있다.Furthermore, the aromatic nitro compound may be included without particular limitation as long as it is a compound containing at least one nitro group in the aromatic ring and at least one hydroxyl group that will react with an amide group of a carbon nanodot. Specifically, the aromatic nitro compound may include, for example, 2-nitrophenol, 3-nitrophenol, 4-nitrophenol, picric acid, and other compounds.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail by examples and experimental examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.However, the following examples and experimental examples are merely illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the following examples and experimental examples.

실시예 1 내지 5.Examples 1 to 5.

피로멜리트산 (1 mmol)과 에틸렌디아민을 증류수 5 ㎖에 첨가하고, 균일하게 용해되어 맑은 용액 상태가 될 때까지 교반하였다. 이때, 상기 에틸렌디아민의 사용량은 하기 표 1과 같이 조절되었다. 그 후, 혼합용액을 테프론으로 라이닝된 스테인레스 스틸 오토 클레이브로 옮기고, 밀폐시킨 다음, 실리콘 머플노에 넣고 200±2℃에서 6시간 동안 반응시켰다. 반응이 완료되면 혼합용액(색: 황록색)을 상온으로 냉각시키고, 에탄올로 세척한 후 9,000 rpm으로 15분 동안 원심분리하였다. 원심분리된 고체를 수집하여 탄소 나노점을 얻었다.Pyromelitic acid (1 mmol) and ethylenediamine were added to 5 ml of distilled water, and stirred until uniformly dissolved to a clear solution. At this time, the amount of the ethylenediamine was adjusted as shown in Table 1 below. Thereafter, the mixed solution was transferred to a stainless steel autoclave lined with Teflon, sealed, and then placed in a silicone muffle furnace and reacted at 200±2° C. for 6 hours. When the reaction was completed, the mixed solution (color: yellow-green) was cooled to room temperature, washed with ethanol, and centrifuged at 9,000 rpm for 15 minutes. The centrifuged solid was collected to obtain carbon nanodots.

에틸렌디아민의 사용량The amount of ethylenediamine used 실시예 1Example 1 0.5 mmol0.5 mmol 실시예 2Example 2 1.0 mmol1.0 mmol 실시예 3Example 3 2.0 mmol2.0 mmol 실시예 4Example 4 4.0 mmol4.0 mmol 실시예 5Example 5 8.0 mmol8.0 mmol

비교예 1.Comparative Example 1.

상기 실시예 4에서 피로멜리트산 대신 시트르산(citric acid)을 사용하는 것을 제외하고 실시예 4와 동일한 방법으로 수행하여 탄소 나노점을 얻었다.Carbon nanodots were obtained in the same manner as in Example 4, except that citric acid was used in Example 4 instead of pyromellitic acid.

실험예 1.Experimental Example 1.

본 발명에 따른 탄소 나노점의 성분 및 구조를 확인하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.The following experiments were performed to confirm the composition and structure of the carbon nanodots according to the present invention.

가) 투과 전자 현미경(TEM) 측정A) Transmission electron microscope (TEM) measurement

실시예 4에서 제조된 탄소 나노점을 증류수에 분산시킨 후 트롭 캐스팅하여 샘플을 제조하고, 준비된 샘플을 대상으로 투과전자현미경(TEM) 촬영을 수행하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.After dispersing the carbon nano-dots prepared in Example 4 in distilled water, a sample was prepared by trap casting, and a transmission electron microscope (TEM) was performed on the prepared sample. The results are shown in FIG. 3.

도 3을 살펴보면, 실시예 4에서 제조된 탄소 나노점은 구형의 입자로서 2.8nm 내지 6.4nm의 평균 입도를 갖고, 4.41±0.90 nm 의 단분산도를 갖는 것을 확인할 수 있다. 아울러, 상기 탄소 나노점은 sp2 흑연 탄소(10202) 격자면의 존재와 함께 0.24±0.05 nm의 d 격자를 갖는 것으로 나타났다.Referring to FIG. 3, it can be confirmed that the carbon nanodots prepared in Example 4 are spherical particles having an average particle size of 2.8 nm to 6.4 nm, and a monodispersity of 4.41±0.90 nm. In addition, the carbon nanodots were found to have a d4 lattice of 0.24±0.05 nm with the presence of a sp2 graphite carbon (10202) lattice surface.

나) X선 광전자 분광(XPS) 측정B) X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement

실시예 4에서 제조된 탄소 나노점을 대상으로 0eV 내지 1400 eV의 결합 에너지 범위에서 X선 광전자분광(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)을 측정하고 측정된 X선 광전자 분광과 성분 분석 결과를 도 4에 나타내었다.X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) in the binding energy range of 0 eV to 1400 eV was measured for the carbon nanodots prepared in Example 4, and the measured X-ray photoelectron spectroscopy and component analysis results are shown in FIG. 4. It is shown in.

도 4를 살펴보면, 실시예 4에서 제조된 탄소 나노점은 탄소 원자(C), 질소 원자(N) 및 산소 원자(O)를 일정 함량으로 포함하고, C1s, N1s 및 O1s에 각각 해당하는 285.1±0.1 eV, 399.5±0.1 eV, 및 530.4±0.1 eV의 주요 결합 피크를 갖는 것으로 나타났다.Looking at Figure 4, the carbon nano-dots prepared in Example 4 includes a carbon atom (C), nitrogen atom (N) and oxygen atom (O) in a predetermined content, 285.1 ± corresponding to C1s, N1s and O1s, respectively It was found to have major binding peaks of 0.1 eV, 399.5±0.1 eV, and 530.4±0.1 eV.

구체적으로, 상기 탄소 나노점은 탄소 원자(C), 산소 원자(O) 및 질소 원자(N)를 각각 63.42±0.05 at%, 20.49±0.05 at% 및 16.09±0.05 at%씩 일정 비율로 포함하는 것으로 확인되었다. 또한, 284.4±0.1 eV, 285.6±0.1 eV 및 287.4±0.1 eV에서 탄소 원자(C)의 1s 결합 에너지를 나타내는 결합 피크가 관찰되었다. 상기 피크들은 각각 C-C / C=C 결합, C-N / C-O 결합 및 C=O 결합을 나타내는 결합 피크들로서 C-N 결합 에너지를 나타내는 피크이다. 아울러, 399.0±0.1 eV 및 400.7±0.1 eV에서 질소 원자(N) 의 1s 결합 에너지를 나타내는 결합 피크가 관찰되었다. 상기 피크들은 각각 피리딜(C-(NH)-C) / 아마이드 (C(=O)NH2) 결합 및 피롤(C-(NH)-C) 결합을 나타내는 결합 피크들로서, 각각 피리딜(C-(NH)-C) 및 피롤(C-(NH)-C) 결합을 나타내는 피크는 탄소 나노점에 함유된 탄소 나노점 내에 질소(N)가 도핑됨을 나타내고, 아마이드(C(=O)NH2) 결합을 나타내는 피크는 상기 탄소 나노점 표면에 아마이드기가 도입됨을 의미한다. 이와 더불어, 530.4±0.1 eV 및 531.6±0.1 eV에서 산소 원자(O)의 1s 결합 에너지를 나타내는 결합 피크들로서, 상기 피크들은 카보닐 (C=O) 결합 및 하이드록시(C-OH) / 에테르(C-O-C) 결합 에너지를 나타내는 피크이다.Specifically, the carbon nano-dots include carbon atoms (C), oxygen atoms (O), and nitrogen atoms (N) at a constant rate of 63.42±0.05 at%, 20.49±0.05 at%, and 16.09±0.05 at%, respectively. It was confirmed. In addition, binding peaks showing 1s binding energy of the carbon atom (C) were observed at 284.4±0.1 eV, 285.6±0.1 eV, and 287.4±0.1 eV. The peaks are peaks representing CN binding energy as binding peaks representing CC/C=C bond, CN/CO bond and C=O bond, respectively. In addition, binding peaks showing 1s binding energy of nitrogen atom (N) at 399.0±0.1 eV and 400.7±0.1 eV were observed. The peaks are binding peaks each showing a pyridyl (C-(NH)-C) / amide (C(=O)NH 2 ) bond and a pyrrole (C-(NH)-C) bond, respectively, pyridyl (C Peaks representing -(NH)-C) and pyrrole (C-(NH)-C) bonds indicate that nitrogen (N) is doped within carbon nanopoints contained in carbon nanodots, and amide (C(=O)NH 2 ) The peak representing the binding means that an amide group is introduced to the surface of the carbon nanodot. In addition, as the binding peaks showing the 1s binding energy of the oxygen atom (O) at 530.4±0.1 eV and 531.6±0.1 eV, the peaks are carbonyl (C=O) bond and hydroxy (C-OH)/ether ( COC) It is a peak showing the binding energy.

상기 피크들로부터, 탄소 나노점 내에는 질소(N)가 도핑되었으며, 표면에는 아마이드기, 하이드록시, 카르복실기 및 아미노기가 존재함을 알 수 있다.From the peaks, it can be seen that nitrogen (N) was doped in the carbon nanodots, and amide, hydroxy, carboxyl, and amino groups were present on the surface.

다) 푸리에 변환 적외선 분광(FT-IR) 측정C) Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) measurement

실시예 4의 탄소 나노점을 대상으로 KBr 펠렛을 각각 제조한 후 1,000 내지 4,000㎝-1의 주파수 범위에서 푸리에 변환-적외선 분광(FT-IR) 분석을 수행하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.After preparing KBr pellets for the carbon nanodots of Example 4, a Fourier transform-infrared spectroscopy (FT-IR) analysis was performed in a frequency range of 1,000 to 4,000 cm -1 . The results are shown in FIG. 5.

도 5를 살펴보면, 실시예 4의 탄소 나노점은 3035±0.5 cm-1 및 3246±0.5 cm-1에서 O-H 결합과 N-H 결합의 신장 진동 피크를 나타내고, 동시에 2945±0.5 cm-1 및 2874±0.5 cm-1에서 C-H 결합의 스트레칭 진동 피크와 1570±0.5 cm-1 및 1658±0.5 cm-1에서 각각 C(=O)-NH2 결합 (아마이드 결합)의 굽힘 진동 피크를 나타내는 것으로 확인되었다. 또한, 상기 탄소 나노점은 1400±0.5 cm-1에서 C-N 결합과 C=O 결합을 나타내는 피크를 가지며, 1175±0.5 cm-1 및 600~900 cm-1에서 각각 C-O-C 결합의 대칭 밴딩 피크 및 NH2 결합의 흔들림 밴딩 피크를 갖는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, the carbon nano-dots of Example 4 show elongation vibration peaks of OH bonds and NH bonds at 3035±0.5 cm −1 and 3246±0.5 cm −1 , and at the same time, 2945±0.5 cm −1 and 2874±0.5. in cm -1 was confirmed that each showing a bending vibration peak of the C (= O) 2 -NH bond (amide bond) in the stretching vibration peak and 1570 ± 0.5 ± 0.5 cm -1 and 1658 cm -1 of the CH bond. In addition, the carbon nano-dots have peaks representing CN bonds and C=O bonds at 1400±0.5 cm -1 , symmetric banding peaks and NH of COC bonds at 1175±0.5 cm -1 and 600 to 900 cm -1 , respectively. It can be seen that it has a shaking banding peak of 2 bonds.

이러한 결과는 상기 탄소 나노점은 내부에 질소 원자(N)가 도핑되고, 동시에 표면에 아마이드기, 하이드록시, 카르복실기 및 아미노기가 존재함을 의미한다.These results indicate that the carbon nanodots are doped with nitrogen atoms (N) therein, and at the same time, there are amide groups, hydroxy groups, carboxyl groups, and amino groups on the surface.

실험예 2.Experimental Example 2.

본 발명에 따른 탄소 나노점의 방향족 나이트로 화합물 검출 성능을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.To evaluate the performance of detecting the aromatic nitro compound of the carbon nanodots according to the present invention, the following experiment was performed.

가) 광학적 특성 평가A) Evaluation of optical properties

실시예 1 내지 5와 비교예 1에서 얻은 탄소 나노점을 각각 0.05M의 알칼리성 보레이트 완충용액 (pH: 9.0)에 20㎍/㎖의 농도로 희석하여 샘플을 준비하였다. 준비된 샘플을 UV-Vis 분광기에 장착하고, 250nm 내지 700nm 파장 범위에서의 흡광도를 측정하였다. 그런 다음, 샘플에 350 내지 450nm 파장 범위의 광을 조사하여 샘플의 여기 피크(exciting peak)와 방출 피크(emission peak)를 측정하였으며, 그 결과는 도 6에 나타내었다. 또한, 상기 탄소 나노점의 양자 수율을 확인하기 위하여, 415 nm 파장 조건에서의 퀴닌(quinine)이 용해된 1M의 황산 용액에 대한 양자 수율을 대조군으로 측정하였으며, 측정된 값을 기준으로 실시예 및 비교예에서 얻은 탄소 나노점의 양자 수율을 표 2에 비교하였다.Samples were prepared by diluting the carbon nanodots obtained in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 in a concentration of 20 µg/ml in a 0.05M alkaline borate buffer solution (pH: 9.0), respectively. The prepared sample was mounted on a UV-Vis spectrometer, and absorbance was measured in a wavelength range of 250 nm to 700 nm. Then, the sample was irradiated with light in a wavelength range of 350 to 450 nm to measure the exciting peak and emission peak of the sample, and the results are shown in FIG. 6. In addition, in order to confirm the quantum yield of the carbon nano-dots, the quantum yield for 1M sulfuric acid solution in which quinine was dissolved at a wavelength condition of 415 nm was measured as a control, and examples and The quantum yield of the carbon nanodots obtained in the comparative example was compared to Table 2.

그 결과, 도 6을 살펴보면, 본 발명에 따른 탄소 나노점은 415±0.5 nm 파장의 광에서 여기하여 484±0.5 nm 파장의 광을 방출하는 것으로 나타났으며, 양자 수율이 우수한 것으로 확인되었다.As a result, referring to FIG. 6, the carbon nanodots according to the present invention were found to emit light at a wavelength of 484±0.5 nm by excitation in light at a wavelength of 415±0.5 nm, and it was confirmed that the quantum yield was excellent.

구체적으로, 실시예 4에서 얻은 탄소 나노점은 350 내지 450nm 파장 범위의 광을 조사하는 경우 415±0.5 nm과 430±0.5 nm 파장에서 여기하는 것으로 확인되었다. 이는 탄소 나노점 대한 250~700 nm 파장 범위에서의 흡광도와 일치하였다. 또한, 상기 탄소 나노점은 350 nm에서 450nm으로 파장이 증가하여도 484±0.5 nm에서 일정하게 청록색(cyan)의 광을 방출하였다. 이와 비교하여, 비교예 1에서 얻은 탄소 나노점은 360±0.5 nm 파장의 광에서 여기하여 445±0.5 nm 파장에서 청색(blue)의 광을 방출하는 것으로 나타났다.Specifically, the carbon nanodots obtained in Example 4 were confirmed to be excited at 415±0.5 nm and 430±0.5 nm wavelengths when irradiating light in a wavelength range of 350 to 450 nm. This was consistent with the absorbance in the 250-700 nm wavelength range for the carbon nanodots. In addition, the carbon nano-dots constantly emit blue-green light at 484±0.5 nm even when the wavelength increases from 350 nm to 450 nm. In comparison, the carbon nanodots obtained in Comparative Example 1 were excited by light at a wavelength of 360±0.5 nm, and emitted blue light at a wavelength of 445±0.5 nm.

이는 실시예 4에서 얻은 탄소 나노점의 순도가 높을 뿐만 아니라, 탄소 나노점의 균일하고 작은 크기와 탄소들의 sp2 클러스터에 기인하며, 탄소 코어와 표면 또는 분자 상태의 상승 효과(synergy effect)에 의해 구현됨을 나타낸다.This is not only due to the high purity of the carbon nanodots obtained in Example 4, but also due to the uniform and small size of the carbon nanodots and sp2 clusters of carbons, and realized by the synergy effect of the carbon core and the surface or molecular state. Indicates

또한, 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 실시예 4의 탄소 나노점은 양자 수율이 우수한 것으로 확인되었다.In addition, as shown in Table 2, the carbon nanodots of Example 4 were confirmed to have excellent quantum yield.

양자 수율 [%]Quantum yield [%] 대조군Control 54.0±254.0±2 실시예 1Example 1 62.0±262.0±2 실시예 2Example 2 66.0±266.0±2 실시예 3Example 3 70.0±270.0±2 실시예 4Example 4 75.0±275.0±2 실시예 5Example 5 72.0±272.0±2 비교예 1Comparative Example 1 66.8±266.8±2

구체적으로, 실시예의 탄소 나노점들은 양자 수율이 약 60% 이상으로, 퀴닌 황산 용액을 사용하는 대조군과 대비하여 약 114.8% 이상의 향상된 양자 수율을 나타냈다. 특히, 제조 시 피로멜리트산 100 몰부 기준 알킬렌디아민 화합물을 200 몰부 이상 사용된 실시예 3 내지 5의 탄소 나노점들은 모두 약 70% 이상의 높은 양자 수율을 나타냈으며, 알킬렌디아민 화합물의 사용량이 증가할수록 양자 수율이 증가하다가, 피로멜리트산 100 몰부 기준 400 몰부 이상 사용되면 알킬렌디아민 화합물의 사용량 증가에도 불구하고 다시 양자 수율이 감소하는 경향을 나타냈다. 이는 피로멜리트산과 알킬렌디아민 화합물의 적정 농도에서 탄소 나노점의 생성이 최적화됨을 의미하는 것으로, 피로멜리트산과 알킬렌디아민 화합물의 농도에 따라 탄소 나노점의 생성률이 변화하고 이에 따라 양자 수율이 제어됨을 나타낸다.Specifically, the carbon nanodots of the example showed an improved quantum yield of about 114.8% or more, compared to a control using a quinine sulfate solution, with a quantum yield of about 60% or more. In particular, the carbon nanodots of Examples 3 to 5 in which 200 mol parts or more of the alkylenediamine compound based on 100 mol parts of pyromellitic acid was used at the time of production showed high quantum yield of about 70% or more, and the amount of the alkylenediamine compound used increased. The more the quantum yield increased, the more the pyromellitic acid was used in an amount of 400 mol parts or more based on 100 mol parts, the tendency of the quantum yield to decrease again despite the increase in the amount of the alkylenediamine compound. This means that the generation of carbon nano-dots is optimized at an appropriate concentration of the pyromellitic acid and the alkylenediamine compound, and the production rate of the carbon nano-dots changes according to the concentration of the pyromellitic acid and the alkylenediamine compound, and thus the quantum yield is Indicates controlled.

아울러, 탄소 공급원으로 시트르산을 사용한 비교예 1의 탄소 나노점은 대조군보다 높으나 실시예의 탄소 나노점보다는 현저히 낮은 66.8%의 양자 수율을 나타내는 것으로 확인되었다. 이는 탄소 나노점의 제조 시 사용된 탄소 공급원의 종류에 따라 탄소 나노점의 양자 수율이 조절될 수 있음을 의미한다.In addition, it was confirmed that the carbon nanodots of Comparative Example 1 using citric acid as a carbon source showed a 66.8% quantum yield higher than that of the control group but significantly lower than that of the Example. This means that the quantum yield of the carbon nanodots can be adjusted according to the type of carbon source used in the production of the carbon nanodots.

나) 방향족 나이트로 화합물에 대한 선택성 평가B) Evaluation of selectivity for aromatic nitro compounds

실시예 4에서 얻은 탄소 나노점을 0.05M의 알칼리성 보레이트 완충용액 (pH: 9.0)에 20㎍/㎖의 농도로 희석하여 희석액을 준비하였다. 그런 다음 준비된 희석액을 UV-Vis 분광기에 장착하고, 415 nm 파장의 광을 조사한 후 484 nm 파장에서의 UV-Vis 형광 방출 강도(F0)를 측정하였다. 이후, 4-나이트로페놀(4-NP), 3-나이트로페놀(3-NP), 2-나이트로페놀(2-NP), 2-나이트로아닐린, 페닐 붕소산, 아스코르브산, 카페인, 에틸렌디아민테트라아세트산(EDTA), 카테콜, 시스테인, 글루코스, 글라이신, 하이드로퀴논 및 타우린을 각각 100μM의 농도로 포함하는 시료액을 준비하고, 상온(21±2℃)에서 준비된 시료액을 탄소 나노점이 희석된 희석액에 각각 혼합하고, 3분이 경과되면 각 시료의 484±1 nm 파장에서의 UV-Vis 형광 강도(F)를 측정하였다. 측정된 값으로부터 시료액 혼합 전·후 484±1 nm 파장에서의 탄소 나노점의 발광 강도 변화 비율을 도출하였으며, 그 결과는 도 7에 나타내었다.The carbon nanodots obtained in Example 4 were diluted to a concentration of 20 μg/ml in 0.05M alkaline borate buffer solution (pH: 9.0) to prepare a diluted solution. Then, the prepared diluent was mounted on a UV-Vis spectrometer, and irradiated with light at a wavelength of 415 nm, and then measured for UV-Vis fluorescence emission intensity (F 0 ) at a wavelength of 484 nm. Then, 4-nitrophenol (4-NP), 3-nitrophenol (3-NP), 2-nitrophenol (2-NP), 2-nitroaniline, phenyl boronic acid, ascorbic acid, caffeine, Prepare a sample solution containing ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), catechol, cysteine, glucose, glycine, hydroquinone, and taurine at a concentration of 100 μM, and the sample nanoparticles prepared at room temperature (21±2°C) Each mixture was diluted with a diluted solution, and after 3 minutes, UV-Vis fluorescence intensity (F) at 484±1 nm wavelength of each sample was measured. From the measured value, the ratio of the luminescence intensity change of the carbon nano-dots at a wavelength of 484±1 nm before and after mixing the sample solution was derived, and the results are shown in FIG. 7.

그 결과, 도 7을 살펴보면, 실시예 4에서 제조된 탄소 나노점은 방향족 나이트로 화합물에서 가장 강하게 형광 퀀칭(quenching) 효과를 나타내는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 상기 탄소 나노점은 혼합 후 3분 내에 2-나이트로페놀(2- NP), 3-나이트로페놀(3-NP) 및 4-나이트로페놀(4-NP)에서 484 nm 부근에서의 탄소 나노점의 발광 피크 강도가 낮아져, F0/F 값이 증가하는 것으로 나타났다. 특히 4-나이트로페놀의 경우 탄소 나노점의 발광 피크 강도의 감소 폭이 매우 커, F0/F 값이 5 이상이고, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이 육안으로도 탄소 나노점의 발광 감소를 확인할 수 있었다. 또한, 상기 탄소 나노점은 방향족 나이트로 화합물 외에 2-나이트로 아닐린, 카테콜, 하이드로퀴논 등에서 형광 퀀칭 효과를 나타내나 그 효과는 4-나이트로페놀의 형광 퀀칭과 비교하여 다소 낮았다.As a result, referring to FIG. 7, it can be seen that the carbon nanodots prepared in Example 4 exhibit the strongest fluorescence quenching effect in the aromatic nitro compound. Specifically, the carbon nano-dots are around 484 nm in 2-nitrophenol (2-NP), 3-nitrophenol (3-NP) and 4-nitrophenol (4-NP) within 3 minutes after mixing. It was found that the emission peak intensity of the carbon nanodots of was decreased, and the F 0 /F value was increased. In particular, in the case of 4-nitrophenol, the reduction width of the emission peak intensity of the carbon nanodots is very large, and the F 0 /F value is 5 or more, and as shown in FIG. The decrease was confirmed. In addition, the carbon nano-dots exhibited a fluorescence quenching effect in 2-nitroaniline, catechol, hydroquinone, etc., in addition to the aromatic nitro compound, but the effect was somewhat lower than that of 4-nitrophenol.

이러한 결과로부터 본 발명의 탄소 나노점은 방향족 나이트로 화합물을 선택적으로 검출 가능함을 알 수 있다.From these results, it can be seen that the carbon nanodots of the present invention can selectively detect aromatic nitro compounds.

다) pH 및 이온 강도에 대한 영향성 평가C) Influence evaluation on pH and ionic strength

실시예 4에서 얻은 탄소 나노점을 완충용액에 20㎍/㎖의 농도로 희석하여 희석액을 준비하였으며, 이때 희석액의 pH를 1 내지 13으로 조절하였다. 그런 다음 준비된 희석액을 UV-Vis 분광기에 장착하고, 415 nm 파장의 광을 조사한 후 484 nm 파장에서의 UV-Vis 형광 방출 강도를 측정하였으며, 그 결과를 도 8의 (a)에 나타내었다.Diluted liquid was prepared by diluting the carbon nanodots obtained in Example 4 to a concentration of 20 μg/ml in a buffer solution, and the pH of the diluted liquid was adjusted to 1 to 13. Then, the prepared diluent was mounted on a UV-Vis spectrometer, and irradiated with light at a wavelength of 415 nm, UV-Vis fluorescence emission intensity at a wavelength of 484 nm was measured, and the results are shown in FIG. 8(a).

또한, 별도로 실시예 4에서 얻은 탄소 나노점을 0.05M의 알칼리성 보레이트 완충용액 (pH: 9.0)에 20㎍/㎖의 농도로 희석하여 희석액을 준비하고, 준비된 희석액에 염화나트륨(NaCl)을 0.01M 내지 2M이 되도록 첨가하였다. 그 후 준비된 희석액을 UV-Vis 분광기에 장착하고, 415 nm 파장의 광을 조사한 후 484 nm 파장에서의 UV-Vis 형광 방출 강도를 측정하였으며, 그 결과를 도 8의 (b)에 나타내었다.In addition, the carbon nanodots obtained in Example 4 were separately diluted to a concentration of 20 μg/ml in a 0.05M alkaline borate buffer solution (pH: 9.0) to prepare a diluent, and sodium chloride (NaCl) was added to the prepared diluent from 0.01M to It was added to 2M. Thereafter, the prepared diluent was mounted on a UV-Vis spectrometer, and irradiated with light at a wavelength of 415 nm, UV-Vis fluorescence emission intensity at a wavelength of 484 nm was measured, and the results are shown in FIG. 8(b).

도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 탄소 나노점은 넓은 범위의 pH와 이온 세기에서도 안정한 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 8, it can be seen that the carbon nanodots according to the present invention are stable even in a wide range of pH and ionic strength.

구체적으로, 도 8의 (a)를 참고하면, 실시예 4의 탄소 나노점은 pH가 4 내지 11 범위인 경우 484±1 nm 파장에서 높은 강도의 형광을 방출하는 것으로 나타났으나, 상기 범위를 벗어나는 경우(pH 1~3 및 12~13), 484±1 nm 파장에서 형광방출이 현저히 감소하는 것으로 나타났다. 또한, 상기 탄소 나노점은 pH 범위가 1~3인 경우 방출되는 광의 파장이 적색 파장으로 이동(shift)되는 것으로 나타났다. 이는 탄소 나노점 표면에 존재하는 아마이드기의 양성자화(protonation)에 의한 것으로, 상기 탄소 나노점의 형광 방출이 낮은 pH 범위에서는 영향을 받음을 의미한다.Specifically, referring to (a) of FIG. 8, the carbon nano dot of Example 4 was found to emit high intensity fluorescence at a wavelength of 484±1 nm when the pH was in the range of 4 to 11, When deviating (pH 1~3 and 12~13), fluorescence emission was significantly reduced at 484±1 nm wavelength. In addition, the carbon nano-dots were found to shift the wavelength of the emitted light to a red wavelength when the pH range is 1 to 3. This is due to protonation of the amide group present on the surface of the carbon nanodots, which means that the fluorescence emission of the carbon nanodots is affected in the low pH range.

아울러, 도 8의 (b)를 참고하면, 실시예 4의 탄소 나노점은 용액 내에 염화나트륨(NaCl)으로 인해 이온이 2M까지 증가하여도 이온 세기에 영향을 받지 않고, 484±1 nm 파장에서 높은 강도의 형광을 안정적으로 방출하는 것으로 나타났다. 이는 탄소 나노점 표면에 도입된 관능기가 이온화된 형태를 갖지 않아 높은 농도의 이온이 존재하는 가혹 조건에서도 안정적으로 형광을 방출함을 의미한다.In addition, referring to (b) of FIG. 8, the carbon nanodots of Example 4 are not affected by the ionic strength even when the ions increase to 2M due to sodium chloride (NaCl) in the solution, and are high at 484±1 nm wavelength. It has been shown to stably emit fluorescence of intensity. This means that the functional group introduced on the surface of the carbon nanodots does not have an ionized form, and thus stably emits fluorescence even under severe conditions in which a high concentration of ions is present.

라) 감광도 평가D) Sensitivity evaluation

실시예 4에서 얻은 탄소 나노점을 0.05M의 알칼리성 보레이트 완충용액 (pH: 9.0)에 20㎍/㎖의 농도로 희석하여 희석액을 준비하였다. 그런 다음 준비된 희석액을 UV-Vis 분광기에 장착하고, 415 nm 파장의 광을 조사한 후 484 nm 파장에서의 UV-Vis 형광 방출 강도(F0)를 측정하였다. 이후, 4-나이트로페놀(4-NP)을 0.1 내지 200μM의 농도로 포함하는 시료액을 각각 준비하고, 상온(21±2℃)에서 준비된 각 시료액을 탄소 나노점이 희석된 희석액에 혼합하였다. 그 후, 3분이 경과되면 시료의 484±1 nm 파장에서의 UV-Vis 형광 강도(F)를 측정하였다. 또한, 0.1~100 μM 농도 범위에서 측정된 값을 이용하여 스턴-볼머 반대수(Stern-Volmer semilog)에 기초한 얻어진 검량선을 도출하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다.The carbon nanodots obtained in Example 4 were diluted to a concentration of 20 μg/ml in 0.05M alkaline borate buffer solution (pH: 9.0) to prepare a diluted solution. Then, the prepared diluent was mounted on a UV-Vis spectrometer, and irradiated with light at a wavelength of 415 nm, and then measured for UV-Vis fluorescence emission intensity (F 0 ) at a wavelength of 484 nm. Subsequently, a sample solution containing 4-nitrophenol (4-NP) at a concentration of 0.1 to 200 μM was prepared, and each sample solution prepared at room temperature (21±2° C.) was mixed with a diluted solution diluted with carbon nanopoints. . Then, after 3 minutes, the UV-Vis fluorescence intensity (F) at a wavelength of 484±1 nm of the sample was measured. In addition, the obtained calibration curve based on the Stern-Volmer semilog was derived using values measured in the concentration range of 0.1 to 100 μM, and the results are shown in FIG. 9.

도 9를 참고하면, 본 발명에 따른 탄소 나노점은 현저히 낮은 농도의 방향족 나이트로 화합물에 대해서도 높은 검출능을 갖는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that the carbon nanodots according to the present invention have a high detection ability even for an aromatic nitro compound having a significantly low concentration.

구체적으로, 도 9의 (a)를 살펴보면, 실시예 4의 탄소 나노점은 4-나이트로페놀(4-NP)의 농도가 0.1 μM에서 200 μM로 증가함에 따라 484±1 nm 파장에서의 형광 방출 강도가 낮아지는 것으로 나타났다. 또한, 도 9의 (b)를 살펴보면, 상기 실시예 4의 탄소 나노점은 4-나이트로페놀(4-NP)의 농도가 0.1~100 μM인 범위에서 log (F0/F) = 0.0081·C + 0.0043의 선형 검량선(C는 4-NP의 농도이고, 단위는 μM이다)을 나타내고, 검출 한계(limit of detection, LOD)는 17 nM인 것으로 확인되었다.Specifically, referring to (a) of FIG. 9, the carbon nano dot of Example 4 is fluorescence at a wavelength of 484±1 nm as the concentration of 4-nitrophenol (4-NP) increases from 0.1 μM to 200 μM. The emission intensity was found to be lower. In addition, looking at (b) of FIG. 9, the carbon nano dot of Example 4 has a concentration of 4-nitrophenol (4-NP) in a range of 0.1 to 100 μM log (F 0 /F) = 0.0081· A linear calibration curve of C + 0.0043 (C is the concentration of 4-NP, unit is μM), and the limit of detection (LOD) was found to be 17 nM.

이러한 결과로부터, 본 발명에 따른 탄소 나노점은 방향족 나이트로 화합물, 특히 수중에서의 높은 용해도로 검출이 어려운 4-나이트로페놀에 대한 검출능이 현저히 우수함을 알 수 있다.From these results, it can be seen that the carbon nano-dots according to the present invention have excellent remarkability for aromatic nitro compounds, particularly 4-nitrophenol, which is difficult to detect with high solubility in water.

Claims (11)

헤테로 고리를 포함하고,
질소가 도핑되고, 표면에 아마이드기를 포함하며,
UV-vis 흡광도 측정 시 400 내지 650㎚ 파장 범위에서 410㎚ 내지 430㎚에서 흡수극대를 갖고,
광 루미네선스(PL) 측정 시 400 내지 740 nm 파장 범위에서 475 내지 495 nm에서 형광 방출 극대를 갖으며,
평균입도가 2.8 내지 6.4nm이고, 4.41±0.90 nm의 단분산도를 갖고,
양자 수율이 70% 내지 90%인 탄소 나노점.
Contains a hetero ring,
Nitrogen is doped, contains amide groups on the surface,
When measuring UV-vis absorbance, it has an absorption maximum at 410 nm to 430 nm in a wavelength range of 400 to 650 nm,
When measuring light luminescence (PL), it has a fluorescence emission maximum at 475 to 495 nm in a wavelength range of 400 to 740 nm,
The average particle size is 2.8 to 6.4 nm, has a monodispersity of 4.41±0.90 nm,
Carbon nanodots with quantum yields between 70% and 90%.
제1항에 있어서,
탄소 나노점은 표면에 하이드록시, 카르복실기 및 아미노기 중 하나 이상을 더 포함하는 탄소 나노점.
According to claim 1,
The carbon nano-dots further include one or more of hydroxy, carboxyl and amino groups on the surface.
삭제delete 피로멜리트산과 알킬렌디아민 화합물을 포함하는 혼합용액의 수열반응을 수행하여 탄소 나노점을 제조하는 단계를 포함하는 제1항의 탄소 나노점의 제조방법.
A method for producing a carbon nano dot according to claim 1, comprising performing a hydrothermal reaction of a mixed solution containing pyromellitic acid and an alkylenediamine compound to produce a carbon nano dot.
제4항에 있어서,
알킬렌디아민 화합물의 함량은 피로멜리트산 100 몰부에 대하여 100 내지 1,000 몰부인 탄소 나노점의 제조방법.
According to claim 4,
The content of the alkylenediamine compound is 100 to 1,000 mole parts of carbon nanodots relative to 100 mole parts of pyromellitic acid.
제4항에 있어서,
수열반응 시간은 1시간 내지 10시간인 탄소 나노점의 제조방법.
According to claim 4,
Hydrothermal reaction time is 1 hour to 10 hours of carbon nano-dots manufacturing method.
제1항에 따른 탄소 나노점과 방향족 나이트로 화합물을 접촉시켜 탄소 나노점 표면에 방향족 나이트로 화합물을 결합시키는 단계; 및
방향족 나이트로 화합물이 결합된 탄소 나노점에 광 조사하는 단계를 포함하는 방향족 나이트로 화합물의 검출방법.
Bonding the aromatic nitro compound to the surface of the carbon nanodot by contacting the carbon nanodot according to claim 1 with an aromatic nitro compound; And
A method for detecting an aromatic nitro compound comprising the step of irradiating light to the carbon nano-dots to which the aromatic nitro compound is bound.
제7항에 있어서,
광 조사는 380 내지 450 nm 파장 범위의 광을 조사하는 방향족 나이트로 화합물의 검출방법.
The method of claim 7,
Light irradiation is a method of detecting an aromatic nitro compound that irradiates light in a wavelength range of 380 to 450 nm.
제7항에 있어서,
방향족 나이트로 화합물은 용액 상태로 탄소 나노점과 혼합되는 방향족 나이트로 화합물의 검출방법.
The method of claim 7,
The aromatic nitro compound is a method for detecting an aromatic nitro compound that is mixed with a carbon nano dot in a solution state.
제9항에 있어서,
방향족 나이트로 화합물의 농도는 탄소 나노점의 농도가 20㎍/㎖ 인 경우 15 nM 이상인 방향족 나이트로 화합물의 검출방법.
The method of claim 9,
The concentration of the aromatic nitro compound is a method for detecting an aromatic nitro compound of 15 nM or more when the concentration of the carbon nanodots is 20 μg/ml.
제7항에 있어서,
방향족 나이트로 화합물은 방향족 탄화수소에 1 이상의 나이트로기와 1 이상의 하이드록시기를 포함하는 화합물인 것을 특징으로 하는 방향족 나이트로 화합물의 검출방법.
The method of claim 7,
Aromatic nitro compound is a method for detecting an aromatic nitro compound, characterized in that the compound containing at least one nitro group and at least one hydroxyl group in an aromatic hydrocarbon.
KR1020180142401A 2017-12-13 2018-11-19 Fluorescent sensor for detecting aromatic nitro compounds KR102127699B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170171154 2017-12-13
KR20170171154 2017-12-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190070848A KR20190070848A (en) 2019-06-21
KR102127699B1 true KR102127699B1 (en) 2020-06-30

Family

ID=67056803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180142401A KR102127699B1 (en) 2017-12-13 2018-11-19 Fluorescent sensor for detecting aromatic nitro compounds

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102127699B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115677530B (en) * 2022-10-25 2023-12-29 昆明学院 Halogenated Schiff base Zn (II) complex Zn- χ -L and preparation method and application thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103395771A (en) 2013-08-01 2013-11-20 吉林大学 Carbon dots with high fluorescent quantum yield, and application thereof in fluorescent color development
US20170110672A1 (en) 2015-10-20 2017-04-20 Korea Institute Of Science And Technology N-doped nanocarbon materials and method for manufacturing the same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2863361B1 (en) 2003-12-05 2006-09-22 Commissariat Energie Atomique USE OF POLYMERS OR COMPOSITES BASED ON SILOXANES IN CHEMICAL SENSORS FOR THE DETECTION OF NITROUS COMPOUNDS
KR101391627B1 (en) 2010-01-20 2014-05-27 고려대학교 산학협력단 Compound detecting nitroaromatics explosives, and detecting methode usign the same
KR101636131B1 (en) * 2014-07-17 2016-07-05 건양대학교산학협력단 process for preparing carbon quantum dots with high quality photoluminescence

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103395771A (en) 2013-08-01 2013-11-20 吉林大学 Carbon dots with high fluorescent quantum yield, and application thereof in fluorescent color development
US20170110672A1 (en) 2015-10-20 2017-04-20 Korea Institute Of Science And Technology N-doped nanocarbon materials and method for manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190070848A (en) 2019-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Nitrogen-and sulfur-codoped carbon dots for highly selective and sensitive fluorescent detection of Hg2+ ions and sulfide in environmental water samples
de Medeiros et al. Microwave-assisted synthesis of carbon dots and their applications
Iqbal et al. Carbon dots prepared by solid state method via citric acid and 1, 10-phenanthroline for selective and sensing detection of Fe2+ and Fe3+
Li et al. Synthesis of nitrogen-doped and amino acid-functionalized graphene quantum dots from glycine, and their application to the fluorometric determination of ferric ion
Wu et al. A specific turn-on fluorescent sensing for ultrasensitive and selective detection of phosphate in environmental samples based on antenna effect-improved FRET by surfactant
Wang et al. Highly luminescent N, S-Co-doped carbon dots and their direct use as mercury (II) sensor
Qian et al. Highly luminescent N‐doped carbon quantum dots as an effective multifunctional fluorescence sensing platform
Ye et al. N, B-doped carbon dots as a sensitive fluorescence probe for Hg2+ ions and 2, 4, 6-trinitrophenol detection for bioimaging
Dang et al. Pyromellitic acid-derived highly fluorescent N-doped carbon dots for the sensitive and selective determination of 4-nitrophenol
Devi et al. Waste derivitized blue luminescent carbon quantum dots for selenite sensing in water
Chu et al. Fluorescence investigations of oxygen‐doped simple amine compared with fluorescent PAMAM dendrimer
Anh et al. Sulfur-doped graphene quantum dot-based paper sensor for highly sensitive and selective detection of 4-nitrophenol in contaminated water and wastewater
Zhang et al. Bright far-red/near-infrared gold nanoclusters for highly selective and ultra-sensitive detection of Hg2+
Chandra et al. Nitrogen/sulfur-co-doped carbon quantum dots: a biocompatible material for the selective detection of picric acid in aqueous solution and living cells
Borse et al. Pepsin mediated synthesis of blue fluorescent copper nanoclusters for sensing of flutamide and chloramphenicol drugs
Sharma et al. Recent progress on graphene quantum dots‐based fluorescence sensors for food safety and quality assessment applications
Xu et al. Eosinophilic nitrogen-doped carbon dots derived from tribute chrysanthemum for label-free detection of Fe3+ ions and hydrazine
CN113861971B (en) Rare earth element doped carbon quantum dot ratiometric fluorescent probe, and preparation method and application thereof
Dong et al. Green synthesized fluorescent carbon dots from Momordica charantia for selective and sensitive detection of Pd2+ and Fe3+
Wang et al. A hybrid of carbon dots with 4-chloro-7-nitro-2, 1, 3-benzoxadiazole for selective detection of p-phenylenediamine
Jovanović et al. Gamma irradiation of graphene quantum dots with ethylenediamine: Antioxidant for ion sensing
Wang et al. Near‐Ultraviolet Fluorescent “ON‐OFF‐ON” Switching Sensors Based on Nitrogen‐Enriched Dual‐Color Single‐Functional Polymer Carbon Nanosheets
Issa et al. Efficient removal of Cu (II) from aqueous systems using enhanced quantum yield nitrogen-doped carbon nanodots
Xu et al. Novel dual ligand co-functionalized fluorescent gold nanoclusters as a versatile probe for sensitive analysis of Hg 2+ and oxytetracycline
Karami et al. A simple method for determination of mercury (II) ions by PNBS-doped carbon dots as a fluorescent probe

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant