CN109324027A - 一种以对苯二胺和乙酸为碳源制备荧光碳点检测金霉素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以对苯二胺和乙酸为碳源制备荧光碳点检测金霉素的方法：以对苯二胺和乙酸为碳源，乙醇为分散系，溶剂热反应釜加热条件下，合成发橙红色荧光碳点溶液；合成的碳点具有荧光特性，最大激发波长为527 nm，最大发射波长为576 nm；碳点溶液与不同浓度的金霉素溶液反应后，荧光碳点溶液的荧光强度值和金霉素的浓度之间呈现良好的线性关系（I _F‑I _F0）/I _F0=2.9257×10⁶ c+0.3473，其中I _F为荧光强度值，c为金霉素浓度，可检测溶液金霉素浓度的范围为1.0×10^‑8–1.0×10^‑5 mol L^‑1，检出限为：1.5×10^‑9mol L^‑1。本发明工艺简单，能快速制备荧光碳点，且能精确测定溶液的金霉素浓度。根据线性关系，测定了三个合成样品，测定的回收率97.10%–99.20%，说明该方法有较好的实际应用价值。

Description

一种以对苯二胺和乙酸为碳源制备荧光碳点检测金霉素的 方法

技术领域

本发明属于化学应用技术领域，具体涉及一种以对苯二胺和乙酸为碳源制备荧光碳点检测金霉素的方法。

背景技术

碳点(Carbon dots，CDs)是一种新型的荧光发光纳米材料，碳点的形态呈球形颗粒状，尺寸普遍在10 nm之内，化学成分主要由 C、H、O 和 N 四种元素组成。碳点有很多的优良性质：如：发光效率高，稳定性好，原材料丰富，粒径小，分子量低，有良好的生物相容性、低毒性、表面含有丰富的基团，易与药物等分子结合，是良好的生物医药载体。但是，现阶段制备的碳点仍然有一些不足。比如，波长调控难以实现。目前报道的大多数碳点发光区域集中在蓝光的短波区域，如何更有效的获得发射波长在长波区域的碳点仍有很大的探索空间。而一般在生物应用方面，需要红光或者近红外的碳点材料，因为红光材料不仅对生物组织穿透能力强，且能使组织蛋白的背景荧光大幅减弱。所以，如何获得高效的在长波长区域发光的碳点一直是这几年来研究的热点。

金霉素(Aureomycin，AM)，又名氯四环素(Chlortetracycline，CTC)，分子式为C₂₂H₂₃ClN₂O₈，分子量为478.88，为金黄色晶体，味苦。对自然界中金霉素含量的检测具有重要的意义。金霉素的检测方法主要有高效液相色谱法、荧光分光光度法、免疫学方法、毛细管电泳法。其中荧光分光光度法比较简便、仪器设备价格相对比较低廉、检测迅速、检测灵敏度高，所以，本论文选用荧光分光光度法检测金霉素。本方法具有操作简单，检测范围宽等特征。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种以对苯二胺和乙酸为碳源制备荧光碳点检测金霉素的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案：一种以对苯二胺和乙酸为碳源制备荧光碳点检测金霉素的方法，包括以下步骤：

(1) 以对苯二胺和乙酸为碳源，溶剂热法加热条件下合成粗碳点溶液，经离心和减压过滤处理后得到碳点溶液；

(2)检测(1)中得到的荧光碳点溶液与不同浓度的金霉素溶液反应后的荧光值；

(3) 根据不同浓度的金霉素与碳点溶液的荧光值之间的关系，即可在一定范围内检测出未知溶液的金霉素。

具体来讲，步骤(1)是以对苯二胺和乙酸为碳源，溶剂热法加热条件下合成碳点溶液，具体合成过程包括：分别移取5.0 mL的5.0 mmol L^-1的对苯二胺溶液，4.0 mL的3.0mmol L^-1的乙酸溶液，1.0 mL的无水乙醇加入到20.0 mL的聚四氟乙烯反应釜中，将反应釜放入电热鼓风干燥箱中，在180 ℃的温度条件下反应30 min，得到碳点粗溶液。

步骤(1)所述碳点粗溶液的后续处理过程包括：将得到的碳点粗溶液分别置于离心管里，并进行离心处理，转速为10000转/分钟，离心15分钟后，取上清液进行减压过滤处理，最终得到深红色透明的碳点溶液。

步骤(2) 和(3)所述的检测金霉素浓度的范围为1.0×10^-8 – 1.0×10^-5mol L^-1。

根据线性关系，测定了三个合成样品，测定的回收率97.10%– 99.20%。

本发明对于现有荧光碳点和金霉素的检测技术和方法所表现出来的一些缺陷，提出用乙醇配置好的对苯二胺溶液与一定浓度的乙酸溶液按一定比例混合，结合溶剂热法合成制备均匀性良好的荧光碳点并用于金霉素的检测。该方法具有操作简单、检测范围宽的特点。

附图说明

图1是本发明实施例制备的碳点溶液的荧光光谱图。

图2是本发明实施例制备的碳点溶液的AFM图。

图3是本发明实施例制备的碳点溶液的AFM中粒径分布图。

图4是本发明实施例制备的碳点溶液检测不同浓度的金霉素溶液的荧光光谱图。

图5是本发明实施例制备的碳点溶液的荧光强度相关比值的与不同浓度的金霉素之间的线性关系图。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施例：

为了使本发明实施的目的、技术方案和优点阐释的更加清楚，下面将结合本发明实施例，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

以下实施例旨在进一步说明本发明，而不是对本发明的进一步限定。

(1)碳点的制备

将用乙醇配制的对苯二胺和乙酸溶液在反应釜中按一定比例混合，将反应釜放入电热鼓风干燥箱中，在180 ℃的温度条件下反应30 min，反应结束后冷却至室温，得到碳点粗溶液。将碳点粗溶液先以10000 转/分钟离心15分钟，取上清液，再用孔径0.2 μm的滤膜真空减压过滤得到深红色的碳点溶液。如图1所示，最大激发波长为527 nm，最大发射波长为576nm。并对碳点的形貌等进行了AFM表征，如图2所示，合成的碳点分散性好。粒径分布结果如图3，结果表明碳点的平均粒径是1.5 nm。

(2) 碳点的制备条件优化

对合成的碳点溶液的荧光强度影响进行考察。本实验采用单因素控制变量法对碳点的合成条件进行了优化。分别从碳点合成中原料的浓度、合成温度、合成时间三个方面进行了探究。

本实验探讨了乙酸的浓度分别为0.3 mmol L^-1、0.6 mmol L^-1、0.9 mmol L^-1、1.2mmol L^-1、1.5 mmol L^-1时对合成的碳点溶液的荧光强度的影响，当乙酸浓度为1.2 mmol L^-1时，碳点体系的荧光强度最强。对苯二胺的浓度对碳点溶液的荧光强度也有影响，本申请探讨了对苯二胺的浓度分别为1.2 mmol L^-1、1.5 mmol L^-1、2.0 mmol L^-1、2.5 mmol L^-1、3.0 mmol L^-1、4.0 mmol L^-1时对合成的碳点溶液的荧光强度的影响，当对苯二胺的浓度为2.5 mmol L^-1时，碳点体系的荧光强度最强。故最终优选乙酸浓度为1.2 mmol L^-1，对苯二胺浓度为2.5 mmolL^-。碳点的合成温度对碳点体系荧光强度有一定影响，探究了反应温度分别为160 ℃、180 ℃、200 ℃、220 ℃、240 ℃时对合成的碳点溶液的荧光强度的影响。当合成温度为180 ℃时，碳点体系的荧光强度最强，故最终优选的合成温度为180 ℃。碳点的合成时间对碳点溶液的荧光强度也有一定的影响，探讨了合成时间分别为10 min、20 min、30 min、60 min、120 min和240 min时对合成的碳点荧光强度的影响。当合成时间为30 min时，碳点溶液的荧光强度最强，故最终优选的合成时间为30 min。

(3) 碳点与金霉素反应条件的优化

为了得到碳点与金霉素相互作用的最佳实验条件，采用单因素控制变量法分别从反应pH值、反应温度、反应中碳点浓度、反应时间四个方面进行了探究，以使得检测方法灵敏度达到最高。

探究了温度T对碳点与金霉素相互作用的影响。探究了反应温度在4 ℃- 70 ℃的范围内，碳点体系的荧光强度变化值随温度的升高而逐渐降低，在4 ℃时，体系的荧光强度变化最大，故反应的最佳响应温度为4 ℃。低于4 ℃反应体系温度控制不太方便，所以最终反应的温度控制为4 ℃。

本实验探究了碳点浓度对碳点与金霉素相互作用的影响。随着碳点溶液稀释倍数的增加，碳点体系的荧光强度先增强而后减弱，当碳点溶液稀释150倍时，体系的荧光强度变化最大，故优选稀释150倍的碳点溶液与金霉素反应。

研究了反应时间对碳点与金霉素相互作用的影响。随着反应时间的增加，碳点体系的荧光强度先增加而后减弱，在反应30 min时，体系的荧光强度变化最大，故反应的最佳时间为30 min。

研究了体系的酸碱性对于碳点检测金霉素的影响。设定体系的pH值分别为2.36、3.29、4.10、5.02、6.09、7.0、8.36、9.15、10.38和11.2，在11支2 mL的离心管中分别加入1.6mL在最佳条件制备稀释150倍的碳点溶液，再加入0.1 mL BR缓冲溶液，0.2 mL的1.0×10^-4mol L^-1金霉素乙醇溶液，0.1 mL无水乙醇定容到2 mL，将溶液混合均匀后，在室温下反应30min。当pH为8.36时，体系的荧光强度变化最大，故反应的最佳pH值为8.36。

(4) 碳点对金霉素浓度的检测参数

在2 mL的离心管中加入1.6 mL在最佳条件制备稀释150倍的碳点溶液，再加入0.1 mL的Britton-Robinson（BR）缓冲溶液，分别0.2 mL的1.0×10^-7mol L^-1增加到1.0×10^-4 molL^-1金霉素乙醇溶液，0.1 mL无水乙醇定容到2.0 mL，将溶液混合均匀后，在4 ℃的温度下，反应30 min。在相同的实验条件下，以乙醇代替金霉素设置空白样。设定527 nm的激发波长，3 nm的激发狭缝宽度和10 nm的发射狭缝宽度，经荧光分光光度计测定体系的荧光强度，得到实验样和空白样的荧光光谱图，比较有无金霉素加入，碳点体系荧光强度值的大小。结果见图5，荧光碳点溶液的荧光强度值和金霉素的浓度之间呈现良好的线性回归方程为(I _F-I _F0）/ I _F0=2.9257×10⁶ c+0.3473，其中I _F为加入金霉素的荧光强度值，I _F0为没有加入金霉素的荧光强度值，c为金霉素的浓度，可检测到溶液中金霉素的浓度的范围为1.0×10^-8mol L^-1-1.0×10^-5 mol L^-1，检出限为：1.5×10^-9 mol L^-1。根据线性关系，测定了三个合成样品，结果见表1。可以看出，测定的回收率大于95%，说明该方法有较好的实际应用价值。

还需要说明的是，本发明的具体实施例只是用来示例性说明，并不以任何方式限定本发明的保护范围，本领域的相关技术人员可以根据上述一些说明加以改进或变化，但所有这些改进和变化都应属于本发明权利要求的保护范围。

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Claims (10)

1.一种以对苯二胺和乙酸为碳源制备荧光碳点检测金霉素的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）对苯二胺和乙酸为碳源，溶剂热反应釜加热条件下合成碳点粗溶液，经离心、过滤等处理后得到最终的碳点溶液；

（2）检测碳点溶液及其与不同金霉素浓度反应后体系的荧光强度；

（3）根据荧光碳点溶液与不同金霉素浓度的溶液反应后的荧光强度值，确定荧光强度值和金霉素浓度的对应关系，根据对应关系可以检测出待测样品中金霉素的含量。

2.根据权利要求1所述的一种以对苯二胺和乙酸为碳源制备荧光碳点检测金霉素的方法，其特征在于：步骤(1)所述以对苯二胺和乙酸为碳源，溶剂热法条件下合成碳点溶液的过程是：将乙醇配置好的对苯二胺溶液与一定浓度的乙酸水溶液按一定比例混合，再将混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，将反应釜置于烘箱中加热反应，即得到碳点粗溶液。

3.根据权利要求1所述的一种以对苯二胺和乙酸为碳源制备荧光碳点检测金霉素的方法，其特征在于：对苯二胺的浓度为2.5 mmol/L，乙酸的浓度为1.2 mol/L，总体积为10 mL。

4.根据权利要求1所述的一种以对苯二胺和乙酸为碳源制备荧光碳点检测金霉素的方法，其特征在于：步骤(1)所述将混合溶液置于反应釜中加热处理的温度为180℃。

5.根据权利要求1所述的一种以对苯二胺和乙酸为碳源制备荧光碳点检测金霉素的方法，其特征在于：步骤(1)所述将混合溶液置于反应釜中加热处理的时间为30min。

6.根据权利要求1所述的一种以对苯二胺和乙酸为碳源制备荧光碳点检测金霉素的方法，其特征在于：步骤(1)碳点溶液的处理首先将得到的碳点粗溶液分别置于离心管进行高速离心分离，再取出上清液，并进行减压过滤，最后得到深红色的碳点溶液，放入冰箱冷藏（4 ℃）待用。

7.根据权利要求1所述的一种以对苯二胺和乙酸为碳源制备荧光碳点检测金霉素的方法，其特征在于：步骤(1)所述获得的碳点粗溶液的离心处理的操作的离心速度为10000转/分钟，离心时间为15分钟。

8.根据权利要求1所述的一种以对苯二胺和乙酸为碳源制备荧光碳点检测金霉素的方法，其特征在于：可以检测溶液金霉素的浓度范围为1.0×10^-8 – 1.0×10^-5mol L^-1。

9.根据权利要求1所述的一种以对苯二胺和乙酸为碳源制备荧光碳点检测金霉素的方法，其特征在于：合成的碳点平均粒径为1.5 nm。

10.根据权利要求1所述的一种以对苯二胺和乙酸为碳源制备荧光碳点检测金霉素的方法，其特征在于：合成的碳点具有荧光特性，最大激发波长为527 nm，最大发射波长为576nm。