CN113218920A - 一种基于菊花的荧光碳纳米微球的制备方法及对Hg2+和卡托普利的检测 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以菊花为原料制备荧光碳纳米微球的方法以及该荧光碳纳米微球用于Hg²⁺及卡托普利的敏感检测。荧光碳纳米微球的步骤如下：菊花烘干磨碎，加入超纯水和乙二胺室温搅拌，水热热解形成荧光碳纳米微球；其检测Hg²⁺的应用步骤为：取多份荧光探针溶液，加入不同浓度的Hg²⁺，通过荧光法测量溶液荧光强度，建立相应的检测线性关系；其检测卡托普利的应用步骤为：取多份荧光探针溶液，加入相同浓度的Hg²⁺和不同浓度的卡托普利，通过荧光法测量溶液荧光强度，建立相应的检测线性关系。该方法制备的荧光碳纳米微球粒径均匀，操作过程简单，选择性高，具有激发独立的发射波长，量子产率高；且水溶性可以建立起对Hg²⁺及卡托普利的敏感检测。

Description

一种基于菊花的荧光碳纳米微球的制备方法及对Hg2+和卡托 普利的检测

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体为一种基于菊花的荧光碳纳米微球的制备方法及在检测Hg²⁺和卡托普利的应用。

背景技术

环境污染已成为全球关注的问题，随着工业的发展，大量污染物被排放到环境中，其中包含着各种离子。另一方面，阳离子在自然界中广泛存在，在化学、生物和环境等各个领域发挥着重要作用。由于阳离子的重要性和保护环境的目的，近几十年来，人们致力于阳离子检测方法的研究，Hg²⁺作为一种危害化学物质，广泛用于工业和实验室中，造成水体生态污染,并可能导致胃肠道疾病，损伤肝、肾脏。因此，对环境中痕量Hg²⁺进行检测、测定甚至实时监测是十分必要的。

卡托普利是一种血管紧张素转换酶，对各种高血压有显著的降压作用。可改善充血性心力衰竭患者的心功能。荧光碳纳米微球作为一种新型的纳米材料，由于其高化学稳定性，易功能化，低毒性，良好的生物相容性等优点一直受到人们的研究。我们准备制备一种灵敏检测Hg²⁺与卡托普利的荧光探针，目前很少有荧光碳纳米微球作为探针来检测Hg²⁺的工作，因此，以荧光碳纳米微球为基础发展一种基于荧光光谱检测Hg²⁺的方法具有一定的应用前景。

发明内容

针对以上的问题，本发明的目的在于提供一种基于菊花的荧光碳纳米微球的制备方法，以及利用该荧光碳纳米微球作为探针检测 Hg²⁺和卡托普利的方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种荧光碳纳米微球的制备方法，步骤如下：

(1)取适量菊花粉末溶解于超纯水中，置于30-45KHz的超声仪中超声30-40min，再加入体积为83-664μl的乙二胺，继续超声 20-30min混合均匀，混合液置于离心机中离心8-12min，取上层清液；

(2)将步骤(1)所得的上层清液转入反应釜中，于真空烘箱中160-250℃温度下反应4-12h，反应结束后，冷却至室温，用1000 Da透析袋透析24-36h得到透析液即为荧光碳纳米微球溶液，室温保存，留待备用。

在步骤(1)中，所述菊花粉末的制备方法为：取新鲜菊花适量，置于55-65℃恒温箱中干燥至恒重，然后研磨成粉末待用。

在步骤(1)中，所述离心转速为4000-5000r/s。

在步骤(1)中，所述菊花粉末、乙二胺的质量比为1：(0.25- 2)，即1g的菊花粉末溶于100ml超纯水中，再加入0.25-2g的乙二胺。

所述步骤(2)中所得的荧光碳纳米微球的粒径为34-55nm。

上述制备方法得到的荧光碳纳米微球在检测Hg²⁺的应用，包括以下步骤：

a.标准工作溶液的配置：取不同体积的Hg²⁺原液，分别加入相同量的荧光碳纳米微球溶液作为探针，再用超纯水定容至1ml，形成系列标准工作溶液；

b.用荧光光谱仪在激发波长为350nm下，测定不同浓度Hg²⁺溶液的荧光强度，以Hg^{2 +}浓度为横坐标，435nm荧光强度为纵坐标，建立标准工作曲线；

c.将与步骤b中相同浓度的荧光碳纳米微球溶液加入到待测 Hg²⁺溶液中，测量混合溶液的荧光强度，将测得的荧光强度值代入上述步骤b所得的标准曲线，得到待测溶液中Hg²⁺浓度。

所述步骤a中标准工作溶液的浓度范围在2-12μM，检测限为 0.30μM。

上述制备方法制备得到的荧光碳纳米微球在检测卡托普利的应用，包括以下步骤：

a.标准工作溶液的配置：取不同体积的卡托普利原液，并分别往其中加入相同量的荧光碳纳米微球溶液与Hg²⁺混合水溶液，再用超纯水定容至1ml，形成系列标准工作溶液；

b.用荧光光谱仪在激发波长为350nm下，测定不同浓度卡托普利下荧光碳纳米微球的荧光强度，以卡托普利浓度为横坐标， 435nm荧光强度为纵坐标，建立标准工作曲线；

c.将与步骤b中相同浓度的荧光碳纳米微球溶液与Hg²⁺混合水溶液加入到待测卡托普利溶液中，测量混合溶液的荧光强度，将测得的荧光强度值代入上述步骤b所得的标准曲线，得到待测溶液中卡托普利浓度。

所述步骤a中标准工作溶液的浓度范围在0-75μM，检测限为 1.74μM。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明所用的前驱体绿色天然，无污染。

(2)制备方法简单，不需要繁琐的分离操作步骤，合成的碳纳米微球粒径均匀，光稳定性好，水溶性好，量子产率高，具有激发独立的发射波长。

(3)本发明所述的碳纳米微球作为探针检测Hg²⁺及卡托普利的方法，检测过程简单，灵敏度高。

附图说明

图1是0.3g菊花粉末与83μl乙二胺在210℃，8h下合成荧光碳纳米微球的透射电镜图。

图2是0.3g菊花粉末与83μl乙二胺在210℃，8h下合成荧光碳纳米微球的不同激发对应发射光谱图；

其中，曲线a是300nm激发波长对应发射光谱图，曲线b是 320nm激发波长对应发射光谱图，曲线c是340nm激发波长对应发射光谱图，曲线d是350nm激发波长对应发射光谱图，曲线e是 360nm激发波长对应发射光谱图，曲线f是380nm激发波长对应发射光谱图，曲线g是400nm激发波长对应发射光谱图。

图3是0.3g菊花粉末与83μl乙二胺在180℃，4-12h下合成荧光碳纳米微球的荧光对应发射光谱图；

其中，曲线a是反应4h时的荧光发射光谱图，曲线b是反应6h 时的荧光发射光谱图，曲线c是反应8h时的荧光发射光谱图，曲线 d是反应10h时的荧光发射光谱图，曲线e是反应12h时的荧光发射光谱图。

图4是0.3g菊花粉末与83μl乙二胺在160-250℃，8h下合成荧光碳纳米微球的荧光对应发射光谱图；

其中，曲线a是反应160℃射光谱图，曲线b是反应180℃光发射光谱图，曲线c是反应210℃光发射光谱图，曲线d是反应230℃光发射光谱图，曲线e是反应250℃光发射光谱图。

图5是0.3g菊花粉末与83-664μl乙二胺在180℃，8h下合成荧光碳纳米微球的荧光对应发射谱图；

其中，曲线a是加入乙二胺体积为83μl的荧光发射光谱图，曲线b是加入乙二胺体积为166μl的荧光发射光谱图，曲线c是加入乙二胺体积为332μl的荧光发射光谱图，曲线d是加入乙二胺体积为 498μl的荧光发射光谱图，曲线e是加入乙二胺体积为664μl的荧光发射光谱图。

图6是荧光检测不同浓度Hg²⁺的光谱图；

图7是荧光检测不同浓度Hg²⁺的线性关系图；

图8是荧光检测不同浓度卡托普利的光谱图；

图9是荧光检测不同浓度卡托普利的线性关系图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

取新鲜菊花适量，置于60℃恒温箱中干燥至恒重，然后研磨成粉末待用。

称取0.3g菊花粉末加入含有30ml超纯水的烧杯中，置于 40KHz的超声仪中超声40min混合均匀后加入83μl乙二胺继续超声 20min，然后置于离心机中在转速4000r/s下离心10min，去除下层沉淀，将上清液转入聚四氟乙烯反应釜，从室温升至210℃，在 210℃下反应8h，冷却至室温后，将产物在1000Da的透析袋中透析 1天，每隔3h换一次水，最终所得产物室温保存，留待备用。合成的碳纳米微球不同激发波长所对应的发射波长参照图2，粒径大小如图1所示。

实施例2

称取0.3g菊花粉末加入含有30ml超纯水的烧杯中，置于 40KHz的超声仪中超声40min后加入83μl乙二胺继续超声20min，然后置于离心机中在转速4000r/s下离心10min，去除下层沉淀，将上清液转入聚四氟乙烯反应釜，从室温升至180℃，在180℃下反应 4-12h，冷却至室温后，将产物在1000Da的透析袋中透析1天，每隔3h换一次水，最终所得产物室温保存，留待备用。不同时间下合成的碳纳米微球350nm激发波长所对应的发射光谱图参照图3。

实施例3

称取0.3g菊花粉末加入含有30ml超纯水的烧杯中，置于 40KHz的超声仪中超声40min混合均匀后加入83μl乙二胺继续超声 20min，然后置于离心机中在转速4000r/s下离心10min，去除下层沉淀，将上清液转入聚四氟乙烯反应釜，从室温升至160-250℃，反应8h，冷却至室温后，将产物在1000Da的透析袋中透析1天，每隔3h换一次水，最终所得产物室温保存，留待备用。不同温度下合成的碳纳米微球350nm激发波长所对应的发射光谱图如图4。

实施例4

称取5份相同的0.3g菊花粉末分别加入含有30ml超纯水的烧杯中，同时置于40KHz的超声仪中超声40min混合均匀后依次加入梯度浓度的(83μl、166μl、332μl、498μl、664μl)乙二胺继续超声 20min，然后置于离心机中在转速4000r/s下离心10min，去除下层沉淀，将上清液转入聚四氟乙烯反应釜，从室温升至180℃，反应 8h，冷却至室温后，将产物在1000Da的透析袋中透析1天，每隔 3h换一次水，最终所得产物室温保存，留待备用。不同质量比下合成的碳纳米微球350nm激发波长所对应的发射光谱图如图5。

实施例5

荧光碳纳米微球用于检测Hg²⁺，其包含如下步骤：

取18支2ml离心管，每支离心管中加入50μL上述实施例1制备的荧光碳纳米微球的水溶液，再分别向每支离心管中依次加入0μM、 1μM、2μM、3μM、4μM、5μM、6μM、7μM、8μM、9μM、10μM、12μM、15μM、20μM、25μM、30μM、35μM、40μM的Hg²⁺溶液，蒸馏水稀释至1mL。恒温振荡20min后，用荧光光谱仪在激发波长350、发射波长435nm测定荧光强度；如图6示，从图中可以看出，荧光强度随着加入Hg²⁺浓度增加而下降，这说明合成的荧光碳纳米微球可以用于Hg²⁺的测定。

以Hg²⁺浓度为横坐标，反应液在435nm处的荧光强度值为纵坐标，作图，如图7，从图中可以看出，Hg²⁺浓度与荧光强度之间具有很好的线性关系，Hg²⁺浓度在2-12μM范围内线性良好，其线性关系图中的工作曲线为(F₀-F)/F₀＝0.0636[Hg²⁺]-0.1143，线性系数 R²＝0.987，根据它们之间的这种线性关系以检测Hg²⁺的浓度。

实施例6

荧光检测卡托普利:

从实施例1取50μl的荧光探针溶液，加入相同浓度的Hg²⁺，滴加一系列不同浓度的卡托普利溶液，用超纯水定容至1ml，形成标准溶液；用荧光光度计在350nm的激发波长下，分别测出上述标准溶液的荧光强度，得到荧光光谱图(如图8所示)；以卡托普利浓度为横坐标，标准溶液的荧光强度为纵坐标作图，得到标准曲线(如图9 所示)，卡托普利浓度在0-75μM范围内有很好的线性关系，在此浓度范围内线性方程为：F/F₀＝0.0262[卡托普利]+1.1051，线性系数 R₂ ²＝0.991，检测限为1.74μM。

实施例7

实际样品的测定，步骤如下：

采用标准加入法，向待测水样(加入确定浓度的Hg²⁺)中加入相同量实施例1的荧光探针溶液，在激发波长为350nm下，测其最大荧光强度，根据标准曲线计算出实际Hg²⁺的浓度，如表1所示 (表1是本发明制备的荧光碳纳米微球检测实际水样中的Hg²⁺浓度， Spiked(μM)表示加入已知Hg²⁺的浓度，Found(μM)表示根据标准曲线计算出Hg²⁺的浓度，Recovery(％)表示恢复率，RSD(n＝3，％)表示相对标准偏差)。

表1

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种荧光碳纳米微球的制备方法，其特征在于，步骤如下：

(1)取适量菊花粉末溶解于超纯水中，置于30-45KHz的超声仪中超声30-40min，再加入体积为83-664μl的乙二胺，继续超声20-30min混合均匀，混合液置于离心机中离心8-12min，取上层清液；

(2)将步骤(1)所得的上层清液转入反应釜中，于真空烘箱中160-250℃温度下反应4-12h，反应结束后，冷却至室温，用1000Da透析袋透析24-36h得到透析液即为荧光碳纳米微球溶液，室温保存，留待备用。

2.根据权利要求1的一种荧光碳纳米微球的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述菊花粉末的制备方法为：取新鲜菊花适量，置于55-65℃恒温箱中干燥至恒重，然后研磨成粉末待用。

3.根据权利要求1的一种荧光碳纳米微球的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述离心转速为4000-5000r/s。

4.根据权利要求1的一种荧光碳纳米微球的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述菊花粉末、乙二胺的质量比为1：(0.25-2)，即1g的菊花粉末溶于100ml超纯水中，再加入0.25-2g的乙二胺。

5.根据权利要求1的一种荧光碳纳米微球的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中所得的荧光碳纳米微球的粒径为34-55nm。

6.如权利要求1-5任意一项所述的荧光碳纳米微球的制备方法制备得到的荧光碳纳米微球。

7.如权利要求6所述的一种荧光碳纳米微球在检测Hg²⁺的应用，其特征在于，包括以下步骤：

a.标准工作溶液的配置：取不同体积的Hg²⁺原液，分别加入相同量的荧光碳纳米微球溶液作为探针，再用超纯水定容至1ml，形成系列标准工作溶液；

b.用荧光光谱仪在激发波长为350nm下，测定不同浓度Hg²⁺溶液的荧光强度，以Hg²⁺浓度为横坐标，435nm荧光强度为纵坐标，建立标准工作曲线；

c.将与步骤b中相同浓度的荧光碳纳米微球溶液加入到待测Hg²⁺溶液中，测量混合溶液的荧光强度，将测得的荧光强度值代入上述步骤b所得的标准曲线，得到待测溶液中Hg²⁺浓度。

8.根据权利要求7的一种荧光碳纳米微球在检测Hg²⁺的应用，其特征在于，所述步骤a中标准工作溶液的浓度范围在2-12μM，检测限为0.30μM。

9.如权利要求6所述的一种荧光碳纳米微球在检测卡托普利的应用，其特征在于，包括以下步骤：

a.标准工作溶液的配置：取不同体积的卡托普利原液，并分别往其中加入相同量的荧光碳纳米微球溶液与Hg²⁺混合水溶液，再用超纯水定容至1ml，形成系列标准工作溶液；

b.用荧光光谱仪在激发波长为350nm下，测定不同浓度卡托普利下荧光碳纳米微球的荧光强度，以卡托普利浓度为横坐标，435nm荧光强度为纵坐标，建立标准工作曲线；

c.将与步骤b中相同浓度的荧光碳纳米微球溶液与Hg²⁺混合水溶液加入到待测卡托普利溶液中，测量混合溶液的荧光强度，将测得的荧光强度值代入上述步骤b所得的标准曲线，得到待测溶液中卡托普利浓度。

10.根据权利要求9的一种荧光碳纳米微球在检测卡托普利的应用，其特征在于，所述步骤a中标准工作溶液的浓度范围在0-75μM，检测限为1.74μM。

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