CN115161020B - 一种n自掺杂碳量子点的制备及其对农产品中镉和汞的检测方法 - Google Patents
一种n自掺杂碳量子点的制备及其对农产品中镉和汞的检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及食品检测技术领域，尤其是涉及一种N自掺杂碳量子点的制备及其对农产品中镉和汞的检测方法。本发明首先将氨基酸(尤其是L‑精氨酸)溶解后转移至聚四氟乙烯的反应釜中，水热反应后处理得到N自掺杂碳量子点；然后采用湿式消解法对农产品样品进行预处理，得到消解提取液；最后将消解提取液与掩蔽剂、N自掺杂碳量子点溶液混合反应后，经紫外灯激发，获得荧光碳量子点的彩色荧光照片，与标准曲线和RGB分析定量模型比对，获得农产品样品中镉和汞的含量。本发明制备得到的N自掺杂碳量子点用于检测农产品中镉和汞的含量，结果可靠，克服了现有检测技术成本昂贵，操作复杂等问题，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及食品检测技术领域，尤其是涉及一种N自掺杂碳量子点的制备及其对农产品中镉和汞的检测方法。
背景技术
随着人们生活水平的日益提高和保健意识的增强，食用农产品中重金属快速检测技术越来越受到人们的关注。其中，镉(Cd)和汞(Hg)是毒性和危害性最强的重金属。镉半衰期长，毒性大，在较低浓度下便可致癌。汞能对生物体的神经系统造成严重损害，导致许多疾病的产生，如水俣病和帕金森病。因此，对于农产品中镉和汞进行有效的监测管理十分重要。目前，对于镉和汞的检测技术主要以电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和原子吸收光谱法(AAS)为主。这类方法虽然灵敏度和精确度高，但操作复杂，成本也高昂，不适用于现场的快速检测。碳量子点作为一种新型的荧光纳米碳材料，具有制备简单、毒性低、选择性好、灵敏度高、光稳定性好、生物相容性好等优点，在污染物检测领域受到了广泛关注。
经文献检索发现，中国专利“一种分子筛-碳量子点探针及其制备方法与在重金属离子检测中的应用”(CN 107794040 A)提出了将介孔分子筛和碳量子点结合实现对汞离子的检测。中国专利“一种以荸荠为原料微波合成碳量子点的方法及其应用”(CN 106629664A)提出了将打碎的荸荠与去离子水混合后微波合成碳量子点，用于水体中重金属镉的检测，这些技术的主要不足在于仅适用于单一金属离子的检测，采用的碳量子点制备方法复杂，制备成本高、产率低、检测过程受人为因素干扰多等。为此，通常采用杂原子掺杂的方法来改变碳量子点的光学性质。其中，N掺杂可以有效地调节和改善碳量子点的组成、结构、光谱性能和应用。但是常规的N掺杂型碳量子点需要复杂的起始原料合成，用含杂原子的物质来处理已经制成的CDs。这些方法涉及多个步骤，不可避免地降低对所得杂原子掺杂碳量子点的组成和形态的可控性。
发明内容
为了解决上述问题，对于现有碳量子点的合成以及镉和汞的检测技术和方法所表现出来的一些缺陷，提出一种以氨基酸，特别是以L-精氨酸为原料，结合水热反应法制备具有稳定荧光性能，N自掺杂碳量子点，利用智能手机可视化同时检测农产品中重金属镉和汞的含量。氨基酸含有丰富的羧基和氨基官能团，是制备具有优良生物相容性碳量子点的理想N自掺杂碳源，无需人工合成和外源掺杂，方法简单、容易。其中，L-精氨酸在20种氨基酸内含氮量最高，为调控碳量子点表面及内部官能团提供了有利条件。
本发明提供一种N自掺杂碳量子点的制备及其对农产品中镉和汞的检测方法，在N自掺杂碳量子点制备过程中，首先，氨基酸经分子间/内脱水及聚合作用形成含氧丰富的碳骨架，随后，N掺杂物同碳骨架表面丰富的官能团反应，完成表面钝化过程，形成碳量子点。目前，最被认可的水热碳量子点荧光发射机理有两种，即表面缺陷态效应和量子尺寸效应。本发明的方法灵敏度高、检测限低、选择性好，检测过程简单，克服了常规光谱、色谱法检测过程复杂耗时、成本高和人为干扰的缺点。
一种N自掺杂碳量子点及其制备与检测农产品中镉和汞的方法，是以氨基酸为前体合成具有荧光特性的N自掺杂碳量子点；在采用湿式消解法对农产品样品进行预处理得到消解液中，加入掩蔽剂与荧光碳量子点溶液混合于室温下反应后，装入PE管内，经紫外灯激发后，通过智能手机获得彩色荧光照片，利用RGB法对照片进行分析以检测出Cd2+和Hg2+的浓度。本发明提供了以L-精氨酸合成N自掺杂碳量子点，并基于N自掺杂碳量子点构建便携式检测Cd2+和Hg2+的策略。根据紫外光照射下，N自掺杂碳量子点不同荧光颜色的变化来定量Cd2+和Hg2+。如此，只要借助智能手机和RGB分析软件就能分析不同浓度样品在紫外光照射下的荧光颜色变化，就能实现对Cd2+和Hg2+的快速检测。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明的第一个目的是提供一种N自掺杂碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氨基酸溶解于超纯水，得到氨基酸溶液；
(2)将步骤(1)制备得到的氨基酸溶液转移至反应釜进行水热反应后，处理得到N自掺杂碳量子点(也即“荧光碳量子点”)。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，氨基酸与超纯水的用量比为1-2g：200-400mL。
在本发明的一个实施方式中，所述氨基酸优选为L-精氨酸。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述反应釜为聚四氟乙烯反应釜；
水热反应过程中，反应温度为120-200℃，反应时间为4-8h。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述处理为离心过滤后稀释。
在本发明的一个实施方式中，离心过程中，离心转速为8000转/分钟，离心时间为20min。
在本发明的一个实施方式中，过滤过程中，使用孔径为0.22μm的滤膜。
在本发明的一个实施方式中，稀释过程中直至N自掺杂碳量子点浓度为0.25g/L。
本发明的第二个目的是提供一种通过上述方法制备得到的N自掺杂碳量子点，所述N自掺杂碳量子点的平均粒径为2.68±0.67nm。
本发明的第三个目的是提供一种N自掺杂碳量子点在检测农产品中镉和汞中的应用。
本发明的第四个目的是提供一种N自掺杂碳量子点检测农产品中镉和汞的方法，包括以下步骤：
(1)标准曲线的绘制：配置N自掺杂碳量子点标准溶液，测定其荧光强度F0；将含有掩蔽剂的Cd2+或Hg2+溶液加入到N自掺杂碳量子点标准溶液中，测定加入后的荧光强度F；以Cd2+或Hg2+浓度为横坐标，以荧光强度前后变化的F/F0为纵坐标，绘制标准曲线；
(2)RGB分析定量模型的建立：将重金属离子溶液、掩蔽剂与N自掺杂碳量子点标准溶液混匀反应后利用紫外灯激发，获得彩色荧光照片后将其分解为蓝色、绿色和红色通道照片，然后选择蓝色和红色通道的颜色强度比值检测Cd2+和Hg2+浓度；记录不同浓度的Cd2+和Hg2+引起彩色CDs荧光照片中蓝色与红色通道的荧光强度比值变化情况，建立RGB分析定量检测模型；
(3)消解提取液的制备：采用湿式消解法对农产品样品进行预处理，得到消解提取液；
(4)农产品样品中镉和汞的检测：将步骤(3)制备得到的消解提取液与掩蔽剂、N自掺杂碳量子点标准溶液混合反应后，经紫外灯激发，获得N自掺杂碳量子点的彩色荧光照片，与步骤(1)的标准曲线及步骤(2)的RGB分析定量模型比对，获得农产品样品中镉和汞的含量。
在本发明的一个实施方式中，所述掩蔽剂包括植酸或焦磷酸钠中的一种。
在本发明的一个实施方式中，N自掺杂碳量子点标准溶液、含有掩蔽剂的Cd2+或Hg2 +溶液的体积比为1：5；
所述掩蔽剂与Cd2+或Hg2+溶液的用量比为1mg：10μL。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，Cd2+溶液的浓度为0-267.9μmol L-1，Hg2+溶液的浓度为0-249.2μmol L-1。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，具体荧光检测方法如下：
取消解提取液与掩蔽剂、N自掺杂碳量子点标准溶液混合反应后的溶液100μL，向其中加入20μL N自掺杂碳量子点溶液，180μL柠檬酸缓冲溶液(pH＝7.0)，室温孵育5分钟后进行荧光强度检测。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，紫外灯的波长为265-315nm。
在本发明的一个实施方式中，步骤(3)中，湿式消解法具体过程如下：取1g农产品样品加入10mL的硝酸-高氯酸混合液(9+1)在电热板上消化直至冒白烟，消化液呈无色透明，体积为1-2mL时，停止加热。待冷却至室温后，用1％的硝酸溶液定容至25mL，得到消解提取液。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明用氨基酸(尤其是富含氮的L-精氨酸)为原料，水热合成了具有荧光特性的N自掺杂碳量子点溶液；以基于新合成的N自掺杂碳量子点为荧光探针，建立了一种N自掺杂碳量子点检测农产品中镉和汞的方法。
(2)本发明的一种N自掺杂碳量子点对农产品中镉和汞的检测方法具有碳量子点合成方法简单、成本低廉、荧光性质稳定等优势。
(3)本发明的一种N自掺杂碳量子点对农产品中镉和汞的检测方法用于检测农产品中镉和汞的含量，结果可靠，克服了现有检测技术成本昂贵、操作复杂等问题，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的N自掺杂碳量子点的紫外可见吸收和荧光光谱谱图。
图2为本发明实施例1制备的N自掺杂碳量子点随激发波长变化的荧光发射光谱图。
图3为本发明实施例1制备的N自掺杂碳量子点的TEM和粒径分布图。
图4为本发明实施例1制备的N自掺杂碳量子点和原料的傅里叶红外光谱图。
图5为本发明实施例1制备的N自掺杂碳量子点的X射线光电子能谱图。
图6为本发明实施例1制备的N自掺杂碳量子点荧光强度随pH变化的荧光光谱图。
图7为本发明实施例1制备的N自掺杂碳量子点对Cd2+的检测干扰性分析图。
图8为本发明实施例1制备的N自掺杂碳量子点对Hg2+的检测干扰性分析图。
图9为本发明实施例1制备的N自掺杂碳量子点对Cd2+的敏感性分析图。
图10为本发明实施例1制备的N自掺杂碳量子点对Hg2+的敏感性分析图。
具体实施方式
本发明提供一种N自掺杂碳量子点的制备方法，包括以下步骤：
(1)将氨基酸溶解于超纯水，得到氨基酸溶液；
(2)将步骤(1)制备得到的氨基酸溶液转移至反应釜进行水热反应，反应结束后后处理得到N自掺杂碳量子点(也即“荧光碳量子点”)。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，氨基酸与超纯水的用量比为1-2g：200-400mL。
在本发明的一个实施方式中，所述氨基酸优选为L-精氨酸。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述反应釜为聚四氟乙烯反应釜；
水热反应过程中，反应温度为120-200℃，反应时间为4-8h。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述后处理为离心过滤后稀释。
在本发明的一个实施方式中，离心过程中，离心转速为8000转/分钟，离心时间为20min。
在本发明的一个实施方式中，过滤过程中，使用孔径为0.22μm的滤膜。
在本发明的一个实施方式中，稀释过程中直至N自掺杂碳量子点浓度为0.25g/L。
本发明提供一种通过上述方法制备得到的N自掺杂碳量子点，所述N自掺杂碳量子点的平均粒径为2.68±0.67nm。
本发明提供一种N自掺杂碳量子点在检测农产品中镉和汞中的应用。
本发明提供一种N自掺杂碳量子点检测农产品中镉和汞的方法，包括以下步骤：
(1)标准曲线的绘制：配置N自掺杂碳量子点标准溶液，测定其荧光强度F0；将含有掩蔽剂的Cd2+或Hg2+溶液加入到N自掺杂碳量子点标准溶液中，测定加入后的荧光强度F；以Cd2+或Hg2+浓度为横坐标，以荧光强度前后变化的F/F0为纵坐标，绘制标准曲线；
(2)RGB分析定量模型的建立：将重金属离子溶液、掩蔽剂与N自掺杂碳量子点标准溶液混匀反应后利用紫外灯激发，获得彩色荧光照片后将其分解为蓝色、绿色和红色通道照片，然后选择绿色和蓝色通道的颜色强度比值检测Cd2+和Hg2+；记录不同浓度的Cd2+和Hg2+引起彩色CDs荧光照片中绿色与蓝色通道的荧光强度比值变化情况，建立RGB分析定量检测模型；
(3)消解提取液的制备：采用湿式消解法对农产品样品进行预处理，得到消解提取液；
(4)农产品样品中镉和汞的检测：将步骤(3)制备得到的消解提取液与掩蔽剂、N自掺杂碳量子点标准溶液混合反应后，经紫外灯激发，获得N自掺杂碳量子点的彩色荧光照片，与步骤(1)的标准曲线及步骤(2)的RGB分析定量模型比对，获得农产品样品中镉和汞的含量。
在本发明的一个实施方式中，所述掩蔽剂包括植酸或焦磷酸钠中的一种。
在本发明的一个实施方式中，N自掺杂碳量子点标准溶液、含有掩蔽剂的Cd2+或Hg2 +溶液的体积比为1：5；
所述掩蔽剂与Cd2+或Hg2+溶液的用量比为1mg：10μL。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，Cd2+溶液的浓度为0-267.9μmol L-1，Hg2+溶液的浓度为0-249.2μmol L-1。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，具体荧光检测方法如下：
取消解提取液与掩蔽剂、N自掺杂碳量子点标准溶液混合反应后的溶液100μL，向其中加入20μL N自掺杂碳量子点溶液，180μL柠檬酸缓冲溶液(pH＝7.0)，室温孵育5分钟后进行荧光强度检测。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，紫外灯的波长为265-315nm。
在本发明的一个实施方式中，步骤(3)中，湿式消解法具体过程如下：取1g农产品样品加入10mL的硝酸-高氯酸混合液(9+1)在电热板上消化直至冒白烟，消化液呈无色透明，体积为1-2mL时，停止加热。待冷却至室温后，用1％的硝酸溶液定容至25mL，得到消解提取液。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
下述实施例中，如无特殊说明，所用试剂均为市售试剂；所用检测手段及方法均为本领域常规检测手段及方法。
实施例1
本实施例提供一种N自掺杂碳量子点(荧光碳量子点)及其制备方法。
(1)荧光碳量子点的制备及表征
将0.2g L-精氨酸溶于40mL超纯水，超声振荡20min后，转移至聚四氟乙烯反应釜内，然后在180℃温度下热解6h制备得到荧光碳量子点粗溶液。将荧光碳量子点粗溶液先以8000转/分钟离心20分钟，取上清液，再用孔径0.22μm的滤膜过滤得到荧光碳量子点溶液，并用超纯水稀释20倍待用。利用FLS1000仪器测定了碳点的绝对荧光量子产率，为28.06％。
如图1所示，荧光碳量子点在292nm处有一个紫外吸收峰，且最大激发波长为295nm，最大发射波长为354nm。
如图2所示，当激发波长在265-315nm波长，发射波长在300-430nm下变化时，荧光碳量子点的最大发射波长位置始终保持在354nm处，说明合成的荧光碳量子点具有较为均一的粒径分布和表面态。
如图3所示，对荧光碳量子点的形貌等进行了TEM表征，结果表明，合成的荧光碳量子点呈球形，分散性良好，无团聚，且较为均匀，其粒径分布结果表明，荧光碳量子点平均粒径为2.68±0.67nm。
如图4所示，为荧光碳量子点和原料的傅里叶红外光谱图。结果表明，荧光碳量子点在3418、2951、1642、1493、1402、1206和1108cm-1处具有突出的振动峰。其中，3418cm-1处的吸收带表明O-H和N-H的振动，2951cm-1处的吸收带为C-H伸缩振动；1642cm-1处的峰由酰胺或羧酸的伸缩振动、C＝N伸缩振动、羰基的C＝O基团的伸缩振动等多种原因产生；而C-N的伸缩振动则导致了1402cm-1处峰的出现；1206和1108cm-1处的振动峰则可能由C-O-C的伸缩振动产生。
图5所示，为荧光碳量子点的X射线光电子能谱图，a图上可以看到在284.96eV、399.36eV和531.86eV分别出现三个峰，分别对应于C1s、N1s和O1s，说明荧光碳量子点主要由C、O、N三种元素组成，且三者组成比例为84.7％：5.54％：9.76％；b图为荧光碳量子点的C1s光谱图，分别在284.48eV、285.25eV、286.27eV和288.44eV处出现了四个峰，分别对应于C–C、C–N、C–O、C＝O或C＝N；c图为荧光碳量子点的N1s光谱图，三个峰分别在399.27eV、400.57eV和401.82eV，分别对应于C–N–C、N–(C)3、N–H；d图所代表的O1s光谱图则显示两个峰分别在531.23eV和533.05eV处，分别对应于C═O，C-O-H或C-O-C。结合图4结果，充分说明荧光碳量子点表面含有大量-OH、-COOH、-N-H、C＝N等含氧或氮官能团。
实施例2
本实施例提供一种荧光碳量子点及其制备方法。
将0.2g L-苏氨酸溶于20mL超纯水，超声振荡20min后，转移至聚四氟乙烯反应釜内，然后在180℃温度下热解6h制备得到荧光碳量子点粗溶液。将荧光碳量子点粗溶液先以8000转/分钟离心20分钟，取上清液，再用孔径0.22μm的滤膜过滤得到荧光碳量子点溶液。利用FLS1000仪器测定了碳点的绝对荧光量子产率，为14.9％。其平均粒径为3.00±0.21nm。
实施例3
本实施例提供一种荧光碳量子点及其制备方法。
将0.1331g天冬氨酸溶于20mL超纯水，超声振荡10min后，转移至聚四氟乙烯反应釜内，然后在180℃温度下热解4h制备得到荧光碳量子点粗溶液。将荧光碳量子点粗溶液先以8000转/分钟离心10分钟，取上清液，再用孔径0.22μm的滤膜过滤得到荧光碳量子点溶液。利用FLS1000仪器测定了碳点的绝对荧光量子产率，为26.3％。其平均粒径为2.5±0.36nm。
实施例4
本实施例提供一种荧光碳量子点及其制备方法。
将0.3g谷氨酸溶于25mL超纯水，超声振荡20min后，转移至聚四氟乙烯反应釜内，然后在200℃温度下热解5h制备得到荧光碳量子点粗溶液。将荧光碳量子点粗溶液先以8000转/分钟离心20分钟，取上清液，再用孔径0.22μm的滤膜过滤得到荧光碳量子点溶液。利用FLS1000仪器测定了碳点的绝对荧光量子产率，为13.3％。其平均粒径为2.3±0.11nm。
实施例5
本实施例提供一种荧光碳量子点及其制备方法。
将0.1g L-脯氨酸溶于40mL超纯水，超声振荡20min后，转移至聚四氟乙烯反应釜内，然后在120℃温度下热解8h制备得到荧光碳量子点粗溶液。将荧光碳量子点粗溶液先以8000转/分钟离心20分钟，取上清液，再用孔径0.22μm的滤膜过滤得到荧光碳量子点溶液。利用FLS1000仪器测定了碳点的绝对荧光量子产率，为23.2％。其平均粒径为2.8±0.4nm。
实施例6
本实施例提供一种N自掺杂碳量子点(实施例1制备得到)检测农产品中镉和汞的方法。
(1)制作标准曲线
如图6所示，荧光碳量子点在5.0-11.0的pH条件下，荧光光谱发生变化。在中性及碱性环境(pH为7.0-11.0)条件下，荧光碳量子点的荧光强度变化不大，而当在酸性条件(pH为5.0-6.0)时，荧光碳量子点的荧光强度受到了一定程度的猝灭，且最大发射波长发生红移。基于此，采用pH为7.0的缓冲溶液作为检测体系的缓冲液。
如图7所示，除Hg2+外，大部分农产品中常见离子对荧光碳量子点检测Cd2+未造成明显的干扰。向检测体系中加入植酸，Hg2+对检测过程的干扰可有效被掩蔽，同时植酸对于荧光碳量子点的荧光性能未产生影响。基于此，采用植酸作为碳点对于Cd2+检测体系的掩蔽剂。
如图8所示，除Cd2+外，大部分农产品中常见离子对荧光碳量子点检测Hg2+未造成明显的干扰。向检测体系中加入焦磷酸钠，Cd2+对检测过程的干扰可有效被掩蔽，同时焦磷酸钠对于碳量子点的荧光性能未产生影响。基于此，采用焦磷酸钠作为碳点对于Hg2+检测体系的掩蔽剂。
如图9所示，荧光碳量子点的荧光强度变化值与Cd2+的浓度具有一定的线性关系。向检测体系加入不同浓度的Cd2+(0-249.2μmol L-1)，随着Cd2+的浓度不断增加，检测体系的荧光强度随之不断降低，荧光碳量子点的荧光受到猝灭。如插图所示，利用Stern-Volmer方程(F0/F＝1+kqτ0C＝1+KSV，kq＝双分子猝灭常数，τ0是无猝灭剂时荧光碳量子点的平均荧光寿命值，KSV是Stern-Volmer猝灭常数，F0和F分别表示添加Cd2+前后检测体系在295nm激发波长和354nm发射波长的荧光强度)对于检测体系在295nm激发波长，354nm发射波长的荧光强度进行拟合，得到拟合曲线为F0/F＝0.00697CCd 2++1.03005，R2＝0.9989，检测限为3.32μmolL-1，结果说明该检测体系对于Cd2+具有良好的检出限和线性范围。
如图10所示，荧光碳量子点的荧光强度变化值与Hg2+的浓度具有一定的线性关系。向检测体系加入不同浓度的Hg2+(0-267.9μmol/L)，随着Hg2+的浓度不断增加，检测体系的荧光强度随之不断降低，荧光碳量子点的荧光受到猝灭。荧光碳量子点荧光强度与Hg2+浓度的关系为F0/F＝0.00821CHg 2++1.01834，R2＝0.9954，检测限为1.76μmol/L，结果说明该检测体系对于Hg2+具有良好的检出限和线性范围。
(2)RGB法分析检测Cd2+和Hg2+
向200μL的不同浓度的Cd2+和Hg2+溶液中分别加入20mg的掩蔽剂植酸和焦磷酸钠，振荡混匀后，取上清液100μL，向其中加入20μL的荧光碳量子点溶液，180μL柠檬酸缓冲溶液(pH＝7.0)，室温孵育5分钟后，取上述溶液400μL装入1mL PE管内，经360nm紫外灯激发后，通过智能手机获得彩色荧光照片。利用Image J软件将彩色荧光照片分解为蓝色、绿色和红色通道照片，然后选择蓝色和红色通道的颜色强度比值检测Cd2+和Hg2+。记录不同浓度的Cd2 +和Hg2+引起彩色碳量子点荧光照片中蓝色与红色通道的强度比值变化情况，作标准曲线。
(3)农产品样品中镉和汞的检测
以市场购得新鲜的苹果和卷心菜作为样品，根据《食品安全国家标准：食品中镉的测定(GB 5009.15-2014)》和《食品安全国家标准：食品中总汞及有机汞的测定(GB5009.17-2021)》中的湿式消解法对样品进行预处理，得到消解液。向消解液中添加不同浓度的Cd2+和Hg2+标液，对加标处理后的样品进行荧光检测，得到结果如表1所示。Cd2+和Hg2+分别在样品中的回收率分别为86.44％–109.40％和86.62％–115.32％，相对标准偏差均小于5％，说明该检测体系对农产品样品中Cd2+和Hg2+含量的测定效果良好。
表1农产品样品中镉和汞的测定
在本发明中，以20种氨基酸(苏氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、丝氨酸、精氨酸、甘氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、天门冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、组氨酸)中的任一种氨基酸均可以制备得到能够检测农产品中镉和汞的N自掺杂碳量子点。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1. 一种N自掺杂碳量子点在检测农产品中镉和汞中的应用，其特征在于，所述N自掺杂碳量子点的平均粒径为2.68±0.67 nm；
N自掺杂碳量子点的制备方法包括以下步骤：
（1）将L-精氨酸溶解于超纯水，得到L-精氨酸溶液；
（2）将步骤（1）制备得到的L-精氨酸溶液转移至反应釜进行水热反应后，处理得到N自掺杂碳量子点。
2. 根据权利要求1所述的一种N自掺杂碳量子点在检测农产品中镉和汞中的应用，其特征在于，步骤（1）中，L-精氨酸与超纯水的用量比为1-2g：200-400 mL。
3.根据权利要求1所述的一种N自掺杂碳量子点在检测农产品中镉和汞中的应用，其特征在于，步骤（2）中，水热反应过程中，反应温度为120-200℃，反应时间为4-8h；
所述处理为离心过滤后稀释。
4.一种N自掺杂碳量子点检测农产品中镉和汞的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）标准曲线的绘制：配置N自掺杂碳量子点标准溶液，测定其荧光强度F0；将含有掩蔽剂的不同浓度的Cd2+或Hg2+溶液加入到N自掺杂碳量子点标准溶液中，测定加入后的荧光强度F；以Cd2+或Hg2+浓度为横坐标，以荧光强度前后变化的F/F0为纵坐标，绘制标准曲线；
（2）RGB分析定量模型的建立：将重金属离子溶液、掩蔽剂与N自掺杂碳量子点标准溶液混匀反应后，利用紫外灯激发，获得彩色荧光照片后，将其分解为蓝色、绿色和红色通道照片，然后选择蓝色和红色通道的颜色强度比值检测Cd2+或Hg2+；记录不同浓度的Cd2+或Hg2+引起彩色碳量子点荧光照片中蓝色与红色通道的荧光强度比值变化情况，建立RGB分析定量检测模型；
（3）消解提取液的制备：采用湿式消解法对农产品样品进行预处理，得到消解提取液；
（4）农产品样品中镉和汞的检测：将步骤（3）制备得到的消解提取液与掩蔽剂、N自掺杂碳量子点标准溶液混合反应后，经紫外灯激发，获得N自掺杂碳量子点的彩色荧光照片，与步骤（1）的标准曲线及步骤（2）的RGB分析定量模型比对，获得农产品样品中镉和汞的含量；
所述N自掺杂碳量子点的平均粒径为2.68±0.67 nm；
N自掺杂碳量子点的制备方法包括以下步骤：
（a）将L-精氨酸溶解于超纯水，得到L-精氨酸溶液；
（b）将步骤（a）制备得到的L-精氨酸溶液转移至反应釜进行水热反应后，处理得到N自掺杂碳量子点。
5.根据权利要求4所述的一种N自掺杂碳量子点检测农产品中镉和汞的方法，其特征在于，所述掩蔽剂包括植酸或焦磷酸钠中的一种。
6. 根据权利要求4所述的一种N自掺杂碳量子点检测农产品中镉和汞的方法，其特征在于，步骤（1）中，Cd2+溶液的浓度为0-267.9 μmol L-1，Hg2+溶液的浓度为0-249.2 μmol L-1。
7. 根据权利要求4所述的一种N自掺杂碳量子点检测农产品中镉和汞的方法，其特征在于，步骤（2）中，紫外灯的波长为265-315 nm。
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