CN108865133A - 一种快速检测重金属离子猝灭型荧光探针 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境化学技术领域，具体涉及一种快速检测重金属离子猝灭型荧光探针。本发明以碳点与碱式磷酸钙纳米片为主要原料，制备出能够用于水中重金属离子检测的碱式磷酸钙/碳点纳米复合猝灭型荧光探针。该纳米探针制备方法简单，成本较为低廉，能够简单快速地检测污水中的重金属离子。

Description

一种快速检测重金属离子猝灭型荧光探针
技术领域
本发明属于环境化学技术领域，具体涉及一种快速检测重金属离子的猝灭型荧光探针。
背景技术
某些痕量重金属在一定浓度范围内是生物体必需的微量元素，但如果进入生物体内的量超过人体所能耐受的限度后，即可造成严重的生理损害，引发多种疾病。因此，治理环境废水，准确测定污染水体中重金属和过渡金属的含量是十分必要的。
现阶段常用的检测方法，不仅对仪器设备有着较高的要求，往往还需要通过一系列富集手段来增大水体中重金属离子的浓度，以便于检测，这无疑是增加了检测的成本和工序。随着经济的不断发展和人民生活水平的日益改善，人们对环境质量的要求不断提高，待测环境样品数量和种类迅速增加，传统的检测技术已无法满足这种需求，因此，对环境污染物的快速检测技术需求越来越高。快速检测技术与传统检测技术相比，虽然对环境污染物的检测只能定性(或半定量)，灵敏度和准确性也低于传统检测技术，然而，快速检测技术所具有的方便、快速、经济的优点，非常适合野外现场检测。近年来，国内外诸多学者对污染环境重金属快速检测技术进行了许多研究，如利用酶抑制法检测环境介质中痕量重金属(陆贻通，沈国清，华银锋，安全与环境学报，2005,5(2):68-71)，郭玉香等人(郭玉香，徐应明，孙有光，赵秀杰，林大松，戴晓华，农业环境科学学报2006,25(2): 541-544)探讨了试纸与Cd(Ⅱ)的最佳反应条件，提出了用镉试纸快速检测水体中痕量重金属Cd(Ⅱ)的方法。即在水样中添加抗坏血酸和碘化钾使其浓度分别为 0.005mol·L-1和0.15mol·L-1，使用硝酸调节水样pH值为0.4-1.0。Cd(Ⅱ)与试纸反应生成蓝色络合物，颜色深浅与水体中Cd(Ⅱ)浓度成正比，试纸最低检出限达 0.10mg·L-1。
碱式磷酸钙纳米材料能被广泛地应用于药物携带、填充、催化、存贮等领域，还可以将其用于重金属离子吸附，以治理环境。在这类材料中，碱式磷酸钙因其独特的组成及特殊的物理化学性能，引起研究者的足够重视。碱式磷酸钙广泛地存在于人体和动物骨骼和牙齿中。纳米碱式磷酸钙具有比表面积大，表面活性高等特点。碱式磷酸钙纳米片具有极大的比表面积和极高的物理化学活性，同时，由于其表面富含众多的活性羟基基团，能够通过氢键等作用与活性有机分子键合形成新型功能性复合分子器件。这主要是利用碱式磷酸钙纳米片极强的表面吸附作用，对微量的重金属离子有明显的富集作用，检测时可以针对水体中含有的微量重金属离子进行检测；而该分子器件上结合的碳点，在遇见重金属离子后，分子内静电场将发生改变，会产生荧光猝灭现象，并且猝灭程度随着金属离子浓度的增大而增大，利用这一性质，结合荧光光谱的发射强度变化，就能够简单快速地对污水中重金属离子含量进行检测。
发明内容
本发明的目的在于提出一种快速检测重金属离子的猝灭型荧光探针，该纳米探针能够用于水中重金属离子的快速检测。本发明利用组合化学的优化思维，筛选合适的碳点浓度，利用碱式磷酸钙表面含有的众多羟基与碳点之间的键合作用，形成纳米探针；确定碱式磷酸钙纳米片与碳点之间的最佳比例关系以及纳米探针在检测时的最适宜用量，建立荧光强度-离子浓度标准曲线以及最低浓度检出限，进行实际污水中重金属离子的含量检测。
碳点的制备过程为：取柠檬酸800mg，去离子水50mL和氨水5mL，置于高压超声-水热反应釜中，200℃恒温下反应3小时后，冷却至室温后，用1000 Da透析袋透析4-6小时，至体系的pH为7-8为止，得浅黄棕色溶液，冷冻干燥，即可得到墨绿色碳点固体。碱式磷酸钙的制备方法：取100ml浓度为0.1mol/l 的氯化钙溶液，在超声波作用下滴加至0.06mol/L的磷酸钠溶液中，两种溶液均已经用乙二胺调节pH值为8。溶液滴加的速度为10mL/min，反应结束后超声 20min，离子分离沉淀，干燥，获得碱式磷酸钙纳米粉体。
本发明提出的一种快速检测重金属离子的猝灭型荧光探针，其具体步骤为： A.准确量取一定量的碳点溶液和去离子水置于烧杯中，搅拌均匀；B.称取一定量的碱式磷酸钙纳米片放入上述烧杯中，搅拌1小时；C.将所得悬浊液密封保存，即获得碱式磷酸钙纳米探针。
碱式磷酸钙纳米探针的具体制备条件为：1)碳点溶液和去离子水的体积之比为1:50-1:100。2)加入的碳点溶液和碱式磷酸钙纳米片的质量比为30:1-1:1。
碱式磷酸钙纳米探针在使用时，事先根据需要绘制标准工作曲线：配制不同浓度的与待测液中含有相同种类的重金属离子的标准溶液。然后取一定量的重金属标准溶液，加入制备好的纳米复合猝灭型荧光探针1毫升，混合均匀后测定其荧光发射强度，绘制浓度～荧光强度标准工作曲线。碱式磷酸钙纳米探针的使用方法是，量取1毫升的碱式磷酸钙纳米复合猝灭型荧光探针，加入到一定量的污水中，充分混合，检测混合后溶液的荧光强度，在浓度～荧光强度标准工作曲线中即可获得相应的浓度数据。
本发明具有如下优点：
1.采用的大比表面积的碱式磷酸钙纳米片，利用碳点与碱式磷酸钙上的活性羟基键合，组装出新型的碱式磷酸钙纳米猝灭型荧光探针；
2.本发明中的猝灭型荧光探针比表面积大、吸附能力强，对重金属离子具有富集作用和高灵敏响应性，检测时无需事先富集，能够大大提高检测效率；
3.本发明中的碱式磷酸钙-碳点纳米复合猝灭型荧光探针能够应用于重金属离子快速检测领域，作为一种污水中重金属离子含量快速检测的新方法；
4.本发明中的猝灭型荧光探针用于重金属离子检测，所用的材料成本低廉，检测过程中无需大型仪器设备，对于重金属铜离子污水的检测限可以准确到10-5摩尔/升。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
量取1mL碳点溶液，50mL去离子水，同时加入至100mL烧杯中，搅拌均匀后，称取1g碱式磷酸钙纳米片加入烧杯中，搅拌1小时，将得到的均匀悬浊液密封保存，即可得到碱式磷酸钙纳米探针。这种探针使用时事先需要绘制标准工作曲线：配制不同浓度的与待测液中含有相同种类的重金属离子的标准溶液。然后量取不同浓度的重金属铜离子的标准溶液，加入制备好的纳米复合猝灭型荧光探针1毫升，混合均匀后测定其荧光强度，绘制浓度～荧光强度标准工作曲线。检测方法是，量取1毫升的碱式磷酸钙纳米探针，加入到污水中，充分混合，检测混合后溶液的荧光强度，在浓度～荧光强度标准工作曲线中即可获得相应的浓度数据。
实施例2
量取1mL碳点溶液，100mL去离子水，同时加入至100mL烧杯中，搅拌均匀后，称取2g碱式磷酸钙纳米片加入烧杯中，搅拌1小时，将得到的均匀悬浊液密封保存，即可得到碱式磷酸钙纳米探针。这种探针使用时事先需要绘制标准工作曲线：配制不同浓度的与待测液中含有相同种类的重金属离子的标准溶液。然后量取不同浓度的重金属铜离子的标准溶液，加入制备好的纳米复合猝灭型荧光探针1毫升，混合均匀后测定其荧光强度，绘制浓度～荧光强度标准工作曲线。检测方法是，量取1毫升的碱式磷酸钙纳米探针，加入到污水中，充分混合，检测混合后溶液的荧光强度，在浓度～荧光强度标准工作曲线中即可获得相应的浓度数据。
实施例3
量取30mL碳点溶液，70mL去离子水，同时加入至100mL烧杯中，搅拌均匀后，称取1g碱式磷酸钙纳米片加入烧杯中，搅拌1小时，将得到的均匀悬浊液密封保存，即可得到碱式磷酸钙纳米探针。这种探针使用时事先需要绘制标准工作曲线：配制不同浓度的与待测液中含有相同种类的重金属离子的标准溶液。然后量取不同浓度的重金属铜离子的标准溶液，加入制备好的纳米复合猝灭型荧光探针1毫升，混合均匀后测定其荧光强度，绘制浓度～荧光强度标准工作曲线。检测方法是，量取1毫升的碱式磷酸钙纳米探针，加入到污水中，充分混合，检测混合后溶液的荧光强度，在浓度～荧光强度标准工作曲线中即可获得相应的浓度数据。
实施例4
量取30mL碳点溶液，70mL去离子水，同时加入至100mL烧杯中，搅拌均匀后，称取2g碱式磷酸钙纳米片加入烧杯中，搅拌1小时，将得到的均匀悬浊液密封保存，即可得到碱式磷酸钙纳米探针。这种探针使用时事先需要绘制标准工作曲线：配制不同浓度的与待测液中含有相同种类的重金属离子的标准溶液。然后量取不同浓度的重金属铜离子的标准溶液，加入制备好的纳米复合猝灭型荧光探针1毫升，混合均匀后测定其荧光强度，绘制浓度～荧光强度标准工作曲线。检测方法是，量取1毫升的碱式磷酸钙纳米探针，加入到污水中，充分混合，检测混合后溶液的荧光强度，在浓度～荧光强度标准工作曲线中即可获得相应的浓度数据。

Claims (3)

1.一种快速检测重金属离子猝灭型荧光探针，其特征在于这种碱式磷酸钙纳米探针能够用于水中重金属离子的检测，由碱式磷酸钙纳米片、碳点溶液和去离子水组成，具体制备步骤为：准确量取一定量的碳点溶液和去离子水置于烧杯中，搅拌均匀；称取一定量的碱式磷酸钙纳米片放入上述烧杯中，搅拌1小时，将所得悬浊液密封保存，即获得用于水中重金属离子检测的碱式磷酸钙纳米探针；碱式磷酸钙纳米探针的使用方法是：量取10毫升的碱式磷酸钙纳米探针，加入到污水中，充分混合，检测混合后溶液的荧光强度，即可根据标准工作曲线上对应的重金属离子的浓度值，得出重金属离子的含量；如果此时的荧光强度高于标准工作曲线荧光强度的最高值，需要减少污水的量；如果此时的荧光强度低于标准工作曲线荧光强度的最小值，则需要增加污水的量。
2.根据权利要求1所述的一种快速检测重金属离子猝灭型荧光探针，其特征在于使用的碱式磷酸钙材料为碱式磷酸钙纳米片。
3.根据权利要求1所述的一种快速检测重金属离子猝灭型荧光探针，其特征在于加入的碳点溶液和碱式磷酸钙纳米片的质量比为30:1～1:1。
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