CN103482609A

CN103482609A - 一种用于检测湖水中Fe3+的碳量子点的制备方法

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Publication number: CN103482609A
Application number: CN201310481295.4A
Authority: CN
Inventors: 黄朝表; 徐静怡; 周莹; 刘淑贤; 董美婷
Original assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Current assignee: Zhejiang Normal University CJNU
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2014-01-01

Abstract

一种用于检测湖水中Fe³⁺的碳量子点的制备方法，包括以下步骤：将土豆切碎置于反应釜中，再与二次重蒸水混合在180℃反应2小时，冷却后通过孔径为0.22微米的滤膜过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析12小时，冷冻干燥后即得碳量子点。该制备方法原料充足，成本较低，且整个制备过程比较环保。

Description

一种用于检测湖水中Fe3+的碳量子点的制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳量子点的制备方法，尤其涉及一种可用于检测湖水中Fe³⁺的碳量子点的制备方法。

背景技术

传统的半导体量子点（如CdTe，CdSe），由于本身因含有重金属离子而有较强毒性，制备条件苛刻（须严格控制无氧条件），生物兼容性较差等缺点，使得传统半导体量子点在生物检测和细胞成像领域的应用受到了一定的限制。而碳量子点（Carbon dots,CDs）作为碳纳米材料家族的新成员，与传统的半导体量子点相比，它具有很好的水溶性，生物相容性，耐漂白，毒性低，化学稳定性高等优点，无疑成为了传统半导体量子点在生物领域应用理想的替代材料，因此受到了科研工作者极大的关注。

合成碳量子点的方法很多，常见的有电弧放电法、强酸氧化法、水热法、模板法、掺杂法、超声法、电化学氧化法、激光消融法、微波消解法等。通常用到的原料有石墨粉、氧化多壁碳纳米管、有机体等碳源。但是，以上制备方法不仅原料价格昂贵（例如碳纳米管），制备过程较为耗时，碳源的化学成分复杂（如有机体，蜡烛灰），而且在表面修饰的过程中需要用到一些对环境不友好的强腐蚀性物质。因而难以达到成分标准化，不利于工业化和大规模生产。因此以价格低廉，资源丰富，绿色环保，环境友好的天然产物作为碳源，制备具有水溶性、高荧光量子产率的碳量子点对金属离子检测及生物应用具有重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是弥补现有检测金属离子的纳米荧光探针的不足，提供一种具有简易、可操作性强、无毒、水溶、灵敏度高等特性的用于检测湖水中Fe³⁺的碳量子点（CDs）的制备方法。

为解决该技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于检测湖水中Fe³⁺的碳量子点的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

将土豆切碎置于反应釜中，再与二次重蒸水混合在180℃反应2小时，冷却后通过孔径为0.22微米的滤膜过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析12小时，冷冻干燥后即得碳量子点（CDs）。存于冰箱备用。

上述制备方法，用土豆作原料，原料充足，成本较低，且在整个制备过程比较环保。

制得的CDs在Fe³⁺检测中的应用：

第一步：

配置浓度为0.001g/mL的CDs溶液，测定荧光作为空白对比值。接着滴加Fe³⁺，使得溶液中Fe³⁺的浓度为1μmol/L，测定荧光记录数据。以此类推，直至锥形瓶中的Fe³⁺的浓度达到50μmol/L。重复多次实验，得到对应的相对标准偏差，线性方程，相关系数以及最低检出限，并作图画出标准曲线。

第二步：

采取湖水水样，过滤离心后，对样品进行Fe³⁺的检测。配置浓度为0.001g/mL的CDs溶液，测定荧光作为空白对比值。接着滴加Fe³⁺，使得溶液中Fe³⁺的浓度为2μmol/L，测定荧光记录数据。以此类推，直至锥形瓶中的Fe³⁺的浓度分别达到3、4、20、30、40μmol/L，重复多次实验，依据标准曲线，测定实验中得到的Fe³⁺浓度，计算相应的回收率。

制得的CDs因为在不同浓度的Fe³⁺的影响下，能产生不同程度的猝灭，分析性能良好，因而能够在高灵敏度的条件下测定Fe³⁺含量。另外，合成的CDs在水中的分散性好，以水溶液或颗粒状放置半年后，仍然具有较强的荧光，说明其有较好的光稳定性。且毒性低，有利于应用到生物医学领域。制备的量子点可用于金属离子检测、生物传感器、生物成像等领域。

附图说明

图1：CDs荧光光谱图

图2：CDs紫外吸收光谱图

图3：Fe³⁺猝灭CDs的荧光光谱图

图4：CDs检测Fe³⁺的标准曲线图

具体实施方式

第一步：CDs量子点的制备

CDs量子点的制备方法：

称取切碎的土豆24g并平均分成三份，加入至编号为1、2、3规格为50mL的反应釜中，分别加入二次重蒸水35mL，在180℃的条件下反应2小时，反应结束后冷却，之后通过孔径为0.22微米的滤膜过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析12小时，冷冻干燥后即得碳量子点（CDs），存于冰箱备用。如图1所示，CDs量子点的最大激发波长为323nm，对应的如图2所示，在272nm处有个明显的激子吸收峰。

第二步：CDs在Fe³⁺检测中的应用

CDs检测Fe³⁺的性能分析

取一个洁净、干燥的100mL的锥形瓶，加入100mL的二次重蒸水，然后再加入0.1gCDs，搅拌均匀后得到浓度为0.001g/mL的CDs溶液，取出3mL于比色皿中测定荧光，记录数据，并作为空白对比值，把比色皿中的溶液倒回锥形瓶中。接着通过滴定法滴加浓度为0.01mol/L的Fe³⁺0.01mL，使得溶液中Fe³⁺的浓度为1μmol/L，搅拌均匀后取一定量的溶液于比色皿中润洗三次后再取3mL测定荧光，记录数据，再将把比色皿中的溶液倒回锥形瓶中。以此类推，直至锥形瓶中的Fe³⁺的浓度达到50μmol/L，如图3所示，随着锥形瓶中Fe³⁺的浓度的增加荧光强度逐渐减弱，并在1.0～5.0μmol/L和5.0～50.0μmol/L两个浓度范围内呈现良好的线性关系（图4）。将以上实验重复11次，得到对应的相对标准偏差，线性方程，相关系数以及最低检出限，如表1：CDs检测Fe³⁺的分析性能表所示，最低检出限为0.025μmol/L，低浓度和高浓度对应的相关系数分别为0.999和0.997。

CDs用于湖水中Fe³⁺的检测

在校园湖中采取水样，通过0.22微米的滤膜过滤，再在12000rmp下离心5min，通过标准加入法，对该样品进行Fe³⁺的检测。取一个洁净、干燥的100mL的锥形瓶，加入100mL的二次重蒸水，然后再加入0.1g CDs，搅拌均匀后得到浓度为0.001g/mL的CDs溶液，取出3mL于比色皿中测定荧光，记录数据，并作为空白对比值，把比色皿中的溶液倒回锥形瓶中。然后通过滴定法滴加浓度为0.01mol/L的Fe³⁺0.02mL，使得溶液中Fe³⁺的浓度为2μmol/L，搅拌均匀后取一定量的溶液于比色皿中润洗三次后再取3mL测定荧光，记录数据，再将把比色皿中的溶液倒回锥形瓶中。以此类推，直至锥形瓶中的Fe³⁺的浓度分别达到3、4、20、30、40μmol/L将以上实验重复6次，依据标准曲线，测定实验中得到的Fe³⁺浓度，计算相应的回收率。如表2：CDs检测Fe³⁺的回收率测定表所示，当加标量为2、3、4、20、30、40μmol/L时，回收率分别为101.51%、98.22%、99.64%、93.72%、100.77%、101.19%，能满足检测要求。以上各项数据显示，CDs用于检测湖水中Fe³⁺的方法便捷有效，分析性能优异。

表1

表2

Claims

1.一种用于检测湖水中Fe³⁺的碳量子点的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

将土豆切碎置于反应釜中，再与二次重蒸水混合在180℃反应2小时，冷却后通过孔径为0.22微米的滤膜过滤，再将滤液用分子截留量为1000的透析袋透析12小时，冷冻干燥后即得碳量子点。

2.权利要求1所述碳量子点在检测湖水中Fe³⁺中的应用：

第一步：

配置浓度为0.001g/mL的CDs溶液，测定荧光作为空白对比值，接着滴加Fe³⁺，使得溶液中Fe³⁺的浓度为1μmol/L，测定荧光记录数据，以此类推，直至锥形瓶中的Fe³⁺的浓度达到50μmol/L，重复多次实验，得到对应的相对标准偏差，线性方程，相关系数以及最低检出限，并作图画出标准曲线；

第二步：

采取湖水水样，过滤离心后，对样品进行Fe³⁺的检测，配置浓度为0.001g/mL的CDs溶液，测定荧光作为空白对比值，接着滴加Fe³⁺，使得溶液中Fe³⁺的浓度为2μmol/L，测定荧光记录数据，以此类推，直至锥形瓶中的Fe³⁺的浓度分别达到3、4、20、30、40μmol/L，重复多次实验，依据标准曲线，测定实验中得到的Fe³⁺浓度，计算相应的回收率。