CN110041925A - 一种氮硫掺杂碳量子点的制备方法及其应用 - Google Patents

一种氮硫掺杂碳量子点的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种氮硫掺杂的碳量子点用于汞离子的高灵敏度检测的方法，所述方法包括以下步骤：将碳源、氮源和硫源混合后，使用液相混合的方式实现三者的均匀混合，然后经过微波初步反应，实现杂原子的初步掺杂，之后再经过水热微波的一步反应，直接制备出氮硫掺杂的碳量子点，该碳量子点用于汞离子的检测，表现出了高的灵敏度和极低的检测线，且该制备方法不使用任何有毒有害物质，是一种完全绿色的合成路线。

Description

一种氮硫掺杂碳量子点的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及荧光探针技术领域，尤其涉及一种碳量子点荧光探针，具体是用于检测金属汞离子的碳量子点荧光探针的制备方法及应用。
背景技术
申荧光探针是一种应用广泛的检测手段，一般随着待检测物浓度的变化，荧光探针的荧光强度会随之发生明显变化。因此，其在工农业生产、科学研究、环境科学以及生物医药等领域都有广泛深入的研究。目前，常见的荧光探针主要分为非碳基和碳基两种类型，非碳基的荧光探针主要包括各种硒化物、硫化物的半导体量子点，这些半导体量子点由于具有潜在的高毒性、不稳定性以及较差的生物相容性，使得对其进行广泛应用存在很大的障碍。与非碳基荧光探针相比，碳基荧光探针具有优异的性能，如高的灵敏度、好的化学稳定性、优良的生物相容性以及无毒性等等。因此，碳基荧光探针尤其是碳量子点荧光探针在生物标记、医疗诊断、污染物检测等领域有实际的应用价值。
汞离子(Hg2+)是毒性较高的重金属离子之一，它能够通过食物链产生富集效果，最终积累在人体内，它通过与细胞膜或酶蛋白内的巯基和二硫基结合，从而影响细胞功能，使得细胞的蛋白质变性和坏死。因此，对汞离子污染的研究和测定已成为一个研究热点。目前，常用于汞离子的检测方法主要有比色法、电化学法、荧光光谱法等等。这几种方法相比，荧光光谱法具有灵敏度高、选择性好和方法简便等优点。
因此，提供一种高灵敏度的汞离子荧光检测材料具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高灵敏度的汞离子荧光检测材料，具体的是一种氮硫掺杂的碳量子点材料。该碳量子点荧光探针具有对汞离子辨识度高、反应灵敏的特性。即使在汞离子含量极低的情况下，仍然能够发生明显的淬灭现象，并且，猝灭效率和汞离子浓度之间保持着很好的线性关系。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种用于汞离子检测的氮硫掺杂碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先，称取适量的碳源、氮源和硫源，将其在去离子上水中混合搅拌均匀，然后离心干燥，将得到的固体混合物在玛瑙研钵中进行研磨细化处理；
(2)将步骤(1)得到的固体混合物放入微波炉中进行初步炭化掺杂反应；
(3)将步骤(2)中反应结束后的产物从微波炉中取出，然后再次使用研钵进行研磨细化处理，之后将其再次分散在去离子水中，其中，水固体积质量比为3-5:1；
(4)将步骤(3)得到的混合物转移到微波反应器，设置升温程序，升温至140-180℃并保温10-30min；
(5)反应结束后，待反应容器自然冷却至室温后，对产物进行离心、过滤洗涤即可。
优选的，所述的碳源为奶粉，所述的氮源为尿素，所述的硫源为硫脲。
优选的，步骤(1)中所述的碳源、氮源和硫源的质量比为(2-5):(1.5-3):1。
优选的，步骤(1)中所述的搅拌为机械搅拌或手动搅拌中的一种。
优选的，步骤(2)中所述的微波炉功率为100-500W，初步反应时间为1-5min。
优选的，步骤(2)中使用滤纸为反应基质，将步骤(1)中的研磨物质均匀的平铺在表面。
优选的，步骤(2)中进行初步反应，可以使部分氮、硫源进行掺杂，再经过后续的彻底反应，有利于实现高含量的氮、硫掺杂碳量子点的制备，这一步对于最终产物具有重要作用。
优选的，步骤(4)中所述的微波反应器为水热微波反应器。
优选的，步骤(5)中所述的洗涤包括使用去离子水和乙醇交替洗涤。
本发明制备的氮硫掺杂碳量子点可以用做荧光探针，尤其是用于汞离子的检测，其表现出了较好的荧光猝灭性能和灵敏的选择性。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1)通过引入初步炭化反应并结合水热微波的反应仪，制备了高性能荧光探针；
2)将氮和硫这两种杂原子引入碳量子点，通过对其改性，进而实现了对汞离子的高灵敏度检测；
3)本发明制备氮硫掺杂碳量子点的方法简单、不需要使用有毒有害物质，符合绿色化学的发展要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例制备的氮硫掺杂碳量子点的透射电镜照片和粒径分布图；
图2是本发明制备的氮硫掺杂碳量子点对不同金属离子的荧光响应图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
一种用于汞离子检测的氮硫掺杂碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先，称取适量的碳源、氮源和硫源，将其在去离子上水中混合搅拌均匀，然后离心干燥，将得到的固体混合物在玛瑙研钵中进行研磨细化处理；
(2)将步骤(1)得到的固体混合物放入微波炉中进行初步炭化掺杂反应；
(3)将步骤(2)中反应结束后的产物从微波炉中取出，然后再次使用研钵进行研磨细化处理，之后将其再次分散在去离子水中，其中，水固体积质量比为3-5:1；
(4)将步骤(3)得到的混合物转移到微波反应器，设置升温程序，升温至140-180℃并保温10-30min；
(5)反应结束后，待反应容器自然冷却至室温后，对产物进行离心、过滤洗涤即可。
实施例1
按质量比3:1.5:1分别称取奶粉、尿素和硫脲，将其放入烧杯后，加入去离子水，使用玻璃棒进行搅拌均匀，然后使用50mL的离心管进行离心，干燥后使用玛瑙研钵研磨20min。然后将研磨料平铺放置在滤纸上，设置微波炉功率为300W，对研磨料进行辐射3min(此处，由于反应用原料易于分解，切不可反应时间过长)，反应结束后，将研磨料从微波炉中取出，然后再收集到研钵中，再次研磨20min。之后，使用20mL的去离子水将上述物质完全溶解后，转移到水热微波反应容器中，升温至140℃下反应30min，反应结束后，待反应容器自然冷却至室温后，对产物进行常规离心、过滤洗涤即可。
实施例2
按质量比4:2:1分别称取奶粉、尿素和硫脲，将其放入烧杯后，加入去离子水，使用玻璃棒进行搅拌均匀，然后使用50mL的离心管进行离心，干燥后使用玛瑙研钵研磨20min。然后将研磨料平铺放置在滤纸上，设置微波炉功率为400W，对研磨料进行辐射2min(此处，由于反应用原料易于分解，切不可反应时间过长)，反应结束后，将研磨料从微波炉中取出，然后在收集到研钵中，再次研磨20min。之后，使用30mL的去离子水将上述物质完全溶解后，转移到水热微波反应容器中，升温至180℃下反应10min，反应结束后，待反应容器自然冷却至室温后，对产物进行常规离心、过滤洗涤即可。
实施例3
按质量比5:3:1分别称取奶粉、尿素和硫脲，将其放入烧杯后，加入去离子水，使用玻璃棒进行搅拌均匀，然后使用50mL的离心管进行离心，干燥后使用玛瑙研钵研磨20min。然后将研磨料平铺放置在滤纸上，设置微波炉功率为300W，对研磨料进行辐射3min(此处，由于反应用原料易于分解，切不可反应时间过长)，反应结束后，将研磨料从微波炉中取出，然后在收集到研钵中，再次研磨20min。之后，使用40mL的去离子水将上述物质完全溶解后，转移到水热微波反应容器中，升温至180℃下反应10min，反应结束后，待反应容器自然冷却至室温后，对产物进行常规离心、过滤洗涤即可。
实施例4
按质量比3:1.5:1分别称取奶粉、尿素和硫脲，，将其放入烧杯后，加入去离子水，使用玻璃棒进行搅拌均匀，然后使用50mL的离心管进行离心，干燥后使用玛瑙研钵研磨20min。然后将研磨料平铺放置在滤纸上，设置微波炉功率为400W，对研磨料进行辐射2min(此处，由于反应用原料易于分解，切不可反应时间过长)，反应结束后，将研磨料从微波炉中取出，然后在收集到研钵中，再次研磨20min。之后，使用30mL的去离子水将上述物质完全溶解后，转移到水热微波反应容器中，升温至160℃下反应20min，反应结束后，待反应容器自然冷却至室温后，对产物进行常规离心、过滤洗涤即可。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于汞离子检测的氮硫掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先，称取适量的碳源、氮源和硫源，将其在去离子上水中混合搅拌均匀，然后离心干燥，将得到的固体混合物在玛瑙研钵中进行研磨细化处理；
(2)将步骤(1)得到的固体混合物放入微波炉中进行初步炭化掺杂反应；
(3)将步骤(2)中反应结束后的产物从微波炉中取出，然后再次使用研钵进行研磨细化处理，之后将其再次分散在去离子水中，其中，水固体积质量比为3-5:1；
(4)将步骤(3)得到的混合物转移到微波反应器，设置升温程序，升温至140-180℃并保温10-30min；
(5)反应结束后，待反应容器自然冷却至室温后，对产物进行离心、过滤洗涤即可。
2.根据权利要求1所述的一种用于汞离子检测的氮硫掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的碳源为奶粉，所述的氮源为尿素，所述的硫源为硫脲。
3.根据权利要求1所述的一种用于汞离子检测的氮硫掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的碳源、氮源和硫源的质量比为(2-5):(1.5-3):1。
4.根据权利要求1所述的一种用于汞离子检测的氮硫掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的搅拌为机械搅拌或手动搅拌中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种用于汞离子检测的氮硫掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的微波炉功率为100-500W，初步反应时间为1-5min。
6.根据权利要求1所述的一种用于汞离子检测的氮硫掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于：步骤(2)中使用滤纸为反应基质，将步骤(1)中的研磨物质均匀的平铺在表面。
7.根据权利要求1所述的一种用于汞离子检测的氮硫掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于：步骤(2)中进行初步反应，可以使部分氮、硫源进行掺杂。
8.根据权利要求1所述的一种用于汞离子检测的氮硫掺杂碳量子点的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述的微波反应器为水热微波反应器。
9.根据权利要求1-8任一项所述的氮硫掺杂的碳量子点。
10.根据权利要求9所述的氮硫掺杂的碳量子点，用于荧光探针检测汞离子。
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