CN113358624B - 一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法 - Google Patents
一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113358624B CN113358624B CN202110695591.9A CN202110695591A CN113358624B CN 113358624 B CN113358624 B CN 113358624B CN 202110695591 A CN202110695591 A CN 202110695591A CN 113358624 B CN113358624 B CN 113358624B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gqds
- water
- fluorescence
- sample
- concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims abstract description 35
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 34
- 229920000136 polysorbate Polymers 0.000 claims description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 12
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 11
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims description 9
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 5
- PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N Ethylenediamine Chemical compound NCCN PIICEJLVQHRZGT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 4
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 4
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 3
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 3
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000010992 reflux Methods 0.000 claims description 3
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 2
- 239000002352 surface water Substances 0.000 claims description 2
- 239000008399 tap water Substances 0.000 claims description 2
- 235000020679 tap water Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000008055 phosphate buffer solution Substances 0.000 claims 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 34
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 abstract description 13
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 8
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 5
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 59
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 19
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- -1 tween-40 Polymers 0.000 description 4
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 3
- DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M Sodium laurylsulphate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCOS([O-])(=O)=O DBMJMQXJHONAFJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 238000012921 fluorescence analysis Methods 0.000 description 3
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 3
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 235000010482 polyoxyethylene sorbitan monooleate Nutrition 0.000 description 3
- 229920000053 polysorbate 80 Polymers 0.000 description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 3
- 238000001479 atomic absorption spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 2
- 238000000695 excitation spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 238000002798 spectrophotometry method Methods 0.000 description 2
- 208000008763 Mercury poisoning Diseases 0.000 description 1
- 206010027439 Metal poisoning Diseases 0.000 description 1
- 229920001213 Polysorbate 20 Polymers 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000001636 atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000009881 electrostatic interaction Effects 0.000 description 1
- 238000004993 emission spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000001506 fluorescence spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000004186 food analysis Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 238000012417 linear regression Methods 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 210000005036 nerve Anatomy 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 235000010486 polyoxyethylene sorbitan monolaurate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000256 polyoxyethylene sorbitan monolaurate Substances 0.000 description 1
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000004454 trace mineral analysis Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
- G01N21/643—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes" non-biological material
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
- G01N2021/6432—Quenching
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
本发明适用荧光传感器技术领域，提供一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法，包括以下步骤：水样品处理、合成水溶性Au@GQDs、样品检测、制备工作曲线、结果分析。本发明实施例采用水热法合成了新型Au@GQDs量子点纳米材料，并将其作为荧光量子点探针，利用Hg2+对Au@GQDs荧光猝灭作用，建立了测定痕量Hg2+的新方法，将此方法应用于实际样品中的Hg2+检测，获得令人满意的结果。此方法操作简单，快速，灵敏度高，重现性好。解决了现有检测Hg2+的方法灵敏度不够，前处理过程和较长的分析周期的问题。
Description
技术领域
本发明属于荧光传感器技术领域，尤其涉及一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法。
背景技术
Hg2+是一种常见的重金属离子有毒污染物，工业废气、废水、废渣、化肥、农药、城市污垃圾等是Hg2+污染的主要来源。Hg2+很难被生物分解去除，Hg2+在水体、土壤和食物环境中的积累可能引起汞中毒，进而损伤人的中枢神经和器官，对人类健康造成严重的威胁。因此，对环境样品中痕量Hg2+进行检测和监控具有重要的意义。目前，检测Hg2+的方法主要有紫外分光光度法、原子吸收光谱法、原子发射光谱法等。但是紫外分光光度法灵敏度不够，无法满足痕量分析要求。而原子吸收光谱法和原子发射光谱法需要繁琐的前处理过程和较长的分析周期，无法做到快速分析。因此，发展一种简单、快速、灵敏的检测痕量Hg2+的新方法具有重要意义。
分子荧光分析法由于具有灵敏度高、样品前处理过程简单和快速等优势在重金属污染物检测方面应用广泛。对于分子荧光分析法而言，荧光探针的荧光性能是检测的关键。碳基量子点是一种新型的荧光试剂，常见的碳基量子点包括碳量子点(C-dots)、石墨烯量子点(GQDs)等，它们具有优良的发光强度、较高的量子产率等，在食品分析、重金属检测、医学分析等领域的荧光分析应用广泛。本文采用一步水热法合成高品质的金纳米@石墨烯量子点(Au@GQDs)，采用荧光光谱法对Au@GQDs材料的荧光性能进行研究，探讨了Hg2+对Au@GQDs的选择性荧光猝灭效应，并以量子点用作荧光探针，实现水环境中痕量Hg2+的快速、灵敏和选择性检测。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法，包括以下步骤：
水样品处理、合成水溶性Au@GQDs、样品检测、制备工作曲线、结果分析。
优选地，所述水样品处理的步骤为：取水样品，煮沸去掉表面的泡沫层；待水样冷却，将其进行过滤；由此得到的处理好的样品。
优选地，所述合成水溶性Au@GQDs的步骤为：称取柠檬酸和乙二胺充分溶解于去离子水中，反应结束后，紧接着，缓慢加入氯金酸，水浴加热和冷凝回流条件下反应，得到水溶性Au@GQDs；将制备好的Au@GQDs用PBS缓冲液定容刻度，备用。
优选地，所述合成水溶性Au@GQDs的步骤中：柠檬酸和乙二胺之间的质量比为3：2，使得浓度为0.5mol/L的氯金酸的体积为去离子水的1/10。
优选地，所述样品检测的步骤为：在比色管中分别加入的Au@GQDs、处理好的样品和表面活性剂，放置反应，测定荧光强度IF。
优选地，所述表面活性剂为聚乙烯醇、吐温-40、吐温-80、十二烷基硫酸钠中的一种。
优选地，所述样品检测的步骤中：Au@GQDs、处理好的样品和表面活性剂之间的体积比为：5：5：0.05-0.4。
优选地，所述制备工作曲线的步骤为：在若干个比色管中分别加入Au@GQDs，分别加入不同量的Hg2+离子和表面活性剂，用PBS缓冲液定容至刻度；放置反应，测定荧光强度IF；用Hg2+的浓度为0时的荧光强度分别减去不同浓度的Hg2+离子加入后的荧光强度，得到荧光猝灭值ΔIF；以ΔIF为纵坐标，Hg2+离子浓度为横坐标，做工作曲线。
优选地，在测定荧光强度IF时设置电压为750V，激发、发射狭缝宽度均为5nm，扫描速度为1000nm/min，激发波长为370nm，发射波长为450nm。
综上所述，由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
本发明实施例提供了一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法，本发明实施例采用水热法合成了新型Au@GQDs量子点纳米材料，并将其作为荧光量子点探针，利用Hg2+能够有效猝灭Au@GQDs的荧光信号，猝灭程度与Hg2+浓度成正比，从而建立了检测痕量Hg2+的新方法。将此方法应用于实际样品中的Hg2+检测，获得令人满意的结果。此方法操作简单，快速，灵敏度高，重现性好。
附图说明
图1为一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法中Au@GQDs的SEM图。
图2为一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法中Au@GQDs的XRD图。
图3为一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法中Au@GQDs的荧光光谱图。
图4为一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法中Hg2+猝灭Au@GQDs的荧光光谱图。
图5为一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法中不同温度下Hg2+猝灭Au@GQDs荧光的Line weaver-Burk曲线图。
图6为一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法中Hg2+存在和不存在时Au@GQDs的吸收光谱图。
图7为一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法中PBS缓冲溶液的pH值对体系荧光影响的曲线图。
图8为一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法中不同表面活性剂对体系荧光影响的柱形图。
图9为一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法中表面活性剂吐温40加入量对体系荧光影响的折线图。
图10为一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法中不同浓度的Hg2+对体系荧光的响应谱图。
图11为一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法中工作曲线图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。
实施例1
本发明实施例提供一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法，包括以下步骤：
水样品处理、合成水溶性Au@GQDs、样品检测、制备工作曲线、结果分析。
所述水样品处理的步骤为：取水样品50mL，所述水样品为河水、自来水和地表水中的一种，本实施例中选用河水，煮沸去掉表面的泡沫层；待水样冷却至室温，将其用定性滤纸进行过滤；由此得到的处理好的样品。
所述合成水溶性Au@GQDs的步骤为：称取1.5g柠檬酸和1.0g乙二胺充分溶解于10mL去离子水中，转移至反应釜中加热至200℃，并保持30min，反应结束后，溶液转移至三口烧瓶中；紧接着，在磁力搅拌下缓慢加入1mL的浓度为0.5mol/L的氯金酸，并用0.5mol/L的NaOH和0.1mol/L HCl调节pH至7.8，在70℃水浴加热和冷凝回流条件下反应1h，得到水溶性Au@GQDs。将制备好的Au@GQDs转移到10mL容量瓶中，用0.05mol/L的PBS(pH＝7.8)定容刻度，备用。
所述样品检测的步骤为：在5mL比色管中分别加入0.5mL的Au@GQDs、0.5mL处理好的样品和40μL吐温20，用PBS缓冲液(0.05mol/L，pH＝7.8)定容至刻度；放置反应2min，测定荧光强度IF；设置电压为750V，激发、发射狭缝宽度均为5nm，扫描速度为1000nm/min，激发波长为370nm，发射波长为450nm。
所述制备工作曲线的步骤为：在17个5mL比色管中加入0.5mL的Au@GQDs，分别加入不同量的Hg2+离子和20μL吐温40，用PBS缓冲液定容至刻度，使得Hg2+的浓度分别为0，10，20，50，100，200，300，400，500，600，700，800，900，1000，1500，2000，2500×10-10mol/L；放置反应2min，测定荧光强度IF；用Hg2+的浓度为0时的荧光强度分别减去不同浓度的Hg2+离子加入后的荧光强度，得到荧光猝灭值ΔIF；以ΔIF为纵坐标，Hg2+离子浓度为横坐标，做工作曲线。设置电压为750V，激发、发射狭缝宽度均为5nm，扫描速度为1000nm/min，激发波长为370nm，发射波长为450nm。
实施例2
本实施例与实施例1的制备方法相同，但部分数据不同，其不同之处在于，本实施例中的BS缓冲溶液pH值为7.4。
实施例3
本实施例与实施例1的制备方法相同，但部分数据不同，其不同之处在于，本实施例中的BS缓冲溶液pH值为7.6。
实施例4
本实施例与实施例1的制备方法相同，但部分数据不同，其不同之处在于，本实施例中的BS缓冲溶液pH值为8.0。
实施例5
本实施例与实施例1的制备方法相同，但部分数据不同，其不同之处在于，本实施例中的BS缓冲溶液pH值为8.2。
实施例6
本实施例与实施例1的制备方法相同，但部分数据不同，其不同之处在于，本实施例中的BS缓冲溶液pH值为8.4。
实施例7
本实施例与实施例1的制备方法相同，但部分数据不同，其不同之处在于，本实施例中的表面活性剂为聚乙烯醇。
实施例8
本实施例与实施例1的制备方法相同，但部分数据不同，其不同之处在于，本实施例中的表面活性剂为吐温-80。
实施例9
本实施例与实施例1的制备方法相同，但部分数据不同，其不同之处在于，本实施例中的表面活性剂为十二烷基硫酸钠。
实施例10
本实施例与实施例1的制备方法相同，但部分数据不同，其不同之处在于，本实施例中的吐温40的加入量为10。
实施例11
本实施例与实施例1的制备方法相同，但部分数据不同，其不同之处在于，本实施例中的吐温40的加入量为15。
实施例12
本实施例与实施例1的制备方法相同，但部分数据不同，其不同之处在于，本实施例中的吐温40的加入量为25。
实施例13
本实施例与实施例1的制备方法相同，但部分数据不同，其不同之处在于，本实施例中的吐温40的加入量为30。
实施例14
本实施例与实施例1的制备方法相同，但部分数据不同，其不同之处在于，本实施例中的吐温40的加入量为35。
结果分析
采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、荧光光谱对Au@GQDs纳米材料进行形貌和发光性能表征。
如图1所示，本实验合成的GQDs的粒径约为15～20nm，GQDs表面的黑点为表面原位生成了Au NPs。
图2为Au@GQDs纳米材料的XRD图，从图中可以得到金纳米5个明显的特征峰，分别位于2θ＝38.2°、43.8°、64.6°和77.5°处，对应金的(111)、(200)、(220)、(311)、(222)晶面；而石墨烯量子点在2θ＝26.2°有特征衍射峰对应碳的(002)晶面。
图3是Au@GQDs的荧光激发光谱和发射光谱。从图中可知，Au@GQDs在370nm波长处出现较强的激发光谱(曲线a)。而在370nm激发下Au@GQDs在450nm处得到很强的荧光发射光谱(曲线b)。以上结果说明，分散均匀的Au@GQDs纳米材料已经成功合成，并具有很好的荧光性能。
Hg2+对Au@GQDs的猝灭现象
在4个5mL比色管中分别加入0.5mL的Au@GQDs，不同量的Hg2+离子和20μL吐温40，用0.05mol/LPBS缓冲液(pH＝7.8)定容至刻度，使得Hg2+的浓度分别为a:0，b:100，c:500，d:1000×10-10mol/L。放置反应2min，测定荧光强度IF。
如图4所示，随着Hg2+加入量的不断增加，Au@GQDs的荧光发生猝灭，即其荧光强度逐渐下降。这说明了Au@GQDs与Hg2+发生了显著的相互作用，并导致荧光猝灭。
Hg2+猝灭Au@GQDs荧光的机理探讨
试剂的荧光猝灭一般分为动态猝灭和静态猝灭两种类型。通过荧光寿命的测定可区分动态与静态猝灭。静态猝灭时，猝灭剂的存在不改变荧光分子的寿命，即τ0/τ1＝1时为静态猝灭，τ0为没有猝灭剂存在下的荧光分子的荧光寿命，τ1为猝灭剂存在下的荧光分子的荧光寿命。而在动态猝灭情况下，猝灭剂的存在使荧光分子寿命缩短。本实验中，Hg2+作为荧光猝灭剂，Au@GQDs的荧光寿命测定值为5.23ns，而加入Hg2+的情况下，Au@GQDs的荧光寿命测定值为5.24ns，即τ0/τ1＝1.00，这表明Au@GQDs和Hg2+之间发生静态猝灭。利用Lineweaver-Burk方程：
(F0-F)-1＝KDF0 -1[Q]-1+F0 -1
图5为不同温度下的Line weaver-Burk曲线。公式中F0为无猝灭剂Hg2+时Au@GQDs的荧光强度，F为有猝灭剂Hg2+时Au@GQDs的荧光强度，[Q]为猝灭剂浓度；KSV为荧光猝灭常数，它反映了生物大分子与荧光猝灭剂分子彼此扩散和相互碰撞到达动态平衡时的量效关系；KD为静态荧光猝灭常数它反映了体系中分子的彼此扩散和相互碰撞对生物大分子荧光寿命衰减速率的影响。由直线斜率和截距离求得Hg2+与Au@GQDs在30℃，40℃，50℃时的形成常数KD分别为3.58×108，4.36×108，5.13×108。可见，温度对猝灭的影响不大，说明Hg2+与Au@GQDs有较强的结合。
为了进一步研究Hg2+与Au@GQDs之间的相互作用，比较了Hg2+和Au@GQDs的吸收光谱以及加入Hg2+前后体系的紫外吸光度值的变化。Au@GQDs的最大紫外吸收发生在280nm处，而Hg2+在此处没有吸收。因此，Hg2+的吸收光谱不影响Au@GQDs的吸收带。当加入Hg2+的浓度分别为a:1×10-8mol/L，b:5×10-8mol/L，c:1×10-7mol/L时候，Au@GQDs吸光度值分别为0.62，0.55，0.22。随着Hg2+浓度的增加，Au@GQDs的吸光度值逐渐减小，同时出现明显的减色效应。此外，随着Hg2+的加入，Au@GQDs在370nm处出现了新的紫外吸收峰，如图6所示。
以上结果说明Au@GQDs与Hg2+分子形成了新的Au@GQDs-Hg2+体系，且两者之间存在静态相互作用。而且从结构上看由于Au@GQDs表面的羧基带有负电荷，而Hg2+分子带有正电荷，因此可以通过静电相互作用，Au@GQDs子点与Hg2+分子以正负电荷之间相互作用结合。从而形成新的体系，造成荧光猝灭。
PBS缓冲溶液pH值对体系的影响
不同pH值的PBS缓冲溶液对Hg2+(200×10-10mol/L)猝灭Au@GQDs荧光强度的影响，分别测定Hg2+加入前后的荧光强度值，计算荧光变化值ΔIF，结果如图7所示。由图7可知，随着pH值得增大，荧光强度的变化值ΔIF逐渐增大，当pH值为7.8时，ΔIF最大，随后又随着pH值的增大，ΔIF反而降低。因此实验选择在pH＝7.8的PBS缓冲溶液中进行。
表面活性剂对体系的影响
在荧光分析中，如果体系浓度太大，往往会引起自熄现象。表面活性剂能够降低表面张力形成胶束，起到缩短分子间距离的作用，减少自熄灭现象。在适宜的表面活性剂微环境中，分子间彼此的距离相近至偶极间可以发生相互作用。因此，分别考察了聚乙烯醇、吐温-40、吐温-80、十二烷基硫酸钠等4种不同表面活性剂对体系荧光的影响，分别测定200×10-1mol/L的Hg2+加入前后的荧光强度值，计算荧光变化值ΔIF。结果如图8所示，在吐温-40表面活性剂中，能使体系中Au@GQDs的荧光增强。同时吐温-40在Au@GQDs-Hg2+体系使得Hg2+对Au@GQDs的荧光猝灭作用最优，因此实验选择吐温-40表面活性剂。
表面活性剂吐温40加入量对体系的影响
只改变吐温40表面活性剂的加入量，考察了吐温40表面活性剂对Hg2+猝灭Au@GQDs荧光强度的影响，分别测定200×10-10mol/L的Hg2+加入前后的荧光强度值，计算荧光变化值ΔIF，结果如图9所示。由图9可知，随着吐温40加入量的增加，荧光强度猝灭越大，当加入量到20μL时，荧光猝灭变化量最大，但是当吐温40加入量继续增大时，荧光猝灭变化量反而减小，因此实验时选择加入20μL吐温40表面活性剂。
考察不同浓度的Hg2+离子对体系荧光强度的猝灭响应。如图10所示，随着加入的Hg2+的浓度不断增加，体系的荧光强度不断降低，Hg2+浓度a-q:(0、10、20、50、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1500、2000、2500)×10-10mol/L。
因此，按实验方法绘制工作曲线，如图11所示。由图11可知：Hg2+浓度在10～2500×10-10mol/L范围内与体系的荧光猝灭值(加入猝灭剂Hg2+前后荧光的变化)呈良好的线性关系，其线性回归方程为ΔIF＝1.13c+69.66(其中：ΔIF是加入猝灭剂Hg2+前后体系荧光强度的变化量，c为Hg2+的浓度)，相关系数r＝0.9994。检出限为2.53×10-10mol/L(S/N＝3)。
Hg2+浓度为20×10-10mol/L时，在优化实验条件下，对多种共存金属离子进行干扰实验。当控制相对误差在±5％以内时，以下金属离子在允许倍数为500倍(1×10-7mol/L)的情况下对体系没有影响(即加入干扰物前后荧光强度几乎没有变化)：Zn2+，Ni2+，Cu2+，Cd2+，Co2+，Fe2+，Fe3+，Mn2+，Ba2+，Al3+，Cr2+，Al3+，Ca2+。以上结果说明，常见金属离子共存物质对于Hg2+的检测几乎没有影响，说明本方法具有良好的选择性。
样品分析
取6份水样品，通过上述实施例1中的水样品处理方法进行处理，然后通过实施例1中的检测方法进行检测并做标准加入回收实验，实验结果如表1所示。
表1
此方法对实际样品的检测回收率在91.10％～110.15％，相对标准偏差RSD≤3.77％(n＝5)。
综上所述：本发明实施例采用水热法合成了新型Au@GQDs量子点纳米材料，并将其作为荧光量子点探针，利用Hg2+对Au@GQDs荧光猝灭作用，建立了测定痕量Hg2+的新方法。同时对猝灭机理进行了探讨，得出了Hg2+对Au@GQDs的荧光猝灭是静态猝灭过程，通过静电引力结合形成新的体系造成荧光的猝灭。将该方法应用于实际样品中的Hg2+检测，获得令人满意的结果。新方法操作简单，快速，灵敏度高，重现性好。
对于本领域技术人员而言，显然本发明实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明实施例内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (1)
1.一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法，其特征在于，Au@GQDs和Hg2+之间发生静态猝灭，该方法包括以下步骤：
水样品处理、合成水溶性Au@GQDs、样品检测、制备工作曲线、结果分析；
所述水样品处理的步骤为：取水样品50mL，所述水样品为河水、自来水和地表水中的一种，煮沸去掉表面的泡沫层；待水样冷却至室温，用定性滤纸进行过滤；由此得到的处理好的样品；
所述合成水溶性Au@GQDs的步骤为：称取1.5g柠檬酸和1.0g乙二胺充分溶解于10mL去离子水中，转移至反应釜中加热至200℃，并保持30min，反应结束后，溶液转移至三口烧瓶中；紧接着，在磁力搅拌下缓慢加入1mL的浓度为0.5mol/L的氯金酸，并用0.5mol/L的NaOH和0.1mol/L HCl调节pH至7.8，在70℃水浴加热和冷凝回流条件下反应1h，得到水溶性Au@GQDs；将制备好的Au@GQDs转移到10mL容量瓶中，用0.05mol/L、pH＝7.8的PBS定容至刻度，备用；
所述样品检测的步骤为：在5mL比色管中分别加入0.5mL的Au@GQDs、0.5mL处理好的样品和40μL吐温40，用0.05mol/L、pH＝7.8的PBS缓冲液定容至刻度；放置反应2min，测定荧光强度IF；设置电压为750V，激发、发射狭缝宽度均为5nm，扫描速度为1000nm/min，激发波长为370nm，发射波长为450nm；
所述制备工作曲线的步骤为：在17个5mL比色管中加入0.5mL的Au@GQDs，分别加入不同量的Hg2+离子和20μL吐温40，用PBS缓冲液定容至刻度，使得Hg2+的浓度分别为0，10，20，50，100，200，300，400，500，600，700，800，900，1000，1500，2000，2500×10-10mol/L；放置反应2min，测定荧光强度IF；用Hg2+的浓度为0时的荧光强度分别减去不同浓度的Hg2+离子加入后的荧光强度，得到荧光猝灭值ΔIF；以ΔIF为纵坐标，Hg2+离子浓度为横坐标，做工作曲线，工作曲线的线性回归方程为ΔIF＝1.13c+69.66，其中c为Hg2+的浓度；设置电压为750V，激发、发射狭缝宽度均为5nm，扫描速度为1000nm/min，激发波长为370nm，发射波长为450nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110695591.9A CN113358624B (zh) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | 一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110695591.9A CN113358624B (zh) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | 一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113358624A CN113358624A (zh) | 2021-09-07 |
| CN113358624B true CN113358624B (zh) | 2023-12-22 |
Family
ID=77535769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110695591.9A Active CN113358624B (zh) | 2021-06-23 | 2021-06-23 | 一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113358624B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109665514A (zh) * | 2017-10-17 | 2019-04-23 | 江南大学 | 一种Hg2+检测和肿瘤诊断用石墨烯量子点的制备方法 |
| CN113209938A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-08-06 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 核壳结构的金纳米粒子@磷硫共掺杂石墨烯量子纳米复合物的制备及产品和应用 |
-
2021
- 2021-06-23 CN CN202110695591.9A patent/CN113358624B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109665514A (zh) * | 2017-10-17 | 2019-04-23 | 江南大学 | 一种Hg2+检测和肿瘤诊断用石墨烯量子点的制备方法 |
| CN113209938A (zh) * | 2021-04-12 | 2021-08-06 | 上海纳米技术及应用国家工程研究中心有限公司 | 核壳结构的金纳米粒子@磷硫共掺杂石墨烯量子纳米复合物的制备及产品和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| A highly selective and sensitive "on-off-on" fluorescent probe for detecting Hg(II) based on Au/N-doped carbon quantum dots;Alan Meng et al.;Sensors and Actuators B:Chemical;第255卷;第657–665页 * |
| One-pot synthesis of N-doped graphene quantum dots as highly sensitive fluorescent sensor for detection of mercury ions water solutions;Yue Yang et al.;《Materials Research Express》;第1-31页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113358624A (zh) | 2021-09-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Ratiometric fluorescence sensor based on dithiothreitol modified carbon dots-gold nanoclusters for the sensitive detection of mercury ions in water samples | |
| Jiao et al. | Differentiation of heavy metal ions by fluorescent quantum dot sensor array in complicated samples | |
| Achadu et al. | Microwave-assisted synthesis of thymine-functionalized graphitic carbon nitride quantum dots as a fluorescent nanoprobe for mercury (II) | |
| Zhou et al. | Highly selective and sensitive detection of Hg2+ based on fluorescence enhancement of Mn-doped ZnSe QDs by Hg2+-Mn2+ replacement | |
| CN107245334B (zh) | 一种检测汞离子的水溶性高分子荧光素类荧光探针及其制备方法 | |
| CN109307665B (zh) | 一种利用荧光碳量子点检测Fe3+的方法 | |
| Wei et al. | A novel molecularly imprinted polymer thin film at surface of ZnO nanorods for selective fluorescence detection of para-nitrophenol | |
| Desai et al. | Simple hydrothermal approach for synthesis of fluorescent molybdenum disulfide quantum dots: Sensing of Cr3+ ion and cellular imaging | |
| Chen et al. | Ultrasensitive mercury (II) ion detection by europium (III)-doped cadmium sulfide composite nanoparticles | |
| Li et al. | A robust gold nanocluster-peroxyoxalate chemiluminescence system for highly sensitive detection of cyanide in environmental water | |
| Hua et al. | Electrochemiluminescence sensor based on EuS nanocrystals for ultrasensitive detection of mercury ions in seafood | |
| He et al. | Ratiometric determination of copper (II) using dually emitting Mn (II)-doped ZnS quantum dots as a fluorescent probe | |
| CN111943907A (zh) | 一种能够同时检测tnt与tnp的荧光探针及其制备方法 | |
| CN114213385B (zh) | 一种荧光素型离子液体及其合成方法与在汞离子或甲基汞离子检测中的应用 | |
| Wang et al. | Semi-quantitative and visual assay of copper ions by fluorescent test paper constructed with dual-emission carbon dots | |
| Gan et al. | Mercaptopropionic acid-capped Mn-doped ZnS quantum dots as a probe for selective room-temperature phosphorescence detection of Pb 2+ in water | |
| CN113788788B (zh) | 一种荧光离子液体及其合成方法与应用 | |
| Liu et al. | A rapid fluorescent ratiometric Ag+ sensor based on synthesis of a dual-emission ternary nucleotide/terbium complex probe | |
| Ganjali et al. | Design and construction of a novel optical sensor for determination of trace amounts of dysprosium ion | |
| Li et al. | Facile synthesis of PEG-modified fluorescent carbon dots for highly sensitive detection of Ag+ | |
| CN113358624B (zh) | 一种荧光传感器检测痕量Hg2+的方法 | |
| Kondekar et al. | Ultrasensitive, highly specific, colorimetric recognition of sulfide ions [S 2−] in aqueous media: applications to environmental analysis | |
| CN109705029B (zh) | 羟基吡啶酮类化合物修饰的碳量子点及其制备和应用 | |
| Zhang et al. | Dual-band fluorescence detection of double-stranded DNA with QDs-Mn2+-pefloxacin | |
| Zhang et al. | Morphological analysis of chromium in carbon quantum dots pairs Co-doped with zirconium and nitrogen and their applications in imaging of living cells |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |