CN104597018B - 一种利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化学检测技术领域，具体涉及到一种利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法，包括以下步骤：制备荧光碳点探针；以及，制备含有荧光碳点探针的待测混合溶液，通过检测待测混合溶液的荧光强度，得到待测混合溶液中高锰酸钾的含量。本发明提供的荧光碳点探针细胞毒性低、生物相容性好、荧光强度高、荧光稳定性好；并且采用本发明中合成的荧光碳点探针进行高锰酸钾的检测，检测过程简单方便，灵敏度高、检测限低，可实现实际样品中高锰酸钾的快速灵敏检测，其中对高锰酸钾的检测限可达到1.8×10‑8mol/L。
Description
技术领域
本发明属于化学检测技术领域，具体涉及一种利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法。
背景技术
高锰酸钾在化学品生产中，广泛用作氧化剂，如用作制糖精，维生素C、异烟肼及安息香酸的氧化剂；在医药上用作防腐剂、消毒剂、除臭剂及解毒剂；在水质净化及废水处理中，作水处理剂，以氧化硫化氢、酚、铁、锰和有机、无机等多种污染物，控制臭味和脱色；在气体净化中，可除去痕量硫、砷、磷、硅烷、硼烷及硫化物。但是接触高锰酸钾时间过长、投加高锰酸钾过量会引起出厂水色度升高；长期过量投加，反应产物水含二氧化锰易使滤料板结。因此，高锰酸钾的分析检测显得尤为重要。迄今为止，高锰酸钾的检测方法主要有氧化还原法和生物检测等。但这些方法的缺陷为前处理过程繁琐、分析时间长、仪器及药品成本高等不足。因此，建立简单、快速且灵敏度高的高锰酸钾检测方法逐渐成为研究重点。
近年来，荧光碳点是继富勒烯、碳纳米管及石墨烯之后最热门的碳纳米材料之一。这种纳米材料克服了传统量子点的某些缺点，不仅具有优良的光学性能与小尺寸特性，而且具有良好的生物相容性,易于实现表面功能化。在生化传感、成像分析、环境检测、光催化技术及药物载体等领域具有很好的应用潜力。但迄今为止，将荧光碳点荧光探针用于高锰酸钾检测的相关报道仍未见。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的一个目的在于，提供一种利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法，用于检测实际样品中高锰酸钾的浓度，降低高锰酸钾的检测限。
为了实现根据本发明的这些目的，提供了一种利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法，包括以下步骤：
步骤1、制备荧光碳点探针；
步骤2、制备含有荧光碳点探针的待测混合溶液，通过检测待测混合溶液的荧光强度，得到待测混合溶液中高锰酸钾的含量；
其中，所述的利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法中，所述步骤1中，所述荧光碳点探针制备为：
步骤a、将1.0g的聚乙二醇1500和15ml甘油混合，置于微波反应器中，140℃高温反应15min；
步骤b、将步骤a产物冷却到50℃时，加入1.0g的丝氨酸，置于微波反应器中，180℃高温反应10min；
步骤c、将步骤b产物冷却到室温，用剪切分子量1000的透析袋对步骤b产物透析24小时，得到透析液，旋蒸透析液1小时，旋蒸温度为60℃；
所述的利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法中，所述步骤2包括：
将荧光碳点探针、缓冲溶液和待测溶液混合，制备得到待测混合溶液；
将荧光碳点探针、高锰酸钾原液和缓冲溶液混合，制备得到多份标准溶液，其中，多份标准溶液中的高锰酸钾浓度不同，荧光碳点探针的用量相同，多份标准溶液中高锰酸钾的最小浓度为0mol/L，将除去高锰酸钾浓度最小的剩余几份标准溶液的荧光强度与高锰酸钾浓度最小的标准溶液的荧光强度做差，得到差值的绝对值，以高锰酸钾的不同浓度为横坐标，荧光强度的差值的绝对值为纵坐标作标准曲线，得到线性方程；以及
检测待测混合溶液的荧光强度，将待测混合溶液的荧光强度与多份标准溶液中高锰酸钾浓度最小的标准溶液的荧光强度的差值的绝对值带入线性方程中，得到待测混合溶液中的高锰酸钾的含量；
多份标准溶液的荧光碳点探针的用量与待测混合溶液中的荧光碳点探针的用量相同。
优选的是，所述的利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法中，所述多份标准溶液和所述待测混合溶液的pH值均为4.0。
优选的是，所述的利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法中，所述缓冲溶液为磷酸盐缓冲溶液。
优选的是，所述的利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法中，使用荧光分光光度计在激发波长为375nm的条件下，检测待测混合溶液和多份标准溶液的荧光强度。
优选的是，所述的利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法中，对待测溶液进行预处理，所述预处理包括以下步骤：
步骤d、将原待测溶液的pH值调到3.0，加入铜萃取剂，超声振荡3-5min，在3000r的条件下，离心5-10min，取下层溶液；；
步骤e、检测下层溶液中铜离子的浓度；
步骤f、如果下层溶液中铜离子的浓度低于猝灭浓度，则所述下层溶液为待测溶液；如果铜离子的浓度等于或者高于猝灭浓度，将对所述下层溶液重复步骤d和步骤e，直至下层溶液中的铜离子浓度低于猝灭浓度。
优选的是，所述的利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法中，所述铜萃取剂为羟基苯烷基酮肟。
优选的是，所述的利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法中，所述猝灭浓度为100μmol/L。
本发明的有益效果
1、本发明提供的荧光碳点探针细胞毒性低、生物相容性好、荧光强度高、荧光稳定性好；
2、本发明所述的利用荧光碳点检测高锰酸钾的方法，检测过程简单方便、灵敏度高、检测限低、可实现实际样品中高锰酸钾的快速灵敏检测；
3、本发明提供的预处理过程，能够快速去除铜干扰离子，使其低于猝灭浓度，从而不影响高锰酸钾的测定。
附图说明
图1是本发明的多份标准溶液在激发波长为375nm时的荧光光谱图；
图2是本发明的所述线性关系图；
图3是标准物硫酸奎宁的积分荧光强度与吸光度的线性关系图；
图4是荧光碳点的积分荧光强度与吸光度的线性关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或者组合的存在或添加。
所述荧光碳点为碳纳米材料，作为荧光探针，不同浓度的高锰酸钾溶液能够不同程度上的猝灭荧光碳点荧光。
附图1中，高锰酸钾的浓度为0时，标准曲线的荧光光谱为a；
高锰酸钾的浓度为8.0×10-7mol/L，则得到荧光光谱b；
高锰酸钾的浓度为1.6×10-6mol/L，则得到荧光光谱c；
高锰酸钾的浓度为4.0×10-6mol/L，则得到荧光光谱d。
实施例1
首先制备荧光碳点探针，具体步骤包括如下：
步骤a、将1.0g的聚乙二醇1500和15ml甘油混合，置于微波反应器中，140℃高温反应15min；
步骤b、将步骤a产物冷却到50℃时，加入1.0g的丝氨酸，置于微波反应器中，180℃高温反应10min；
步骤c、将步骤b产物冷却到室温，利用分子量1000的透析袋中对步骤b产物透析24小时，得到透析液，旋蒸透析液1小时，旋蒸温度为60℃。最后得到260ml荧光碳点探针样品。
附图3中，线性拟合标准物硫酸奎宁的线性关系图，其中斜率为91113；附图4线性拟合荧光碳点探针的线性关系图，其中，斜率为208174。
所得到的荧光碳点探针以硫酸奎宁为参照物，根据以下公式1：
其中，YU、FU和AU分别表示荧光碳点探针的荧光量子产率、积分荧光强度和吸光度；YS、FS和AS分别表示参比物质的荧光量子产率、积分荧光强度和吸光度。计算其产率，所得量子产率为0.13，产率较高。
然后，建立标准曲线：将20μL荧光碳点探针、高锰酸钾原液(浓度为1×10-3mol/L)和磷酸盐缓冲溶液混合，制备得到多份标准溶液，标准溶液的体积为3ml，其中，多份标准溶液中的高锰酸钾浓度分别为0mol/L、8.0×10-7mol/L、1.6×10-6mol/L和4.0×10-6mol/L，荧光碳点探针的用量相同；然后使用荧光分光光度计在激发波长为375nm的条件下，检测多份标准溶液的荧光强度，其中将3份标准溶液的荧光强度与未加高锰酸钾的那份标准溶液的荧光强度做差，得到差值的绝对值，然后以高锰酸钾的不同浓度为横坐标，荧光强度的差值的绝对值为纵坐标作标准曲线，得到线性关系方程为Y＝10.57X(R2＝0.999)，线性良好。
最后，检测待测混合溶液中的高锰酸钾浓度：先对待测溶液进行预处理，包括以下步骤：
步骤1、将原待测溶液的pH值调到3.0，加入羟基苯烷基酮肟作为铜萃取剂，超声振荡5min，在3000r的条件下，离心10min，取下层溶液；
步骤2、检测下层溶液中铜离子的浓度；
步骤3、如果下层溶液中铜离子的浓度低于猝灭浓度100μmol/L，则所述下层溶液为待测溶液；如果铜离子的浓度等于或者高于猝灭浓度100μmol/L，将对所述下层溶液重复步骤1和步骤2，直至下层溶液中的铜离子浓度低于猝灭浓度100μmol/L。
将预处理好的待测溶液、缓冲溶液和20μL荧光碳点探针混合，制成待测混合溶液，使用荧光分光光度计在激发波长为375nm条件下，检测待测混合溶液的荧光强度，将待测混合溶液的荧光强度与多份标准溶液中高锰酸钾浓度最小的标准溶液的荧光强度的差值的绝对值带入线性方程Y＝10.57X(R2＝0.999)中，得到待测混合溶液中的高锰酸钾的含量；其中，对高锰酸钾的检测限可达到1.8×10-8mol/L，计算方法如下公式2：
其中σ为空白标准偏差，S为校正曲线斜率。
本发明还有其他的实施例，在预处理过程中，超声震荡时间为3min，离心3min的实施例就不再详细说明；另外，所述铜萃取剂还可以是其他的酮肟复配化合物，相关试验数据正在实践获取过程中。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.一种利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、制备荧光碳点探针；
步骤2、制备含有荧光碳点探针的待测混合溶液，通过检测待测混合溶液的荧光强度，得到待测混合溶液中高锰酸钾的含量；
其中，所述步骤1中，所述荧光碳点探针制备为：
步骤a、将1.0g的聚乙二醇1500和15ml甘油混合，置于微波反应器中，140℃高温反应15min；
步骤b、将步骤a产物冷却到50℃时，加入1.0g的丝氨酸，置于微波反应器中，180℃高温反应10min；
步骤c、将步骤b产物冷却到室温，用剪切分子量1000的透析袋对步骤b产物透析24小时，得到透析液，旋蒸透析液1小时，旋蒸温度为60℃；
所述步骤2包括：
将荧光碳点探针、缓冲溶液和待测溶液混合，制备得到待测混合溶液；
将荧光碳点探针、高锰酸钾原液和缓冲溶液混合，制备得到多份标准溶液，其中，多份标准溶液中的高锰酸钾浓度不同，荧光碳点探针的用量相同，多份标准溶液中高锰酸钾的最小浓度为0mol/L，将除去高锰酸钾浓度最小的剩余几份标准溶液的荧光强度与高锰酸钾浓度最小的标准溶液的荧光强度做差，得到差值的绝对值，以高锰酸钾的不同浓度为横坐标，荧光强度的差值的绝对值为纵坐标作标准曲线，得到线性方程；以及
检测待测混合溶液的荧光强度，将待测混合溶液的荧光强度与多份标准溶液中高锰酸钾浓度最小的标准溶液的荧光强度的差值的绝对值带入线性方程中，得到待测混合溶液中的高锰酸钾的含量；
多份标准溶液的荧光碳点探针的用量与待测混合溶液中的荧光碳点探针的用量相同。
2.如权利要求1所述的利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法，其特征在于，所述多份标准溶液和所述待测混合溶液的pH值均为4.0。
3.如权利要求1所述的利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法，其特征在于，所述缓冲溶液为磷酸盐缓冲溶液。
4.如权利要求1至3中任意一项中所述的利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法，其特征在于，使用荧光分光光度计在激发波长为375nm的条件下，检测待测混合溶液和多份标准溶液的荧光强度。
5.如权利要求1所述的利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法，其特征在于，对待测溶液进行预处理，所述预处理包括以下步骤：
步骤d、将原待测溶液的pH值调到3.0，加入铜萃取剂，超声振荡3-5min，在3000r的条件下，离心5-10min，取下层溶液；
步骤e、检测下层溶液中铜离子的浓度；
步骤f、如果下层溶液中铜离子的浓度低于猝灭浓度，则所述下层溶液为待测溶液；如果铜离子的浓度等于或者高于猝灭浓度，将对所述下层溶液重复步骤d和步骤e，直至下层溶液中的铜离子浓度低于猝灭浓度。
6.如权利要求5所述的利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法，其特征在于，所述铜萃取剂为羟基苯烷基酮肟。
7.如权利要求6所述的利用荧光碳点探针检测高锰酸钾的方法，其特征在于，所述猝灭浓度为100μmol/L。
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