CN109777411A - 钴掺杂磁性碳量子点的制备方法及检测尿酸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：S1、配制柠檬酸前体溶液；S2、配制氯化钴前体溶液；S3、将柠檬酸前体溶液和氯化钴前体溶液按体积比1～5:1混合得到第一混合溶液；S4、将第一混合溶液与二乙烯三胺按体积比100～500:1混合反应后过滤，得滤液；S5、透析滤液，得透析液；S6、将透析液浓缩即得钴掺杂磁性碳量子点。本发明还提供了一种利用钴掺杂磁性碳量子点检测尿酸的方法。本发明的钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，其具有碳源丰富、廉价，制备过程简易，制备全过程无污染、无毒、绿色环保，可大量制备的优点。

Description

钴掺杂磁性碳量子点的制备方法及检测尿酸的方法

技术领域

本发明属于荧光材料制备技术领域，具体涉及一种钴掺杂磁性碳量子点的制备方法及检测尿酸的方法。

背景技术

碳量子点的制备方法目前主要有两种：自上而下法和自下而上法。自上而下的合成方法，即从较大的碳结构剥落制备碳纳米颗粒的物理方法，再通过聚合物表面钝化的方式使其有效发光，主要包括电弧放电、激光剥蚀、电化学氧化、电子书辐射等。该方法往往需要严格的实验条件和特殊的能源，成本高，而且获得的碳量子产率比较低。

体液中尿酸含量变化，可以充分反映出人体内代谢、免疫等机能的状况。血尿酸增高主要见于痛风，在细胞增殖周期快、核酸分解代谢增加时，如白血病及其他恶性肿瘤、多发性骨髓瘤、真性红细胞增多症等血清尿酸值常见增高，在肾功能减退时，常伴有血清尿酸增高。因此，人们迫切需要尿酸浓度的可靠检测方法。

发明内容

本发明的一个目的是解决上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，其具有碳源丰富、廉价，制备过程简易，制备全过程无污染、无毒、绿色环保，可大量制备的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制柠檬酸前体溶液；

S2、配制氯化钴前体溶液；

S3、将柠檬酸前体溶液和氯化钴前体溶液按体积比1～5:1混合得到第一混合溶液；

S4、将第一混合溶液与二乙烯三胺按体积比100～500:1混合反应后过滤，得滤液；

S5、透析滤液，得透析液；

S6、将透析液浓缩即得钴掺杂磁性碳量子点；

其中，S1中柠檬酸前体溶液的配制方法为：将0.8～1.2g柠檬酸溶于8～12ml的水中即得柠檬酸前体溶液；

S2中氯化钴前体溶液的配制方法为：将0.3～0.5g的氯化钴溶于8～12ml的水中即得氯化钴前体溶液；

S5中透析具体为：采用剪切分子量500的透析袋，透析72小时。

优选的是，所述的钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，S6中浓缩时于60℃下进行旋转蒸发浓缩。

本发明还提供了一种利用钴掺杂磁性碳量子点检测尿酸的方法，包括以下步骤：

A1、配制等体积的多个标准溶液，多个标准溶液含相同浓度钴掺杂磁性碳量子点、不同浓度尿酸，分别检测每个标准溶液在发射波长分别为465nm和540nm处的荧光强度值I₁、I₂；

A2、建立I₂/I₁与尿酸浓度之间的线性关系曲线；

A3、配制与A1中标准溶液相同体积相同钴掺杂磁性碳量子点浓度但尿酸浓度未知的待测溶液，分别检测待测溶液在发射波长分别为465nm和540nm处的荧光强度值，并由A2中的线性关系曲线计算待测溶液中尿酸浓度。

优选的是，所述的钴掺杂磁性碳量子点检测尿酸的方法，A1中检测每个标准溶液、以及待测溶液在发射波长分别为465nm和540nm处的荧光强度值时所用的激发光波长均为375nm。

优选的是，所述的钴掺杂磁性碳量子点检测尿酸的方法，配制标准溶液具体包括：分别相同体积的pH为6.5的PB缓冲溶液中加入不同质量的尿酸，然后依次加入邻苯二胺、辣根过氧化物酶、尿酸氧化酶，于温度为37℃条件下保持25min，得到尿酸溶液，备用；然后分别向尿酸溶液中加入相同体积相同浓度的钴掺杂磁性碳量子点溶液，混合均匀后即得标准溶液。

优选的是，所述的钴掺杂磁性碳量子点检测尿酸的方法，标准溶液中邻苯二胺的浓度为5mmol/L，辣根过氧化物酶的浓度为10μg/mL，尿酸氧化酶的浓度为0.06U/mL。

本发明至少包括以下有益效果：

1、本发明制备出钴掺杂磁性碳量子点，以柠檬酸为碳源，碳源丰富、廉价，制备过程简易，且碳量子点的荧光量子产率高，可大量制备。

2、本发明制备出的钴掺杂磁性碳量子点具有水溶性好、荧光稳定、生物相容性好、具有铁磁性的优点，在生物标记、生物传感、荧光探针、防伪标记以及免疫层析产品领域具有重要的应用价值。

3、本发明的钴掺杂磁性碳量子点检测尿酸的方法，基于钴掺杂磁性碳量子点，利用辣根过氧化物酶催化过氧化氢氧化邻苯二胺生成具有荧光的产物2,3-二氨基酚嗪，2,3-二氨基酚嗪能猝灭钴掺杂磁性碳量子点的荧光，即465nm处的荧光强度减弱，同时2,3-二氨基酚嗪在540nm处的荧光强度增强，尿酸在其相应的氧化酶作用下能够产生过氧化氢，由此对尿酸进行检测，该方法对尿酸的检测线性范围为1×10^-8mol/L到1×10^-4mol/L，检出限3.4×10^-9mol/L，相比传统的试剂盒，检测灵敏度高。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的钴掺杂磁性碳量子点的荧光激发和荧光发射图谱；

图2为本发明实施例1制备的钴掺杂磁性碳量子点的磁滞回线；

图3为本发明实施例1制备的钴掺杂磁性碳量子点的在激发波长为320～375nm下的荧光发射图谱；

图4为本发明实施例1制备的钴掺杂磁性碳量子点在在激发波长为375～420nm下的荧光发射图谱；

图5为本发明实施例1制备的钴掺杂磁性碳量子点的荧光量子产率图；

图6为本发明的多个标准溶液中含有不同浓度的尿酸，在激发波长为375nm时得到的荧光光谱图；

图7为本发明的实施例6中I₂/I₁与尿酸浓度之间的线性关系曲线图。

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”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1

一种钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制柠檬酸前体溶液；

S2、配制氯化钴前体溶液；

S3、将柠檬酸前体溶液和氯化钴前体溶液按体积比1:1混合得到第一混合溶液；

S4、将第一混合溶液与二乙烯三胺按体积比100:1混合反应后过滤，得滤液；

S5、透析滤液，得透析液；

S6、将透析液浓缩即得掺杂磁性碳量子点；

其中，S1中柠檬酸前体溶液的配制方法为：将0.8g柠檬酸溶于8ml的水中即得柠檬酸前体溶液；

S2中氯化钴前体溶液的配制方法为：将0.3g的氯化钴溶于8ml的水中即得氯化钴前体溶液；

S5中透析具体为：采用剪切分子量500的透析袋，透析72小时。

所述的钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，S6中浓缩时于60℃下进行旋转蒸发浓缩。

图1显示了实施例1制备得到的钴掺杂磁性碳量子点荧光激发和荧光发射图谱，图2中的磁滞回线表明本发明的钴掺杂磁性碳量子点具有磁性。

实施例2

一种钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制柠檬酸前体溶液；

S2、配制氯化钴前体溶液；

S3、将柠檬酸前体溶液和氯化钴前体溶液按体积比3:1混合得到第一混合溶液；

S4、将第一混合溶液与二乙烯三胺按体积比400:1混合反应后过滤，得滤液；

S5、透析滤液，得透析液；

S6、将透析液浓缩即得掺杂磁性碳量子点；

其中，S1中柠檬酸前体溶液的配制方法为：将1g柠檬酸溶于10ml的水中即得柠檬酸前体溶液；

S2中氯化钴前体溶液的配制方法为：将0.4g的氯化钴溶于10ml的水中即得氯化钴前体溶液；

S5中透析具体为：采用剪切分子量500的透析袋，透析72小时。

所述的钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，S6中浓缩时于60℃下进行旋转蒸发浓缩。

实施例3

一种钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制柠檬酸前体溶液；

S2、配制氯化钴前体溶液；

S3、将柠檬酸前体溶液和氯化钴前体溶液按体积比5:1混合得到第一混合溶液；

S4、将第一混合溶液与二乙烯三胺按体积比500:1混合反应后过滤，得滤液；

S5、透析滤液，得透析液；

S6、将透析液浓缩即得掺杂磁性碳量子点；

其中，S1中柠檬酸前体溶液的配制方法为：将1.2g柠檬酸溶于12ml的水中即得柠檬酸前体溶液；

S2中氯化钴前体溶液的配制方法为：将0.5g的氯化钴溶于12ml的水中即得氯化钴前体溶液；

S5中透析具体为：采用剪切分子量500的透析袋，透析72小时。

所述的钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，S6中浓缩时于60℃下进行旋转蒸发浓缩。

实施例4

一种钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制柠檬酸前体溶液；

S2、配制氯化钴前体溶液；

S3、将柠檬酸前体溶液和氯化钴前体溶液按体积比1:1混合得到第一混合溶液；

S4、将第一混合溶液与二乙烯三胺按体积比100:1混合反应后过滤，得滤液；

S5、透析滤液，得透析液；

S6、将透析液浓缩即得掺杂磁性碳量子点；

其中，S1中柠檬酸前体溶液的配制方法为：将0.8g柠檬酸溶于8ml的水中即得柠檬酸前体溶液；

S2中氯化钴前体溶液的配制方法为：将0.3g的氯化钴溶于8的水中即得氯化钴前体溶液；

S5中透析具体为：采用剪切分子量500的透析袋，透析72小时；

所述的钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，S6中浓缩时于60℃下进行旋转蒸发浓缩。

所述的钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，S4具体为：将第一混合溶液与二乙烯三胺混合后置于反应釜中，先升温至40℃，并向反应釜内通入氮气使反应釜内的压力为0.1Mpa保持1h后，然后使反应釜内压力降至20pa，保持1min；再升温至70℃，向反应釜内通入氮气使反应釜内的压力为0.5Mpa保持2.5h，然后使反应釜内压力降至20pa，保持1min；最后升温至120℃，向反应釜内通入氮气使反应釜内的压力为1Mpa保持2.5h，然后使反应釜内压力降至20pa，保持1min后，冷却，过滤反应后的溶液，即得滤液。

在第一混合溶液与二乙烯三胺混合后置于反应釜中，通过向反应釜内通入氮气加压再减压，并多次循环，在多次加压减压下，第一混合溶液与二乙烯三胺混合后产生气泡，这样可充分使第一混合溶液与二乙烯三胺之间发生反应，提高第一混合溶液与二乙烯三胺的反应速率，进而增加了碳量子点的荧光量子产率。所述的钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，S3具体为：将柠檬酸前体溶液与氯化钴前体溶液混合后，再加入磁化水，置于密闭容器中并通入二氧化碳气体，使密闭容器中压力为50kpa，并控制密闭容器内的温度为30℃，保持30min；然后控制密闭容器内的温度为80℃，继续通入二氧化碳气体，使密闭容器中压力为80kpa，保持1h；最后控制密闭容器内的温度为120℃，继续通入二氧化碳气体，使密闭容器中压力为150kpa，保持1h，冷却至室温，取出即得第一混合溶液；其中，磁化水的体积为柠檬酸前体溶液体积的2倍。

本方案中将柠檬酸前体溶液与氯化钴前体溶液混合后，再加入磁化水，磁化水分子间的氢键弱化并形成活性更强的单体分子水，表面张力下降，渗透性好，与柠檬酸、氯化钴之间的水和能力强，同时向密闭容器中通入二氧化二碳进行梯度加压以及梯度升温，在磁化水以及梯度高压、高温下柠檬酸前体溶液与氯化钴前体溶液可充分反应，产率大大提高，进而提高了钴掺杂磁性碳量子点的荧光量子产率。

实施例5

一种钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制柠檬酸前体溶液；

S2、配制氯化钴前体溶液；

S3、将柠檬酸前体溶液和氯化钴前体溶液按体积比1:1混合得到第一混合溶液；

S4、将第一混合溶液与二乙烯三胺按体积比100:1混合反应后过滤，得滤液；

S5、透析滤液，得透析液；

S6、将透析液浓缩即得掺杂磁性碳量子点；

其中，S1中柠檬酸前体溶液的配制方法为：将0.8g柠檬酸溶于8ml的水中即得柠檬酸前体溶液；

S2中氯化钴前体溶液的配制方法为：将0.3g的氯化钴溶于8的水中即得氯化钴前体溶液；

S5中透析具体为：采用剪切分子量500的透析袋，透析72小时。

所述的钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，S6中浓缩时于60℃下进行旋转蒸发浓缩。

所述的钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，S4具体为：将第一混合溶液与二乙烯三胺混合后置于反应釜中，先升温至60℃，并向反应釜内通入氮气使反应釜内的压力为0.3Mpa保持2h后，然后使反应釜内压力降至30pa，保持2min；再升温至100℃，向反应釜内通入氮气使反应釜内的压力为0.8Mpa保持3h，然后使反应釜内压力降至30pa，保持2min；最后升温至160℃，向反应釜内通入氮气使反应釜内的压力为1.5Mpa保持3h，然后使反应釜内压力降至30pa，保持2min后，冷却，过滤反应后的溶液，即得滤液。

所述的钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，S3具体为：将柠檬酸前体溶液与氯化钴前体溶液混合后，再加入磁化水，置于密闭容器中并通入二氧化碳气体，使密闭容器中压力为60kpa，并控制密闭容器内的温度为40℃，保持40min；然后控制密闭容器内的温度为100℃，继续通入二氧化碳气体，使密闭容器中压力为120kpa，保持2h；最后控制密闭容器内的温度为150℃，继续通入氧化碳气体，使密闭容器中压力为180kpa，保持2h，冷却至室温，取出即得第一混合溶液；其中，磁化水的体积为柠檬酸前体溶液体积的5倍。

根据图5中钴掺杂磁性碳量子点的荧光量子产率图，可以计算得出实施例的碳量子点的荧光量子产率为62％。

同理将实施例2～5以相同的方法计算得出碳量子点的荧光量子产率为分别为63％、64％、72％、74％。

实施例6

一种钴掺杂磁性碳量子点检测尿酸的方法，包括以下步骤：

A1、配制等体积的多个标准溶液，多个标准溶液含相同浓度钴掺杂磁性碳量子点、不同浓度尿酸，分别检测每个标准溶液在发射波长分别为465nm和540nm处的荧光强度值I₁、I₂；其中，使用到的钴掺杂磁性碳量子点的制备方法为实施例1～6中的任意一种。

A2、建立I₂/I₁与尿酸浓度之间的线性关系曲线；图7为I₂/I₁与尿酸浓度之间的线性关系曲线图。

A3、配制与A1中标准溶液相同体积、相同钴掺杂磁性碳量子点浓度的待测溶液，分别检测待测溶液在发射波长分别为465nm和540nm处的荧光强度值，并由A2中的线性关系曲线计算待测溶液中尿酸浓度。

所述的钴掺杂磁性碳量子点检测尿酸的方法，A1中检测每个标准溶液、以及待测溶液在发射波长分别为465nm和540nm处的荧光强度值时所用的激发光波长均为375nm。图3中a-I分别对应320-375nm，图4中a-j分别对应375-420nm，由此可知，在激发波长为375nm下荧光强度最大，因此将激发波长设置为375nm。所述的钴掺杂磁性碳量子点检测尿酸的方法，配制等体积的多个标准溶液具体包括：分别取相同体积的pH为6.5的PB缓冲溶液中加入不同质量的尿酸，然后依次加入邻苯二胺、辣根过氧化物酶、尿酸氧化酶，于温度为37℃条件下保持25min，得到尿酸溶液，备用；然后分别向尿酸溶液中加入相同体积、相同浓度的钴掺杂磁性碳量子点溶液，混合均匀后即得标准溶液；

其中，标准溶液中邻苯二胺的浓度为5mmol/L，辣根过氧化物酶的浓度为10μg/mL，尿酸氧化酶的浓度为0.06U/mL。在实际中配制的多个标准溶液中尿酸的浓度可分别为：1×10^-8mol/L、5×10^-8mol/L、1×10^-7mol/L、5×10^-7mol/L、1×10^-6mol/L、3×10^-6mol/L、5×10^{- 6}mol/L、1×10^-5mol/L、3×10^-5mol/L、5×10^-5mol/L、8×10^-5mol/L、1×10^-4mol/L、2×10^{- 4}mol/L、3×10^-4mol/L。

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，它完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 (6)

1.钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、配制柠檬酸前体溶液；

S2、配制氯化钴前体溶液；

S3、将柠檬酸前体溶液和氯化钴前体溶液按体积比1～5:1混合得到第一混合溶液；

S4、将第一混合溶液与二乙烯三胺按体积比100～500:1混合反应后过滤，得滤液；

S5、透析滤液，得透析液；

S6、将透析液浓缩即得钴掺杂磁性碳量子点；

其中，S1中柠檬酸前体溶液的配制方法为：将0.8～1.2g柠檬酸溶于8～12ml的水中即得柠檬酸前体溶液；

S2中氯化钴前体溶液的配制方法为：将0.3～0.5g的氯化钴溶于8～12ml的水中即得氯化钴前体溶液；

S5中透析具体为：采用剪切分子量500的透析袋，透析72小时。

2.如权利要求1所述的钴掺杂磁性碳量子点的制备方法，其特征在于，S6中浓缩时于60℃下进行旋转蒸发浓缩。

3.利用权利要求1～2任一所述的钴掺杂磁性碳量子点检测尿酸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A1、配制等体积的多个标准溶液，多个标准溶液含相同浓度钴掺杂磁性碳量子点、不同浓度尿酸，分别检测每个标准溶液在发射波长分别为465nm和540nm处的荧光强度值I₁、I₂；

A2、建立I₂/I₁与尿酸浓度之间的线性关系曲线；

A3、配制与A1中标准溶液相同体积相同钴掺杂磁性碳量子点浓度但尿酸浓度未知的待测溶液，分别检测待测溶液在发射波长分别为465nm和540nm处的荧光强度值，并由A2中的线性关系曲线计算待测溶液中尿酸浓度。

4.如权利要求3所述的钴掺杂磁性碳量子点检测尿酸的方法，其特征在于，A1中检测每个标准溶液、以及待测溶液在发射波长分别为465nm和540nm处的荧光强度值时所用的激发光波长均为375nm。

5.如权利要求3所述的钴掺杂磁性碳量子点检测尿酸的方法，其特征在于，配制标准溶液具体包括：分别相同体积的pH为6.5的PB缓冲溶液中加入不同质量的尿酸，然后依次加入邻苯二胺、辣根过氧化物酶、尿酸氧化酶，于温度为37℃条件下保持25min，得到尿酸溶液，备用；然后分别向尿酸溶液中加入相同体积相同浓度的钴掺杂磁性碳量子点溶液，混合均匀后即得标准溶液。

6.如权利要求5所述的钴掺杂磁性碳量子点检测尿酸的方法，其特征在于，标准溶液中邻苯二胺的浓度为5mmol/L，辣根过氧化物酶的浓度为10μg/mL，尿酸氧化酶的浓度为0.06U/mL。