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Abstract

本发明属于发光纳米材料领域，尤其涉及碳量子点，具体涉及一种水溶性碳点的制备方法及其应用。将柠檬酸、谷胱甘肽混合，在200‑220℃的条件下加热14‑20分钟，待反应体系自然冷却后，加入二次水，将上述溶液冷冻干燥后得到目标产物，将所述的荧光碳量子点用于土霉素的检测。

Description

一种水溶性碳点的制备方法及其应用
技术领域
本发明属于发光纳米材料领域，尤其涉及碳量子点，具体涉及一种水溶性碳点的制备方法及其应用。
背景技术
碳点(CDs)作为一种新型的碳纳米材料，具有量子限制效应和边界效应。CDs的表面含有羧基、羟基等官能团，能够与水分子形成氢键，因此CDs具有良好的水溶性，且通过其他含官能团的物质处理，可以提高CDs生物相容性，使其具备进一步功能化的潜力。CDs的表面和边界区有可与其他分子发生反应的位点，这是其功能多样性的根本原因。CDs具有很多传统半导体量子点不具备的特性，如毒性低、环境友好、生物相容性好、合成较易、成本低、效率高、耐受性好、光电性质独特等。因此，CDs在应用于环境检测、生物成像等领域具有较好的前景。
根据碳源的不同可以大致分为“自上而下”(Top-down)合成法和“自下而上”(Bottom-up)合成法。“自上而下”合成法指的是通过物理或者化学方法将大尺寸的碳源如碳纳米管、碳纤维等剥离为小尺寸的碳量子点，该方法主要有电弧放电、激光销蚀、电化学合成等。与“自上而下”合成法相反的“自下而上”合成法，则是将尺寸很小的一些碳材料通过一系列方法制备碳量子点。以“自下而上”法制备的碳量子点，通常以有机小分子或低聚物为碳源，目前研究报道中，最常用的几种碳源为柠檬酸、葡萄糖、尿素、离子液体等。“自下而上”合成方法包括化学氧化法、燃烧法、水热/溶剂热法、微波合成法、模板法等。CN107629787A将柠檬酸、谷胱甘肽及水混合，以形成混合溶液进行蒸馏制备碳点，存在实验操作步骤复杂等问题，本专利直接热解柠檬酸与谷胱甘肽制备碳点解决了这一问题，且方法区别于上述专利。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水溶性碳点的制备方法，并建立一种操作简单、设备简易、原料低廉和绿色环保的制备方法，以及将所述的荧光碳量子点用于土霉素的检测。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种水溶性碳点的制备方法，包括以下步骤：
将柠檬酸、谷胱甘肽混合，在200-220℃的条件下加热14-20分钟，待反应体系自然冷却后，加入二次水，将上述溶液冷冻干燥后得到目标产物。
进一步，所述柠檬酸、谷胱甘肽和二次水的质量比为：3.6-5:1。
再进一步，所述柠檬酸和谷胱甘肽的质量比为：5:1。
进一步，所述加热的温度为210℃，时间为14分钟。
一种上述制备得到的水溶性碳点的应用，应用于土霉素的检测。
与现有技术相比本发明具有以下优点：
实验操作简单，原材料易得，对所需实验仪器要求低，同时应用于土霉素的检测，该方法具有灵敏度高等优点。
本发明水溶性碳点原料易得，制备方法简单、反应时间短，不需要进行钝化处理，且所制备的碳点量子产率高，水溶性好。
总之，本发明操作简单，原料易得，对制备条件要求低，可大规模生产，解决了现有碳量子点无法规模化生产的弊端。
附图说明
图1为实施例1制备的水溶性碳点的紫外吸收光谱及荧光发射光谱，如图所示，C＝O的n-π*跃迁导致水溶性CDs在334nm处有明显的吸收峰，水溶性CDs的最大激发光谱与最大发射光谱分别为366nm、440nm，同时在紫外灯365nm的照射下，其水溶液呈现明亮的蓝色光；
图2为实施例1制备的水溶性碳点荧光发射曲线随激发波长变化的光谱图，激发波长从320nm增加到400nm，水溶性CDs的发射波长位置基本不发生改变，表明该水溶性CDs的发射波长几乎与激发无关；
图3为实施例1制备的水溶性碳点的红外光谱图，图中横坐标为检测波长，纵坐标为透过率，如图所示，水溶性碳点的表面上存在O–H，N–H，C–H，S–H，C＝O，C–O，C–S和C–N基团，具体来说，在3418cm-1处出现的吸收峰是由于O-H拉伸振动引起的，在2988cm-1和2569cm-1处出现的峰值与C-H和S-H拉伸振动相关，同样，位于1714cm-1处的峰值是由C＝O的拉伸振动引起的，由于N–H，C–S，C–N的弯曲振动在1401cm-1处显示出吸收峰，而在1187cm-1处的吸收峰则与C–O的弯曲振动相关；
图4为实施例1制备的水溶性碳点的XPS光谱图，水溶性CDs的全谱图分析总共包含三个峰，分别为282.3eV，397.9eV和528.9eV处的C1s，O 1s和N 1s峰；
图5为实施例1制备的水溶性碳点的透射电镜图(左侧)和粒径分布图(右侧)，由图可知，所合成的水溶性CDs基本呈现圆形，且具有良好的均一性和分散性，插图显示晶格参数为0.14nm的晶格条纹，经统计分析所获得的粒径分布直方图表明，水溶性CDs粒径分布尺寸范围较窄为1.2-4.0nm，平均粒径为2.55nm；
图6为土霉素猝灭实施例1制备的水溶性碳点的荧光光谱图，图6a可知，水溶性CDs的荧光强度因土霉素的加入而降低，表明土霉素对水溶性CDs有良好的的猝灭效应，图6b为土霉素的浓度与(F0-F)/F0的关系图，如图所示，(F0-F)/F0与土霉素浓度呈现出良好的线性关系，根据Stern-Volmer方程，该方程为y＝0.02282x+0.02913，相关系数R2＝0.99015，线性范围为0.77-18.40μg/mL，检出限为0.09μg/mL；
图7为200-240℃范围内温度影响实施例1制备的水溶性碳点的荧光光谱图，温度过高也会影响CA的碳化程度，因此考察加热温度对于水溶性CDs荧光强度的影响，结果表明，加热温度210℃时水溶性CDs的荧光强度最大。
具体实施方式
下面结合实施例对本说明做详细说明，实施例给出详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
称取柠檬酸1.75g，谷胱甘肽0.35g置于50mL烧杯中，在210℃的条件下加热14分钟，待容器自然冷却后，加入20mL二次水，将上述碳量子点水溶液冷冻干燥后得到目标产物(产率为45.98％)。
实施例2
称取柠檬酸2.00g，谷胱甘肽0.55g置于50mL烧杯中，在210℃的条件下加热17分钟，待容器自然冷却后，加入20mL二次水，将上述碳量子点水溶液冷冻干燥后得到目标产物(产率为39.48％)。
实施例3
称取柠檬酸1.75g，谷胱甘肽0.40g置于50mL烧杯中，在200℃的条件下加热20分钟，待容器自然冷却后，加入20mL二次水，将上述碳量子点水溶液冷冻干燥后得到目标产物(产率为40.2％)。
实施例4
称取柠檬酸1.75g，谷胱甘肽0.35g置于50mL烧杯中，在240℃的条件下加热14分钟，待容器自然冷却后，加入20mL二次水，将上述碳量子点水溶液冷冻干燥后得到目标产物(产率为37.46％)。
实施例5
实施例1制备的水溶性碳点应用于土霉素的检测，随着土霉素(OTC)浓度的增加，CDs的荧光强度逐渐下降，该线性回归方程为y＝0.0134x+0.02283，相关系数R2＝0.99015。
实施例6
施例1制备的水溶性碳点在实际样品中的应用，利用标准加入法测定牛奶中土霉素的含量。结果表明其回收率在97％-103％之间，RSD值小于5％。该方法证实了CDs测定土霉素方法的准确性，因此可应用于实际样品的检测。

Claims (5)

1.一种水溶性碳点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将柠檬酸、谷胱甘肽混合，在200-240℃的条件下加热14-20分钟，待反应体系自然冷却后，加入二次水，将上述溶液冷冻干燥后得到目标产物。
2.根据权利要求1所述的一种水溶性碳点的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸和谷胱甘肽的质量比为：3.6-5:1。
3.根据权利要求1所述的一种水溶性碳点的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸和谷胱甘肽的质量比为：5:1。
4.根据权利要求1所述的一种水溶性碳点的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为210℃，时间为14分钟。
5.一种权利要求1-4任一项所制备得到的水溶性碳点的应用，其特征在于，应用于土霉素的检测。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115285975A (zh) * 2022-08-25 2022-11-04 山西大学 一种可用于环丙沙星快速检测的两亲性碳点的制备方法
CN115612490A (zh) * 2022-09-28 2023-01-17 山西大学 一种用于检测盐酸强力霉素的水溶性碳点的制备方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010111690A2 (en) * 2009-03-27 2010-09-30 Life Technologies Corporation Polymerase compositions and methods
CN104449693A (zh) * 2014-11-12 2015-03-25 南昌大学 氮硫掺杂的荧光碳量子点的制备方法
CN104812697A (zh) * 2012-11-29 2015-07-29 北京奈艾斯新材料科技有限公司 一种氮硫共掺石墨烯量子点的制备方法
CN106634984A (zh) * 2016-12-29 2017-05-10 福建医科大学 一种pH敏感响应的N、S共掺杂石墨烯量子点的制备及脲酶活性的测定
CN107629787A (zh) * 2017-08-17 2018-01-26 南开大学 荧光碳量子点的制备方法
CN109762558A (zh) * 2018-12-07 2019-05-17 南京医科大学 一种用于定量检测尿液中PPi含量的比率型荧光探针的制备方法
CN111040757A (zh) * 2019-11-01 2020-04-21 浙江工业大学 一种检测铜离子的比率荧光探针制备方法及其应用
CN112816448A (zh) * 2020-12-31 2021-05-18 浙江工业大学 一种用于食品中四环素快速检测的荧光检测法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010111690A2 (en) * 2009-03-27 2010-09-30 Life Technologies Corporation Polymerase compositions and methods
CN104812697A (zh) * 2012-11-29 2015-07-29 北京奈艾斯新材料科技有限公司 一种氮硫共掺石墨烯量子点的制备方法
CN104449693A (zh) * 2014-11-12 2015-03-25 南昌大学 氮硫掺杂的荧光碳量子点的制备方法
CN106634984A (zh) * 2016-12-29 2017-05-10 福建医科大学 一种pH敏感响应的N、S共掺杂石墨烯量子点的制备及脲酶活性的测定
CN107629787A (zh) * 2017-08-17 2018-01-26 南开大学 荧光碳量子点的制备方法
CN109762558A (zh) * 2018-12-07 2019-05-17 南京医科大学 一种用于定量检测尿液中PPi含量的比率型荧光探针的制备方法
CN111040757A (zh) * 2019-11-01 2020-04-21 浙江工业大学 一种检测铜离子的比率荧光探针制备方法及其应用
CN112816448A (zh) * 2020-12-31 2021-05-18 浙江工业大学 一种用于食品中四环素快速检测的荧光检测法

Non-Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CARLOSA.T.TOLOZA等: "Differentapproachesforsensingcaptoprilbasedonfunctionalized graphenequantumdotsasphotoluminescentprobe", 《JOURNAL OFLUMINESCENCE》 *
JING-JING LIU 等: "Glutathione-functionalized graphene quantum dots as selective fluorescent probes for phosphate-containing metabolites", 《NANOSCALE》 *
MIN LIN 等: "An inner filter effect based sensor of tetracycline hydrochloride as developed by loading photoluminescent carbon nanodots in the electrospun nanofibers", 《NANOSCALE》 *
YAN ZHUO 等: "one-step synthesis of high quantum-yield and excitation-independent emission carbon dots for cell imaging", 《MATERIALSLETTERS》 *
叶松龄等: "碳点荧光探针的制备及其在食品分析中的应用", 《分析化学》 *
曹宇娟: "两亲性碳量子点的可控制备及其对土霉素的检测", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技I辑》 *
杨海芬等: "基于氮掺杂碳点荧光猝灭法检测铜离子", 《光谱学与光谱分析》 *
陈晨: "荧光纳米探针在环境污染中的检测应用", 《决策探索(中)》 *
魏伟等: "碳量子点合成及其在食品检测中的应用", 《食品科学》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115285975A (zh) * 2022-08-25 2022-11-04 山西大学 一种可用于环丙沙星快速检测的两亲性碳点的制备方法
CN115285975B (zh) * 2022-08-25 2024-03-12 山西大学 一种可用于环丙沙星快速检测的两亲性碳点的制备方法
CN115612490A (zh) * 2022-09-28 2023-01-17 山西大学 一种用于检测盐酸强力霉素的水溶性碳点的制备方法

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