CN105651749A - 一种碳纳米粒子检测四氢呋喃中水分含量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纳米粒子检测四氢呋喃中水分含量的方法。该碳纳米粒子是以对苯二胺和聚乙二醇（PEG）为原料制备，它能对四氢呋喃中的水分含量实现快速和高灵敏度荧光检测。在检测过程中，随着四氢呋喃中水分含量的增加，其荧光强度逐渐变弱，且对应的最大发射波长发生明显红移。与现有的溶剂中水分含量检测技术相比，本发明具有以下优点：该检测方法检测限较低，灵敏度高，检测范围宽，方法简捷快速，不需要昂贵的检测仪器；所制备的碳纳米粒子尺寸小，制备流程简单、投入成本低。藉于此，该检测方法有望在分析检测技术领域得到广泛应用。

Description

一种碳纳米粒子检测四氢呋喃中水分含量的方法
技术领域
本发明属于分析检测技术领域，特别涉及碳纳米粒子在检测四氢呋喃中水分含量的应用。
背景技术
水是一种重要的化学试剂，是很多化学反应中的良溶剂，其重要性不言而喻。但是在许多反应中，如无水无氧实验，有机溶剂中的含水量对反应结果会产生重要影响，如决定反应的产物，产率及反应的选择性。四氢呋喃是无水无氧实验的常用溶剂，因此检测四氢呋喃中的含水量是非常必要的。而且水含量的表征也是许多市场产品中的一项重要指标，如化工、食品、医药、合成纤维、塑料等产品，因此，有机溶剂中水含量的检测是一种常见的分析问题，意义重大。
目前，检测溶剂中的含水量的方法有很多种，如：卡尔-费休滴定法、色谱法、电化学方法和荧光光谱法等。卡尔-费休滴定法和电化学法等常用的化学分析方法反应速率慢、易受干扰、灵敏度差、生物毒性大等；其他方法如色谱分析法则需要较昂贵的检测仪器，适用性较差。
荧光光谱法是一种常见的重要的光谱化学分析手段，具有许多优点，如灵敏度高、选择性好、检测性低，方法简捷快速。目前，关于检测四氢呋喃中水含量的报道较少，本专利所用的检测方法原理简单、操作简便。所制备的碳纳米粒子的荧光强度随着四氢呋喃中水分含量的增加而逐渐降低，且最大荧光发射峰的波长发生明显的红移，根据荧光强度变化、红移波长变化与含水量的线性拟合方程，可以较好地检测四氢呋喃中水分含量。
总之，本专利提供了一种碳纳米粒子检测四氢呋喃中水分含量的方法，由于其各方面的优异性能，有望在分析化学和材料制备等领用得到广泛应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纳米粒子检测四氢呋喃中水分含量的方法，该方法简单，能够实现对四氢呋喃中水分含量的高灵敏度、快速检测。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种碳纳米粒子检测四氢呋喃中水分含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）线性回归方程：配置不同水分含量的四氢呋喃溶液，分别加入一定量的碳纳米粒子，搅拌3分钟；测定碳纳米粒子在500nm激发时的最大荧光发射波长与其对应的荧光发射强度，将荧光发射波长变化或荧光强度变化值与四氢呋喃中水分含量值进行线性拟合，可分别得到线性回归方程；
（2）四氢呋喃中水分含量测定：取未知水分含量的四氢呋喃溶液加入一定量的碳纳米粒子，搅拌3分钟；测定碳纳米粒子在500nm激发时的最大荧光发射波长与其对应的荧光发射强度，通过与线性回归方程对比，可得到四氢呋喃中水分含量的大小。
步骤（1）和（2）中所述碳纳米粒子在四氢呋喃溶液中的浓度为0.1mg/ml。
所述的最大荧光发射强度变化值与四氢呋喃中的水分含量值的线性回归方程ΔI/I0=0.97599+0.2889×logΦ（H2O），R2=0.993；最大荧光发射波长与四氢呋喃中的水分含量值的线性回归方程为W/nm=598.23348+17.27118×logΦ（H2O），R2=0.998。
所述碳纳米粒子的制备方法包括以下步骤：
（1）将对苯二胺和一定分子量的PEG按质量比为10:1~5，配成均匀的水溶液后，于水热反应釜中密封，置于140~180℃的烘箱中反应12~36小时；
（2）将步骤（1）反应得到的溶液浓缩至饱和，经硅胶柱对产物进行提纯，制得一种具有四氢呋喃中水分含量检测功能的碳纳米粒子。
所述PEG的分子量为400、600、800、1000、2000中任一种，优选为600或800，更优选为600；对苯二胺与PEG的质量比优选为10:2~4，更优选为10:3，烘箱温度优选为150~170℃，更优选为160℃，反应时间优选为20~28小时，更优选为24小时。
本发明采用对苯二胺和PEG作为碳源，以水作溶剂，在水热反应高温高压的条件下，得到尺寸均一的碳纳米粒子。其表面含有许多氨基，对溶剂极性有很强的依赖性，成为了一种能够检测四氢呋喃水分含量的碳纳米材料。在紫外灯照射下，该碳纳米粒子在纯四氢呋喃中产生强烈的黄绿色荧光，而当分散在纯水中时，则只显示出微弱的红色荧光。在同一激发波长下，随着四氢呋喃中水分含量的增加，碳纳米粒子的荧光强度逐渐降低，且最大发射波长也出现相应的红移。
总而言之，本发明提供了一种有效检测四氢呋喃含水量的方法，该方法检测限较低，检测范围宽，简捷快速，不需要昂贵的检测仪器，并且该方法所需的碳纳米粒子制备简单，成本较低，在化工、食品、医药、合成纤维、塑料等领域有着巨大的应用前景。
附图说明
图1为碳纳米粒子的原子力扫描电镜图及其切片图，可以看出该纳米粒子分布均匀，平均高度为3纳米左右。
图2分别在四氢呋喃和水中的紫外吸收光谱图。
图3为碳纳米粒子分别在四氢呋喃和水中的荧光发射光谱图，激发波长为500nm。
图4为碳纳米粒子（浓度：0.1mg/ml）在不同水分含量（体积分数Φ）的四氢呋喃溶液中的荧光发射光谱变化图（λex=500nm），Φ（H2O）=0（a）、0.1%（b）、0.2%（c）、1.0%（d）、2.0%（e）、10.0%（f）、30.0%（g）、50.0%（h）、70.0%（i）、90.0%（j）。
图5为荧光纳米粒子（浓度：0.1mg/ml）在不同水含量（体积分数Φ）的四氢呋喃溶液中的归一化的荧光发射光谱变化图（λex=500nm），Φ（H2O）=0（a）、0.1%（b）、0.2%（c）、1.0%（d）、2.0%（e）、10.0%（f）、30.0%（g）、50.0%（h）、70.0%（i）、90.0%（j）。
图6为荧光纳米粒子在不同水含量（体积分数Φ）的四氢呋喃溶液中的最大发射荧光强度变化值与水含量（体积分数Φ）的线性拟合曲线。
图7为荧光纳米粒子在不同水含量（体积分数Φ）的四氢呋喃溶液中的最大发射波长与水含量（体积分数Φ）的线性拟合曲线。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
能够检测四氢呋喃中水分含量的碳纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
（1）将对苯二胺和分子量为400的PEG按质量比为10:2，配成均匀的水溶液后，于水热反应釜中密封，置于140℃的烘箱中反应24小时；
（2）将步骤（1）反应得到的溶液浓缩至饱和，经硅胶柱对产物进行提纯，制得一种能够检测四氢呋喃中水分含量的碳纳米粒子。
实施例2：
能够检测四氢呋喃中水分含量的碳纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
（1）将对苯二胺和分子量为600的PEG按质量比为10:3，配成均匀的水溶液后，于水热反应釜中密封，置于160℃的烘箱中反应24小时；
（2）将步骤（1）反应得到的溶液浓缩至饱和，经硅胶柱对产物进行提纯，制得一种能够检测四氢呋喃中水分含量的碳纳米粒子。
实施例3：
能够检测四氢呋喃中水分含量的碳纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
（2）将对苯二胺和分子量为800的PEG按质量比为10:5，配成均匀的水溶液后，于水热反应釜中密封，置于180℃的烘箱中反应28小时；
（3）将步骤（1）反应得到的溶液浓缩至饱和，经硅胶柱对产物进行提纯，制得一种能够检测四氢呋喃中水分含量的碳纳米粒子。
实施例4：四氢呋喃中水分的测定。
（1）取10个5ml比色皿，分别加入3ml不同含水量的四氢呋喃液，水量（体积分数Φ）分别为0（a）、0.1%（b）、0.2%（c）、1.0%（d）、2.0%（e）、10.0%（f）、30.0%（g）、50.0%（h）、70.0%（i）、90.0%（j），然后加入实施例2所得的样品，使碳纳米粒子的最终浓度为0.1mg/ml，搅拌3分钟，以500nm为激发波长，分别测定这些样品的荧光强度，得10个样品的荧光发射光谱变化图，见图4。测试结果表明：该碳纳米粒子的荧光强度随着四氢呋喃水分含量的逐渐增加而逐步下降，且水含量（体积分数）>0.1%时碳纳米粒子的荧光强度发生明显下降。
（2）将（1）中荧光发射光谱进行强度归一化处理，如图5所示，结果表明，随着四氢呋喃水分量的逐渐增加，对应的最大发射波长逐渐发生红移。
（3）用最大荧光发射强度变化值与四氢呋喃中的水分含量（体积分数logΦ（H2O））进行线性拟合，见图6，得到线性回归方程ΔI/I0=0.97599+0.2889×logΦ（H2O）（R2=0.993），检测范围为0~90.0%。
（4）用最大荧光发射波长与四氢呋喃中的水分含量（体积分数logΦ（H2O））进行线性拟合，见图7，得到线性回归方程W/nm=598.23348+17.27118×logΦ（H2O）（R2=0.998），检测范围为0~90.0%。
上述实施例用来解释说明本发明，而非对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明所做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种碳纳米粒子检测四氢呋喃中水分含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）线性回归方程：配置不同水分含量的四氢呋喃溶液，分别加入一定量的碳纳米粒子，搅拌3分钟；测定碳纳米粒子在500nm激发时的最大荧光发射波长与其对应的荧光发射强度，将荧光发射波长变化或荧光强度变化值与四氢呋喃中水分含量值进行线性拟合，可分别得到线性回归方程；
（2）四氢呋喃中水分含量测定：取未知水分含量的四氢呋喃溶液加入一定量的碳纳米粒子，搅拌3分钟；测定碳纳米粒子在500nm激发时的最大荧光发射波长与其对应的荧光发射强度，通过与线性回归方程对比，可得到四氢呋喃中水分含量的大小。
2.根据权利要求1所述的碳纳米粒子检测四氢呋喃中水分含量的方法，其特征在于，步骤（1）和（2）中所述碳纳米粒子在四氢呋喃溶液中的浓度为0.1mg/ml。
3.根据权利要求1所述的碳纳米粒子检测四氢呋喃中水分含量的方法，其特征在于，所述的最大荧光发射强度变化值与四氢呋喃中的水分含量值的线性回归方程ΔI/I0=0.97599+0.2889×logΦ（H2O），R2=0.993；最大荧光发射波长与四氢呋喃中的水分含量值的线性回归方程为W/nm=598.23348+17.27118×logΦ（H2O），R2=0.998。
4.根据权利要求1所述的碳纳米粒子检测四氢呋喃中水分含量的方法，其特征在于，所述碳纳米粒子的制备方法包括以下步骤：
（1）将对苯二胺和一定分子量的PEG按质量比为10:1~5，配成均匀的水溶液后，于水热反应釜中密封，置于140~180℃的烘箱中反应12~36小时；
（2）将步骤（1）反应得到的溶液浓缩至饱和，经硅胶柱对产物进行提纯，制得一种具有四氢呋喃中水分含量检测功能的碳纳米粒子。
5.根据权利要求4所述的具有四氢呋喃中水分含量检测功能的碳纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述PEG的分子量为400、600、800、1000、2000中任一种，优选为600或800，更优选为600；对苯二胺与PEG的质量比优选为10:2~4，更优选为10:3，烘箱温度优选为150~170℃，更优选为160℃，反应时间优选为20~28小时，更优选为24小时。
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