CN109297943B - 一种氟离子的检测方法及去除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氟离子的检测方法及去除方法。本发明以固定有碳量子点（SiCDs）的介孔二氧化硅层为自荧光标记物，同时以荧光团纯碳点（NCDs）和F离子受体镍离子（Ni2+）螯合物为猝灭荧光探针，形成双荧光团复合超顺磁性荧光探针，利用氟离子与纯碳点竞争性结合荧光探针中的Ni2+，从而改变荧光强度来实现氟离子的快速、高效、特异、可视化检测，其检测限为65 nM，线性范围为1～25μM；本发明还同时建立了一种简便、快速、特异、高效的氟离子去除方法，在自来水中对氟离子的去除有效率高达96%，且该荧光探针可以重复回收利用，可望在生物与医学监控及检测领域得到广泛的应用。

Description

一种氟离子的检测方法及去除方法
技术领域
本发明属于化学分析检测技术领域。更具体地，涉及一种氟离子的检测方法及去除方法。
背景技术
氟离子(F-)广泛分布在环境系统和生物过程中，适量摄入氟离子有益于牙齿和骨骼的健康，但过多或过少的摄入氟离子都会对人体产生不良影响，可能会引起全身性疾病，例如氟中毒和骨质疏松症等。因此，精确检测和控制水资源中的氟离子浓度对人类极为重要。传统的氟离子检测方法有氟离子选择性电极、离子色谱法等，但存在着成本高、操作复杂、不易携带等缺点。相比之下，荧光化学传感器具有方便、快捷、灵敏度高的优点，近些年来得到了快速发展。现有的荧光探针根据其设计原理分为三大类：(1)以氢键作用结合氟离子的荧光探针；(2)利用路易斯酸碱结合检测氟离子；(3)利用硅氟间的特征化学反应识别氟离子。文献报道的基于以上三种机理的传感探针在使用过程中往往会受到探针浓度、光漂白及设备等因素的影响从而导致误差。
目前科学界已经尝试了各种努力来开发用于检测氟离子的新方法和策略，包括光物理机制和氟化物诱导的化学反应机制。大多数光物理机制方法可以灵敏地响应氟离子去质子荧光转导，这些传感探针多配合有机大分子进行应用，例如，具有潜在毒性和有机溶剂依赖性的蒽和芘类物质。同时，酸根离子的干扰是不可避免的，并且探针的选择性将受到严重影响。高选择性氟化物诱导的化学反应机制方法是仅在小有机分子探针的基础上进行研究，最终目的是使发光体发光增强。然而，大多数氟化物诱导的化学探针是在有机介质中应用的，不能用于自来水中氟离子的检测。因此，上述化学反应机制探针的非水溶性、非再生性和生物毒性限制了它们在工业制造和环境系统中的实际应用。
碳量子点(CDs)由于尺寸小，生物相容性好，水溶性好，功能丰富等特点，在成像领域是传统有机分子的一种有吸引力的替代品。目前，大量实验集中于探索CDs作为检测探针的应用。但目前已报导的探针存在有潜在生物毒性、低比表面积、不能令人满意的分散性以及难以用肉眼在实际中应用等诸多不足，而且多为单荧光团，探针荧光较弱，对于金属离子的选择性和灵敏性不高，其在生态环境中的应用值得商榷，影响了现实生活中的进一步应用。
为了在生物介质中获得有效的灵敏度和实际应用，急需一种易于识别，且在可见光谱下具有良好的发光特性，并且具有高灵敏度和选择性、优异的分散性和低毒性的氟离子检测探针。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术的缺陷和不足，提供一种快速、高效、特异、可视化的氟离子检测方法，该检测方法利用氟离子与纯碳点竞争性结合荧光探针中的Ni2+，从而改变荧光强度来实现氟离子实时检测，其检测限为65nM，线性范围为1～25μM，可望在生物与医学监控及检测领域得到广泛的应用。
本发明的目的是提供一种氟离子的检测方法。
本发明另一目的是提供一种氟离子的去除方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
一种氟离子的检测方法，所述检测方法是利用氟离子与纯碳点竞争性结合荧光探针中的Ni2+，从而改变荧光强度来实现氟离子的定量检测；其中，所述荧光探针的内核为Fe3O4纳米颗粒，外壳为修饰在所述Fe3O4纳米颗粒外表面上的含有机硅烷官能化碳点的介孔二氧化硅。
所述荧光探针包括内核与外壳；所述内核为Fe3O4纳米颗粒，所述外壳为修饰在所述Fe3O4纳米颗粒外表面上的含有有机硅烷官能化碳点的介孔二氧化硅。本发明介孔的二氧化硅层具有高表面积、极好的生物相容性和大量的表面修饰位点，确保了F离子受体的高负载。
优选地，所述荧光探针的粒径为200～300nm。
更优选地，所述荧光探针的粒径为250nm。
优选地，所述的检测方法，包括以下步骤：
SA.获取待测样品，调节所述待测样品的pH值至3～10；
SB.向所述待测样品中加入所述荧光探针，混合后静置，显色；
SC.测定待测样品的荧光强度，得到待测样品中氟离子的含量，测定波长为350～370nm。
更优选地，所述测定波长为360nm。
优选地，所述待测样品为水相介质。所述水相介质包括生活用水、生活污水、工业废水、细胞内外环境液等。
优选地，磁分离检测氟离子后的荧光探针，将其与Ca2+溶液完全反应后，再与NCDs溶液重新反应进行组装，即能重复利用荧光探针重新检测氟离子。
优选地，所述重复利用的次数为1～5次。
优选地，所述Ca2+溶液为可溶性钙盐溶液，首选为Ca(NO3)2溶液。
优选地，所述荧光探针由自荧光标记物和猝灭荧光探针组成；所述自荧光标记物为含有有机硅烷官能化碳点的介孔二氧化硅，所述猝灭荧光探针为纯碳点和镍离子的螯合物。
本发明创造性地以固定有碳量子点(SiCDs)的介孔二氧化硅层为自荧光标记物，同时以荧光团纯碳点(NCDs)和F离子受体镍离子(Ni2+)螯合物为猝灭荧光探针，形成双荧光团复合超顺磁性荧光探针来快速、高效、特异地检测F离子。由于F离子与水溶液中络合的NCDs竞争性结合Ni2+机制，随着F离子浓度的增加，NCDs从猝灭荧光探针分离，并恢复最大发射波长为430nm的荧光。同时，由于在相同的激发波长(λex＝565nm)下自发荧光标记物(λem＝565nm)和NCDs(λem＝430nm)之间的最大发射光和荧光强度不同，荧光强度随着F离子增加而逐渐恢复，因而整个水溶液的发射光颜色从绿色变为蓝色，因此就可以根据荧光探针发光光谱的变化识别和定量检测氟离子。另外，本发明荧光探针上吸附的F离子可以通过钙盐沉积去除，并且该荧光探针具有优异的磁性能，可以被回收和再利用而不会明显损失其活性，便于快速评估以及分离F离子，从而实现对F离子的监测和收集。
优选地，所述荧光探针的制备方法，包括以下步骤：
S1.合成自荧光标记物：
S11.将疏水性Fe3O4核心、去离子水和乙醇超声分散混合后，加入氨水溶液和正硅酸四乙酯-乙醇溶液，搅拌得到混合溶液A；
S12.将十六烷基三甲基溴化铵、去离子水和乙醇混合后，搅拌至获得澄清溶液B；
S13.将混合溶液A转移到澄清溶液B中，在搅拌条件下加入有机硅烷官能化碳点(SiCDs)-乙醇溶液，磁分离并洗涤产物后，用NH4NO3-乙醇溶液回流去除十六烷基三甲基溴化铵，得到自荧光标记物；
S2.合成荧光二氧化硅包覆的磁性纳米粒子；
S3.将荧光二氧化硅包覆的磁性纳米粒子、去离子水和纯碳点溶液摇动混合0.5～1.5h后，过滤洗涤干燥，即可得到所述荧光探针。
优选地，步骤S11中，所述疏水性Fe3O4核心、去离子水和乙醇的添加量之比为0.1g:1～5mL:5～15mL，更优选为0.1g:2.5mL:10mL。
优选地，步骤S11中，所述超声分散混合的条件为：超声波分散混合5min后，以1000rpm的转速进行搅拌。
优选地，步骤S11中，所述氨水溶液和正硅酸四乙酯-乙醇溶液的体积比为0.1～0.7:2.25，更优选为0.4:2.25。
更优选地，步骤S11中，所述正硅酸四乙酯-乙醇溶液为10％v/v的正硅酸四乙酯-乙醇溶液。
优选地，步骤S11中，所述搅拌的条件为：在40℃下机械搅拌10h。
优选地，步骤S11所述疏水性Fe3O4核心的制备方法，包括以下步骤：
S111.将无水FeCl3和柠檬酸三钠按质量比0.1～1.5:1溶解于乙二醇中，并搅拌至形成橙黄色溶液；
S112.在搅拌条件下(优选磁力搅拌)加入乙酸钠，直至得到均匀的黄棕色溶液，于150～250℃保持5～15h，冷却至室温后，磁分离黑色产物，洗涤并干燥后，即可得到所述疏水性Fe3O4核心。
更优选地，步骤S111中，所述无水FeCl3和柠檬酸三钠的质量比为0.8125:1。
更优选地，步骤S112中，所述乙酸钠的添加量是柠檬酸三钠质量的5～10倍，最优选为7.5倍。
更优选地，步骤S112中，得到均匀的黄棕色溶液后，于200℃保持10h。
更优选地，步骤S112中，所述洗涤并干燥的条件为：先用乙醇洗涤4～6次，再去离子水中洗涤1～2次，最后在40℃真空干燥。
优选地，步骤S12中，所述十六烷基三甲基溴化铵、去离子水和乙醇的添加量之比为0.1g:1～11mL:10～20mL，更优选为0.1g:6mL:15mL。
优选地，步骤S12中，所述搅拌为机械搅拌，转速为600rpm。
优选地，步骤S13中，所述搅拌条件为：于40℃、1000rpm的条件下进行剧烈机械搅拌。
优选地，步骤S13中，所述洗涤的条件为：用乙醇和/或去离子水洗涤4～6次。
优选地，步骤S11所述疏水性Fe3O4核心与步骤S13所述有机硅烷官能化碳点-乙醇溶液的质量体积比为0.1g:0.1～0.5mL，更优选为0.1g:0.5mL。
优选地，步骤S13中，所述用NH4NO3-乙醇溶液回流去除十六烷基三甲基溴化铵的方法为：在60～90℃下用NH4NO3-乙醇溶液(0.6wt％的乙醇溶液)回流8～16h；更优选为：在75℃下用NH4NO3-乙醇溶液(0.6wt％的乙醇溶液)回流12h。
优选地，步骤S2所述合成荧光二氧化硅包覆的磁性纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：
S21.将所述自荧光标记物加入到(3-氨丙基)三乙氧基硅烷的无水甲苯溶液中，在N2气氛下回流；
S22.磁分离步骤S21的产物，洗涤并干燥后，将所述产物加入到乙酸-乙醇溶液中后，加入二亚乙基三胺五乙酸酸酐，进一步回流；
S23.过滤回收并洗涤步骤S22的产物，将其分散在去离子水中，加入过量的镍盐，搅拌并调节pH值，即可得到所述荧光二氧化硅包覆的磁性纳米粒子。
优选地，步骤S21中所述回流的时间为20～28h；步骤S22中所述回流的时间为12～20h，回流的温度为60～100℃。
更优选地，步骤S21中所述回流的时间为24h；步骤S22中所述回流的时间为16h，回流的温度为80℃。
优选地，步骤S21中所述(3-氨丙基)三乙氧基硅烷的无水甲苯溶液中，无水甲苯与(3-氨丙基)三乙氧基硅烷的体积比为30:0.1～1.3，更优选为30:0.7。
优选地，步骤S22中所述洗涤为用丙酮进行洗涤。
优选地，步骤S22中所述乙酸-乙醇溶液为40％～60％v/v的乙酸-乙醇溶液，更优选为50％v/v的乙酸-乙醇溶液。
优选地，步骤S23中所述过滤回收并洗涤步骤S22产物的方法为：通过真空过滤回收步骤S22的产物后，用过量丙酮和去离子水进行洗涤。
优选地，步骤S23中所述镍盐为Ni(NO3)3。
优选地，步骤S23中所述pH值为5～7，更优选为6。
优选地，步骤S3中，所述荧光二氧化硅包覆的磁性纳米粒子与纯碳点溶液的质量体积比为1～20:1mg/mL，更优选为10:1mg/mL。
本发明所述有机硅烷官能化碳点(SiCDs)-乙醇溶液、所述纯碳点溶液、所述二亚乙基三胺五乙酸二酸酐可以通过市售后简单配制得到，也可以按下述方法制备得到。
本发明还提供了所述有机硅烷官能化碳点(SiCDs)-乙醇稀释溶液的制备方法，包括如下步骤：
S131.在高温条件下在N2气氛中合成SiCDs：将N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(AEAPMS)置于油浴中，在N2气氛中于200～240℃回流3～10min；
S132.在剧烈搅拌下，将无水柠檬酸快速加入溶液中反应1～5min后，得到橙黄色透明溶液；
S133.用石油萃取2～3次纯化最终产物，溶解在乙醇中，即可获得SiCDs-乙醇稀释溶液。
优选地，步骤S131中，在N2气氛中于220℃回流5min。
本发明还提供了所述纯碳点溶液(NCDs)的制备方法，包括如下步骤：
S31.将去离子水与柠檬酸三钠混合后，于180～220℃的恒温条件下进行水热反应3～7h；
S32.冷却后，加入氨溶液，于180～220℃再反应8～12h，透析，浸泡，搅拌过夜；
S33.将pH值调节至5.5～6.5(优选6)，获得NCDs溶液。
优选地，步骤S31中，于200℃的恒温条件下进行水热反应5h。
优选地，步骤S32中，于200℃再反应10h。
本发明还提供了所述二亚乙基三胺五乙酸二酸酐的制备方法，包括如下步骤：
S221.将二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)加入吡啶中，然后加入乙酸酐；通N2除去溶解的氧，将溶液在50～90℃搅拌反应12～36h，得到DTPA酐；
S222.将DTPA酐在过量乙酸酐中洗涤1～3次，在过量乙醚中洗涤2～4次，真空干燥，即可得到所述二亚乙基三胺五乙酸二酸酐。
优选地，步骤S221中，将溶液在70℃搅拌反应24h。
本发明首次使用碳点和Ni2+螯合物合成荧光探针来检测氟离子，其合成条件是绿色的、亲水的以及廉价的。该荧光探针可以很好的监测水环境中氟离子的实时浓度，F离子的最低检测限低至65nM，线性响应范围为1～25μM，具有很好的敏感性和选择性；同时，可高效吸附去除氟离子，在自来水中对氟离子的去除有效率高达96％，兼具快速高效的吸附效果和优异的再生性能，利于回收处理，不会造成二次污染；并且具有极好的生物相容性、良好的细胞通透性和低细胞毒性，在细胞内、外环境中检测F离子方向上显示出巨大的潜力，可以成功应用于活细胞中F离子的感应和成像。
因此，所述荧光探针在检测和/或去除氟离子方面的应用，也在本发明的保护范围之内。
优选地，所述应用是指在检测和/或去除水相介质中氟离子方面的应用。
本发明提供了还提供一种去除氟离子的方法，是将上述的荧光探针加入待处理物中吸附去除氟离子。
优选地，调节所述待处理物的pH值为3～10。
优选地，所述待处理物为水相介质。所述水相介质包括生活用水、生活污水和工业废水。
优选地，磁分离吸附氟离子后的荧光探针，将其与Ca2+溶液完全反应后，再与NCDs溶液重新反应进行重新组装，即能重复利用荧光探针重新吸附去除氟离子。
优选地，所述重复利用的次数为1～5次。
优选地，所述Ca2+溶液为可溶性钙盐溶液，首选为Ca(NO3)2溶液。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的方法完全适用于水环境中F离子的快速检测和分离。
(2)本发明可以高效去除氟离子，在自来水中对氟离子的去除有效率高达96％，且该荧光探针可以重复回收利用至少5次，而不会明显损失其活性，其重复使用性能优异；且荧光探针上吸附的F离子可以通过钙盐沉积去除，具有优异的稳定性和优异的超顺磁性能。
(3)本发明在可见光谱下具有稳定而良好的发光特性。当加入氟离子后，溶液颜色由绿色变为蓝色，反应前后颜色变化明显，可以在λex＝360nm的激发下通过肉眼来区分FSMN和NCDs的发光，从而可快速评估氟离子浓度。
(4)本发明检测氟离子的线性响应范围为1～25μM，检测限为65nM，线性检测范围宽，检测下限低，灵敏度高，选择性好，不受到其它阴离子的干扰，在生物化学、环境科学等领域具有实际的应用价值。
(5)本发明的荧光探针具有极好的分散性、极好的生物相容性、良好的细胞通透性和低细胞毒性，在细胞内、外环境中检测F离子方向上显示出巨大的潜力，可以成功应用于活细胞中F离子的感应和成像，且该荧光探针制备条件绿色环保、易控，适于批量生产。
附图说明
图1为二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)酸酐的制备流程图。
图2为纯碳点(NCDs)的制备流程图。
图3为荧光探针(FSMN-NCDs纳米颗粒)的多步合成路线。
图4为FSMN-NCDs纳米颗粒的显微形态。
图5中(a)纯十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米颗粒的红外光谱图；(b)为磁芯(Fe3O4核)的TEM图；(c～d)为Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米颗粒的HRTEM图。
图6为有机硅烷官能化碳点(SiCDs)和纯碳点(NCDs)的TEM图和HRTEM图；其中，(a)SiCDs(200kV,TEM)、(b)SiCDs(200kV,HRTEM)、(c)NCDs(200kV,TEM)、(d)NCDs(200kV,HRTEM)。
图7为标准DTPA酸酐和本发明合成DTPA酸酐的1H-NMR谱图；δH(400MHz,DMSO-d6):3.70(8H,s),3.29(2H,s),2.83–2.54(8H,m)。
图8为FSMN-NCDs纳米颗粒的XPS谱图；(a)调查、(b)C1S、(c)O 1S、(d)N 1S、(e)Ni3D FSMN、(f)F 1S FSMN-F-纳米颗粒。
图9中(a)为NCDs的FTIR图；(b)为SiCDs的FTIR图；(c)为NCDs的XRD图；(d)为SiCDs的XRD图。
图10中(a)为(i)Fe3O4核、(ii)Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米颗粒、(iii)FSMN和(iv)FSMN-NCDs纳米颗粒的FTIR光谱；(b)图中监测了合成过程中的另外的ζ电势；(c)为FSMN-NCDs纳米粒子的低角度XRD图谱；(d)和(e)FSMN和FSMN-NCDs纳米粒子的氮吸附/解吸等温线；(f)为Fe3O4核、Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米颗粒、FSMN-NCDs纳米颗粒的磁滞曲线。
图11为去离子水中FSMN水溶液(150ppm)和FSMN-NCDs纳米颗粒水溶液(150ppm)的荧光发射和激发光谱。
图12为FSMN的电子转移机制。
图13为不同镍离子浓度下NCDs的荧光寿命曲线。
图14为不同影响因素对探针检测效率的影响(a)不同阳离子存在的情况下；(b)不同阴离子存在的情况下；(c)不同pH度对Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米颗粒的影响；(d)循环使用次数对FSMN-NCDs纳米颗粒的影响。
图15为(a)在不同浓度F离子-去离子水溶液中，FSMN-NCDs纳米颗粒对F离子浓度的反应；(b)在不同浓度F离子-去离子水溶液中，FSMN-NCDs纳米颗粒对F离子浓度的峰值散点图；(c)在不同浓度F离子-去离子水溶液中，FSMN-NCDs纳米颗粒对F离子浓度的反应的检测限；(d)在不同浓度F离子-自来水溶液中，FSMN-NCDs纳米颗粒对F离子浓度的峰值散点图；(e)在不同浓度F离子-自来水溶液中；(f)在不同浓度F离子-自来水溶液中，FSMN-NCDs纳米颗粒对F离子浓度的反应的检测限。
图16为不同F离子浓度下FSMN-NCDs纳米颗粒的宏观颜色变化。
图17为FSMN-NCDs纳米颗粒可重复利用性质的示意图。
图18为(a)在不同种类、不同浓度干扰阴离子的情况下FSMN-NCDs纳米颗粒对F离子的检测能力；(b)FSMN-NCDs纳米颗粒F离子检测完全响应时间。
图19为(a)FSMN的CCK-8细胞活性检测；(b)FSMN-NCDs纳米颗粒的CCK-8细胞活性检测；(c)SCC-15细胞与FSMN-NCDs纳米颗粒共培养光镜图；(d)MC3T3细胞与FSMN-NCDs纳米颗粒共培养光镜图；(e)SCC-15细胞、MC3T3细胞与FSMN-NCDs纳米颗粒共培养的激光共聚焦图。
图20为Fe3O4、Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米颗粒及FSMN-NCDs纳米颗粒低磁场强度磁滞曲线。
图21为(a)NCDs的荧光激发-发生光谱；(b)SiCDs的荧光激发-发生光谱。
图22为NCDs的XPS谱图。(a)NCDs的C 1s；(b)NCDs/Ni2+的C 1s。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1亲水性Fe3O4核心、有机硅烷官能化碳点(SiCDs)稀释溶液的合成及自荧光标记物(Fe3O4@mSiO2-SiCDs)的制备
1、疏水性Fe3O4核心的合成，包括以下步骤：
(1)将0.325g无水FeCl3和0.4g柠檬酸三钠溶解于40mL乙二醇中，并磁力搅拌下至形成橙黄色溶液；
(2)在磁力搅拌下，加入3g乙酸钠，直至获得均匀的黄棕色溶液后，将溶液转移到50mL聚四氟乙烯(Teflon)衬里的高压釜中，并在200℃保持10h；冷却至室温后，通过磁力分离黑色产物，用乙醇洗涤5次后，在去离子水中洗涤1次，并在40℃真空干燥，即可得到疏水性Fe3O4核心。
2、有机硅烷官能化碳点(SiCDs)稀释溶液的合成，包括以下步骤：
(1)在高温条件下在N2气氛中合成SiCDs：将10mLAEAPMS置于油浴中的100mL三颈烧瓶中，在N2气氛中于220℃回流5min；
(2)在剧烈搅拌(1000rpm)下，将0.5g无水柠檬酸快速加入溶液中反应1min后，得到橙黄色透明溶液；
(3)用50mL石油萃取3次纯化最终产物，然后溶解在100mL乙醇中，最后获得SiCDs-乙醇溶液。
3、自荧光标记物(Fe3O4@mSiO2-SiCDs)的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述0.1g疏水性Fe3O4核心、2.5mL去离子水和10mL乙醇在超声条件下分散混合5min后，在剧烈机械搅拌(1000rpm)下(水浴)转移至100-mL三颈圆底烧瓶中；然后，通过微量移液管加入0.4mL氨水溶液和2.25mL正硅酸四乙酯(TEOS)-乙醇溶液(10％v/v)，在40℃下机械搅拌10h，得到混合溶液A；
(2)同时在具有中速机械搅拌(600rpm)的100-mL三颈烧瓶中，将0.1g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、6mL去离子水和15mL乙醇混合均匀，直至获得澄清溶液B；
(3)将上述混合溶液A转移到澄清溶液B中，并在40℃下进一步剧烈机械搅拌(1000rpm)下，将上述0.5mL有机硅烷官能化碳点(SiCDs)-乙醇溶液加入到混合物中，搅拌2h后，用磁铁收集产物，并用乙醇和去离子水洗涤4～6次，将洗涤的产物在75℃下用NH4NO3-乙醇溶液(0.6wt％的乙醇溶液)回流12h充分去除CTAB，得到Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米颗粒，即为自荧光标记物。
该Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米颗粒可以在乙醇中稳定几个月，并具有良好的分散性。在-70℃达到133ubar以下的真空度条件下，持续冻干24h，可以得到Fe3O4@mSiO2-SiCDs粉末，其可以在室温下储存。
实施例2DTPA酸酐以及荧光二氧化硅包覆的磁性纳米粒子(Fe3O4@mSiO2-SiCDs@DTPA-Ni2+，FSMN)的制备
1、二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)酸酐的制备流程如图1所示，具体包括以下步骤：
(1)将33.7g二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)加入到含有40mL吡啶的250mL圆底烧瓶中，然后加入33mL乙酸酐；
(2)通N2除去溶解的氧，将溶液在70℃剧烈搅拌(1000rpm)反应24h，得到DTPA酸酐；
(3)将DTPA酸酐在过量乙酸酐中洗涤2次后，在过量乙醚中洗涤3次，真空干燥，即可得到二亚乙基三胺五乙酸二酸酐。
2、荧光二氧化硅包覆的磁性纳米粒子(Fe3O4@mSiO2-SiCDs@DTPA-Ni2+,FSMN)的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述实施例1的0.3g的Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米颗粒加入到30mL含有0.7mL(3mmol)的(3-氨丙基)三乙氧基硅烷(APTES)的无水甲苯(无水甲苯的体积为29.3mL)中，在N2气氛下回流24h，得到APTES修饰的纳米颗粒；
(2)磁分离APTES修饰的纳米颗粒，用丙酮充分洗涤并干燥后，将0.1g APTES修饰的纳米颗粒加入到36mL乙酸乙醇溶液(50％v/v)中后，加入预先制备的二亚乙基三胺五乙酸(DTPA)酸酐，并在80℃下进一步回流16h；
(3)最后，通过真空过滤回收Fe3O4@mSiO2-SiCDs@DTPA纳米颗粒，先用过量丙酮洗2次，再用去离子水洗涤2次，每次洗涤使用的体积是20mL；然后将其分散在50mL去离子水中后，加入稍微过量的Ni(NO3)3盐搅拌1h，并将pH调为6.0，再进一步搅拌24h后，得到FSMN(Fe3O4@mSiO2-SiCDs@DTPA-Ni2+)，即为荧光二氧化硅包覆的磁性纳米粒子，可以通过冻干收集FSMN粉末。
实施例3纯碳点(NCDs)的合成以及荧光探针(Fe3O4@mSiO2-SiCDs@DTPA-Ni2+-NCDs，FSMN-NCDs)的制备
1、纯碳点(NCDs)的制备流程如图2所示，具体包括以下步骤：
(1)将20mL去离子水与0.84g柠檬酸三钠混合，将其转移到50mL聚四氟乙烯衬里的水热反应器中，并在200℃的恒温条件下反应5h；
(2)冷却后，加入氨溶液，在200℃条件下再反应10h，将得到的黄棕色溶液在透析袋中透析，将其浸泡在1000mL去离子水中，同时用温和磁力搅拌(200～600rpm)过夜；
(3)将pH值调节至6后，获得NCDs溶液。
2、荧光探针(Fe3O4@mSiO2-SiCDs@DTPA-Ni2+-NCDs，FSMN-NCDs)的制备方法如下：
在轻度摇动下，将上述实施例2的10mg荧光二氧化硅包覆的磁性纳米粒子(FSMN粉末)和4mL去离子水一起加入到1mL纯碳点(NCDs)溶液中(FSMN与NCDs溶液的质量体积比为10:1mg/mL)，摇动混合1h后，过滤，用去离子水洗涤3次，并冷冻干燥，得到FSMN-NCDs粉末，即为荧光探针。
实施例4荧光探针(Fe3O4@mSiO2-SiCDs@DTPA-Ni2+-NCDs，FSMN-NCDs)的制备
其他条件同实施例3，唯一不同之处在于：将1mg荧光二氧化硅包覆的磁性纳米粒子(FSMN粉末)和4mL去离子水一起加入到1mL纯碳点(NCDs)溶液中，即FSMN与NCDs溶液的质量体积比为1:1mg/mL，即可得到高效多孔超顺磁性荧光探针。
实施例5荧光探针(Fe3O4@mSiO2-SiCDs@DTPA-Ni2+-NCDs，FSMN-NCDs)的制备
其他条件同实施例3，唯一不同之处在于：将20mg荧光二氧化硅包覆的磁性纳米粒子(FSMN粉末)和4mL去离子水一起加入到1mL纯碳点(NCDs)溶液中，即FSMN与NCDs溶液的质量体积比为20:1mg/mL，即可得到高效多孔超顺磁性荧光探针。
实施例6荧光探针的微观结构及其证明
(1)本发明荧光探针使用Fe3O4纳米颗粒作为内核，并且以介孔二氧化硅作为外壳，提供了大的比表面积。图3中示出了磁性荧光探针(FSMN-NCDs纳米颗粒)的多步合成路线。在FSMN-NCDs纳米颗粒的制备过程中，以TEOS作为硅源，以SiCDs作为标记荧光团，以CTAB作为结构导向剂。
(2)图4中a图显示了FSMN-NCDs纳米颗粒的显微形态，这证实FSMN-NCDs纳米颗粒几乎是球形的，并且是具有良好分散性，FSMN-NCDs纳米颗粒的直径约为250nm。在图4中b图高分辨率TEM(HRTEM)图像中，FSMN-NCDs纳米颗粒可容易区分介孔二氧化硅层(约75nm)和不规则介孔二氧化硅层。图4中d图、e图和f图中的SEDS显示了图4中c图中Fe、Si和Ni的灰度分布。在二氧化硅层中存在和均匀分布的Ni2+离子表明，Ni2+与DTPA成功螯合。
(3)本发明傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析验证了CTAB的成功去除。Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米粒子在1470cm-1处不存在十六烷基三甲基分裂吸收峰，这也侧面印证了CTAB的去除(图5中a图)。
(4)FSMN-NCDs纳米颗粒具有如图5中b图所示的磁芯，很容易通过外部磁场分离。FSMN-NCDs纳米颗粒的衍射峰与Fe3O4反尖晶石结构的正常特征衍射图(PCPDFWIN v.2.02，PDF No.89-0691)紧密匹配。晶格参数计算为8.38A°。除了Fe3O4的特征峰外，20～27°的宽带可归属于非晶硅壳(PCPDFWIN v.2.02，PDF No.29-0085)和不规则石墨结构。图5中c图和d图中的HRTEM分析进一步说明了SiCDs在二氧化硅层中的成功固定。在0.207nm处的清晰条纹距离与图6中SiCDs的(102)晶格距离相匹配。
(5)本发明使用APTES使Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米粒子-NH2官能化，APTES在乙酸酐/乙醇环境中与DTPA酸酐的-CO-O-OC-基团进一步反应(图7)。
(6)为了阐明FSMN上DTPA的连接并研究其表面官能团，本发明对FSMN(图8中a图～图8中e图)和FSMN-F-(图8中f图)纳米颗粒进行了XPS调查，以消除来自NCDs的中断。图8中b图C 1s的解卷积XPS谱图由对应于C＝C(sp2碳)、CC/CH(sp3碳)、CN/CO(sp3碳)的集中在284.1、284.7、285.7和288.6eV的四个峰组成)和-COOH/-CONH-(氧化碳)。由于羧基和Ni2+离子之间的配位作用，-COOH的峰值比报道的结果稍高一点31。CN/CO(sp3碳)的高强度被认为是DTPA分子的CN键和由AEAPMS制备的SiCDs的存在.24和C＝C(sp2碳)的拟合峰再次证实固定化SiCDs在石墨结构。图8中的c图中530.5和532.8eV处的高分辨率O 1s光发射的宽峰对应于C＝O和Si-O，而在532.0eV处的强峰是指介孔二氧化硅壳的-OH。在图8中的d图中，N 1的高分辨率扫描可以拟合到N-H，C-N和-CONH-键的三个峰。据推测在399.5eV处的峰表示SiCD中的吡咯N(NH)和二氧化硅壳上的未反应的-NH 2基团.26在400.1eV处的峰表示二氧化硅壳中SiCD的石墨N(CN)，其为与图9中的a图中SiCD的FTIR光谱相同。出现在401.0eV的峰归因于DTPA和二氧化硅层之间肽键的CO-NH键中的氮原子[24,26]。图8中的e图中存在高分辨率Ni 3d3/2和Ni 3d5/2光电子能量837.1和853.8eV与多重spilts证实与Fe3O4@mSiO2-SiCDs@DTPA纳米粒子形成镍螯合物。主峰和多重峰之间的差值为4.6eV，这表明Ni2+和-COOH的组合被氧化成Ni 2O 3态。在687.0eV处F 1s的高分辨光谱对应于与Ni2+离子结合的半离子键合氟化物(图8中的f图)。
(7)(i)Fe3O4核，(ii)Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米颗粒，(iii)FSMN和(iv)FSMN-NCDs纳米颗粒的FTIR光谱显示在图10中的a图中。Fe3O4磁芯中的Fe-O占据了559cm-1附近的强吸收。2880cm-1(ii)，2890cm-1(iii)和2885cm-1(iv)的亚甲基峰证实存在SiCD，与图9中的a图中的SiCD的FTIR光谱相比。NH键在1460cm-1处的特征宽度表明DTPA和二氧化硅层的成功结合，而在3366和3296cm-1处NH键的不对称和对称伸缩振动没有清楚地观察到，可能是因为它们被覆盖通过在3200～3400cm-1.32处的-OH的特征伸缩振动峰对于FSMN(iii)和FSMN-NCDs纳米颗粒(iv)，1610cm-1附近的强峰对应于vas(COO-)的配位羧基，但是与二氧化硅层上1650cm-1水合H2O的OH振动叠加[32-33]。由CO-NH键引起的FSMN(3)中1695cm-1的尖峰表示DTPA在这表明CO-NH中的氧不协调。在1697cm-1FSMN-NCDs纳米粒子(iv)上的尖锐峰显示，对于pCD的组合，CO-NH键的强度相对增加。上述结果也与XPS调查结果一致，揭示SiCD已成功固定在介孔二氧化硅层中，DTPA与Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米粒子结合，在FSMN-1表面存在许多亲水官能团，pCD纳米颗粒。
(8)在图10中的b图中监测了合成过程中的另外的ζ电势，这揭示了FSMN-pCD纳米颗粒的建立过程中的表面修饰和电势变化。由于柠檬酸三钠脱水物的表面改性，Fe3O4核心(i)显示-25.4mV的负电势，其归因于-OH基团。Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米颗粒(ii)显示正电位+28.7mV。这主要归因于中孔二氧化硅壳表面上的SiCDs。然而，经APTES修饰后，电位转换为+41.5mV(iii)，表明二氧化硅层表面的-NH2结合并证实了XPS获得的结果。Fe3O4@mSiO2-SiCDs@DTPA纳米粒子(iv)的电位为-32.7mV，归因于DTPA的结合，而FSMN(v)的电位为-17.3mV，表明Ni2+离子的螯合.34并且FSMN-NCDs纳米颗粒(vi)的潜力变得更负(-45.1eV)表明NCDs的连接。
(9)作为SiCDs固定之后的下列应用中的具体特征，介孔结构为化学反应提供了更大的表面和结合位点。低角度XRD图谱(见图10中的c图的插图)显示了从2°到4.5°的强衍射峰，其代表FSMN-NCDs纳米粒子中外二氧化硅层的典型二维中孔结构。从4.5°到8.0°的广泛弱峰可能是由于SiCDs的无序固定过程引起中孔的不均匀分布和不规则结构，这与之前关于均匀和非均匀介孔二氧化硅结构的报道相似。35-36FSMN和FSMN-NCDs纳米粒子的氮吸附/解吸等温线表现出具有滞后性的IV型等温曲线(图10中的d图和图10中的e图)，这是介孔材料的特征。计算出键合NCDs前的表面积和总孔体积分别高达282.34m2/g和0.630cm3/g，远高于Fe3O4@SiO2纳米粒子37-38。由等温线的解吸部分确定的孔径分布证实了平均直径为3.28nm的中孔的形成。连接NCDs后，表面积和总孔体积下降到231.21m2/g和0.413cm3/g，而孔径变小(2.939nm)。有趣的是，由于NCDs的螯合作用，孔直径显示出从2.5到4.5nm的急剧减小，这很好地满足了NCDs的直径。
(10)FSMN-NCDs纳米颗粒由于其磁性而易于被外部磁体分离。图10中f图和图11中的磁滞曲线表明，中间产物和最终产物在300K显示出理想的超顺磁性，这对于磁分离39，荧光探针40，靶向药物递送41和其他应用42而言是令人满意的特性。对于Fe3O4核，Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米颗粒和FSMN-NCDs纳米颗粒，饱和磁化强度的值分别为59.3、41.1和19.0emu/g。FSMN-NCDs纳米粒子与已报道的二氧化硅复合材料相比具有更高的饱和磁化强度，表明它具有更好的应用潜力.43由于超顺磁性和高饱和磁化强度，FSMN-NCDs纳米粒子在实际应用中在较低的外部磁场中表现出强磁性灵敏度。
实施例7氟离子检测机制及应用
(1)图11显示了去离子水中FSMN水溶液(150ppm)和FSMN-pCD纳米颗粒水溶液(150ppm)的荧光发射和激发光谱。FSMN水溶液在λex-FSMN＝360nm紫外光照射下在下显示最强的荧光发射峰λem-FSMN＝565nm(绿光)，在λem-FSMN＝470nm处具有宽而弱的发射峰。如图12所示，在338nm和370nm激发下，NCDs和SiCDs的最强荧光发射分别位于λem-NCDs＝430nm(蓝光)和λem-SiCDs＝470nm处。因此，本发明可以在λex＝360nm的激发下通过肉眼来区分FSMN和NCDs的发光。显然，与FSMN水溶液的荧光光谱相比，相同浓度的FSMN-NCDs水溶液的荧光性质存在差异。关于FSMN-NCDs水溶液的发射曲线，短波长区域的荧光强度高于FSMN水溶液的光谱。在图11的插图中，由于Ni2+离子的荧光猝灭作用，FSMN水溶液和FSMN-NCDs水溶液之间的值差异与NCDs的光谱模式一致，而强度差异远远低于通常浓度的NCDs。
(2)在正常条件下，镍与螯合态与水分子配位，[Ni(III)2(DTPA)2(H2O)]2-通过在DTPA配体中共享一对羧基氧原子形成双核结构，只有一个配位水分子位Ni(III)阳离子的一侧，因此这个Ni(III)是十配位的，而另一个没有配位水分子的Ni(III)是未配位的。当二聚螯合物溶解在水溶液中，中心Ni(III)与Gd(III)离子的特性一样，由五个羧基氧原子，一个配位水分子和三个来自DTPA配体的氮原子未配位。正如在图10中a图(iii)FTIR光谱中FSMN的1695cm-1处的尖峰归因于-CONH-键的存在，表明DTPA连接在混合纳米颗粒的表面上并且-CONH-键中的氧与Ni2+不配合连接。因此，在FSMN表面，DTPA的一个羧基(与叔胺基团相连)与ATPES修饰的胺基团结合，导致了脱水合成，并且对Ni2+离子的不饱和配位产生了明亮。-OH的原始位置被H2O/OH-占据，并最终成为图12中与两个水分子或两个羟基配位的非配位螯合物Ni(III)(DTPA)(H2O)2。因此推测DTPA中的羟基氧和C-N-C键与Ni2+离子配位构成F-离子受体。与Ni2+离子螯合的NCDs的羧基氧和羟基氧是F-离子检测应用中电子转移和荧光猝灭机理所必需的，如图12所示。
(3)为了进一步阐明荧光猝灭现象的机制，本发明对荧光猝灭探针进行了时间分辨荧光发射研究，并进行了严格的对照试验。图13中a图显示了通过在λex＝360nm激发样品并且在不同浓度的Ni2+离子下监测λem＝430nm处的发射波长，在没有和存在Ni2+离子的情况下NCDs的时间分辨发射衰减迹线。有趣的是，随着Ni2+离子的增加，NCDs的发射衰减曲线变得更快。这一观察表明，Ni2+离子的浓度的增加对从NCDs到Ni2+离子的电子转移是促进的。因此，观察到添加Ni2+离子的更快的发射衰减曲线。通过激发360nm的FSMN和监测430nm的发射也进行了类似的研究。图13中b图示出了在FSMN存在和不存在时，NCDs的时间分辨发射衰减迹线。本发明发现，与添加FSMN相比，增加FSMN时类似的特征和更快的发射衰减痕迹。因此推测荧光猝灭是由于非辐射电子从激发态转移到金属离子，通过NCDs上的羧基与Ni2+离子中心之间的软-软相互作用。为了证实这一点，本发明在图13中用Ni2+离子对NCDs进一步进行了XPS研究。XPS分析显示Ni2+离子与NCDs上的-COOH基团结合。这表明Ni2+离子直接结合，导致更高的发光猝灭和更快的衰变迹线。因此，NCDs和Ni2+离子复合物被高度螯合，这与传统的F-离子检测检测机制不同。根据以上XPS研究和Ni(III)(DTPA)(H2O)2中Ni2+离子与NCDs表面上的羧基的配位，形成Ni(III)(DTPA)(NCDs-COO)增加了NCDs的电子密度，这减少了电子缺陷并导致图12中的荧光猝灭现象。这最终导致电子从NCDs转移到FSMN的Ni2+离子。而荧光的恢复可归因于F-离子替代溶液中结合的NCDs。加入F-之后荧光强度恢复，因为它具有与FSMN的Ni2+离子结合的高能力。加入F-离子后，它占据结合位点，从而从水溶液中的二氧化硅表面取代NCDs。在图8中的f图中的高分辨率F 1s XPS光谱中，氟离子与FSMN的结合清楚地表明了半离子氟化物。
(4)至于自荧光标记(SiCDs)，图13中c图和图13中d图显示了不同浓度的Ni2+离子下SiCDs和Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米粒子的时间分辨发射衰减曲线。很明显，随着Ni2+离子的增加，其排放衰减几乎不变。这表明SiCDs的有机硅烷官能化过程和SiCDs与二氧化硅壳之间的共价连接阻断了大量的-COOH，并且有利于在复杂的水溶液条件下自身荧光标记的良好稳定性。同时，与NCDs与报道的碳点复合物不同，SiCDs和Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米粒子在许多类型的盐水溶液中都是稳定的，并且具有不同的荧光猝灭性质(图14中a图和图14中b图)。探索了Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米粒子在酸性和碱性溶液中的稳定性(图14中c图)。结果表明，Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米粒子在pH为3～10之间是稳定的。
(5)在NCDs溶液中加入FSMN粉末导致FSMN-NCDs纳米颗粒形成中的荧光猝灭效应的“关闭”现象。在图15中的a图中，在F-离子逐步增加(1～1000μM)后，NCDs以“开启”效应恢复荧光，水溶液的发射波长从470nm变化为430nm，荧光强度峰值随着F-离子浓度的逐渐增加而增加，表明F-离子的加入可以有效地恢复NCDs的荧光。同时，混合物的发射光从绿光逐渐移向蓝光，并且可以通过肉眼很容易地识别荧光的变化(图16)。为了评估探针的灵敏度，使用不同浓度的F-离子进行试验，并观察到在图15中的b图中加入700μM F-离子后荧光强度恢复了90％。根据校准曲线的统计处理来估计检测限(LOD)。同时，根据公式1，
Figure BDA0001812291220000171
溶液相对于氟化物浓度的相对强度(F-F0/F0)在1～25μM范围内显示出良好的线性，R2＝0.9997(图15中c图)。LOD计算为65nM。在施加外部磁场时，磁性载体与F-离子一起可以容易地从溶液中移除，如图17所示。
(6)如前所述，NCDs/Ni2+离子系统可用于检测F-离子；然而，在任何环境样品中，还存在许多其他竞争性离子。FSMN-NCDs纳米粒子对F-离子具有重要的选择性，测量了不同阴离子存在下的荧光响应。图18中的a图显示了水溶液中不同阴离子的荧光响应。分别加入Cl-、Br-、SO4 2-、PO4 2-、CO3 2-、HPO4 -和NO3 -离子后观察到可忽略的回收率。有趣的是，即使其他阴离子存在，在加入F-离子后荧光几乎完全恢复，表明本发明合成的荧光探针对F-离子具有高度特异性和选择性。F-离子是能够识别带正电的中心(Ni2+离子)并与NCDs上的-COOH竞争，导致从FSMN释放pCD并导致荧光增强的最强和最小的电负离子。与其他酸根相比，对Cl-离子和Br-离子的更高荧光响应表明，离子直径也可能参与了检测探针的识别机制。
(7)为了研究受体对氟化物的响应时间，本发明测量了加入氟离子后荧光强度随时间变化的变化。图18中的b图清楚地表明，荧光强度从0～40min内快速增加，从40～60min缓慢增加，并且最终在建立平衡之后保持恒定。
(8)评估自来水样品中氟离子检测的有效性和重复性。
将本发明检测探针用于检测通过200nm硝酸纤维素膜过滤的自来水中的F-离子以去除细菌和悬浮颗粒。
实验发现，本发明氟离子检测探针在自来水中检测效果很好，当F-离子浓度为600μM时，其回收率可达90％(图15中的d图和图15中的e图)。观察到荧光强度随着F-浓度的增加而增加。在浓度超过0～25μM范围内，R2＝0.9929时对F-离子具有线性响应(图15中的f图)。然而，不同浓度的自来水中荧光的变化率高于去离子水中的变化率，这可能是由于水龙头中存在有机杂质、矿物质、Cl-离子和H2PO4-离子等缘故。
本发明通过使用外部磁体分离结合FS的FSMN进一步计算探针的可重复使用性。与Ca(NO3)2完全反应后，再与NCDs溶液重新结合后，本发明检测探针中分离的FSMN可成功用于另外四个循环。而且，研究发现，重复循环使用中本发明检测探针感测能力的损失微乎其微(图14中的d图)。使用电感耦合等离子体质谱法(ICP-AES)测定每个循环中F-离子的定量分离发现，使用1000mg本发明设计的荧光探针可以磁性吸附分离21.4mg的F-离子(表1)。
表1本发明荧光探针对氟离子的重复吸附分离性能
Figure BDA0001812291220000191
实施例8荧光探针的体外细胞毒性和荧光成像研究
1、体外细胞毒性检测方法
(1)将人鳞状细胞癌细胞系SCC-15和人成骨细胞系MC3T3细胞(2×103个细胞)分别接种到96孔板中，并在100μL含有10μM的DMEM：F12(1：1)的FBS(即DMEM：F12与FBS的总体积为100μL)中培养48h(37℃，5％CO2)；
(2)将上述细胞与不同浓度(0、10、25、50、75、100、150、200、300和500μg/mL)的FSMN或FSMN-NCDs纳米颗粒在新鲜DMEM：F12(1：1)中共培养，然后在没有血清的培养基再培养24h；
(3)共培养后，通过CCK8测定检查活细胞浓度。所有实验重复三次。
2、活细胞成像方法
(1)将SCC-15和MC3T3细胞分别与FSMN纳米颗粒、FSMN-pCD纳米颗粒(150μg/mL)一起在37℃下在潮湿的5％CO2培养箱中培养24h；
(2)用新鲜PBS洗涤3次后，通过共聚焦显微镜在360nm紫外光激发下对细胞进行成像；
(3)加入含有500μM F离子的PBS溶液并共培养2h，PBS洗涤3次后，用相同激发波长的紫外光(360nm)再次对细胞成像。
3、结果
实验发现，SCC-15和MC3T3细胞活力均无明显下降。因此，该探针无毒且具有生物相容性、无细胞毒性，可用于活细胞内F-离子的生物成像(图19中的a图和图19中的b图)。在没有F-离子的情况下，在360nm激发下观察到很少的绿色荧光。然而，当细胞与有F-离子共培养时，在核区域周围的溶酶体中观察到清晰的绿色信号，表明本发明的探针在F-离子存在下显示“开启”行为的能力(图19中的c图到19中的e图)。
由图20可知，Fe3O4纳米颗粒、Fe3O4@mSiO2-SiCDs纳米颗粒及FSMN-NCDs纳米颗粒均体现超顺磁性。
由图21可知，NCDs荧光发射光集中于蓝色波段、SiCDs荧光发射光较NCDs的偏红色波段。
由图22可知，Ni离子主要结合NCDs的C-O键。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种氟离子的检测方法，其特征在于，所述检测方法是利用氟离子与纯碳点竞争性结合荧光探针中的Ni2+，从而改变荧光强度来实现氟离子的定量检测；其中，所述荧光探针由自荧光标记物和猝灭荧光探针组成；所述自荧光标记物为含有有机硅烷官能化碳点的介孔二氧化硅，所述猝灭荧光探针为纯碳点和镍离子的螯合物，所述荧光探针的粒径为250nm；相同激发波长下自荧光标记物和纯碳点之间的最大发射光和荧光强度不同，荧光强度随着氟离子增加而逐渐恢复，水溶液的发射光颜色从绿色变为蓝色，从而根据荧光探针发光光谱的变化实现识别和定量检测氟离子；
所述荧光探针的制备方法包括以下步骤：
S1. 合成自荧光标记物：
S11. 将疏水性Fe3O4核心、去离子水和乙醇超声分散混合后，加入氨水溶液和正硅酸四乙酯-乙醇溶液，搅拌得到混合溶液A；
S12. 将十六烷基三甲基溴化铵、去离子水和乙醇混合后，搅拌至获得澄清溶液B；
S13. 将混合溶液A转移到澄清溶液B中，在搅拌条件下加入有机硅烷官能化碳点-乙醇溶液，磁分离并洗涤产物后，用NH4NO3-乙醇溶液回流去除十六烷基三甲基溴化铵，得到自荧光标记物；
S2. 合成荧光二氧化硅包覆的磁性纳米粒子；
S3. 将荧光二氧化硅包覆的磁性纳米粒子、去离子水和纯碳点溶液摇动混合0.5~1.5h后，过滤洗涤干燥，得到所述荧光探针；
步骤S2所述合成荧光二氧化硅包覆的磁性纳米粒子，包括以下步骤：
S21. 将所述自荧光标记物加入到（3-氨丙基）三乙氧基硅烷的无水甲苯溶液中，在N2气氛下回流；
S22. 磁分离步骤S21的产物，洗涤并干燥后，将所述产物加入到乙酸-乙醇溶液中后，加入二亚乙基三胺五乙酸酸酐，进一步回流；
S23. 过滤回收并洗涤步骤S22的产物，将其分散在去离子水中后，加入过量的镍盐，搅拌并调节pH值，得到所述荧光二氧化硅包覆的磁性纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤S11所述疏水性Fe3O4核心的制备方法，包括以下步骤：
S111. 将无水FeCl3和柠檬酸三钠按质量比0.1～1.5:1溶解于乙二醇中，并搅拌至形成橙黄色溶液；
S112. 在搅拌条件下加入乙酸钠，直至得到均匀的黄棕色溶液，于150~250℃保持5~15h，冷却至室温后，磁分离黑色产物，洗涤并干燥后，得到所述疏水性Fe3O4核心。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，步骤S21中所述回流的时间为20~28h；步骤S22中所述回流的时间为12~20 h，回流的温度为60~100℃。
4.一种去除氟离子的方法，其特征在于，将权利要求1所述的荧光探针加入待处理物中吸附去除氟离子。
5.根据权利要求4所述去除氟离子的方法，其特征在于，所述待处理物为水相介质。
6.根据权利要求4所述去除氟离子的方法，其特征在于，磁分离吸附氟离子后的荧光探针，将其与Ca2+溶液完全反应后，再与NCDs溶液重新反应进行重新组装，即能重复利用荧光探针重新吸附去除氟离子。
7.根据权利要求6所述去除氟离子的方法，其特征在于，所述重复利用的次数为1~5次。
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