CN117126663B

CN117126663B - 一种高亲水性双发射碳点及作为可视化检测材料的应用

Info

Publication number: CN117126663B
Application number: CN202310999147.5A
Authority: CN
Inventors: 施树云; 朱永丰; 王岱杰; 曹元鑫
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2023-08-09
Filing date: 2023-08-09
Publication date: 2024-04-12
Anticipated expiration: 2043-08-09
Also published as: CN117126663A

Abstract

本发明涉及一种高亲水性双发射碳点及作为可视化检测材料的应用。现有生物质碳点(CDs)能够表现出双发射特性，但还存在亲水性不足等缺陷，严重限制了CDs的应用。本发明以绿色植物和NaOH为原料，水热法一步合成了一种单激发双发射特性的高亲水性CDs，在365nm的激发下，450和660nm处显示出双发射特性，加入金属离子后形成的CDs‑金属离子复合体系在660nm处的荧光猝灭，加入甲基硫菌灵(TM)后，TM能与金属离子形成稳定的复合物，恢复CDs在660nm处的发光性能。本发明基于上述性能还提供了该CDs在TM检测方面的应用，对于农产品安全保障具有重要意义。

Description

一种高亲水性双发射碳点及作为可视化检测材料的应用

技术领域

本发明属于碳量子点材料技术领域，具体涉及一种高亲水性双发射碳点材料、其制备方法及在甲基硫菌灵检测方面的应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

双发射比率荧光法在定量检测中具有双信号读出模式，可以进行内部自校准，很大程度的避免了背景及外部环境因素(如温度、溶液极性、pH值)的干扰，克服了单波长荧光检测方法的局限性。构建基于检测目标物的比率荧光传感器，可以提高灵敏度和准确度，并扩大传感器的应用场景和范围。碳点(carbon dots,CDs)作为一种新型的荧光材料，具有较高的光稳定性、良好的生物相容性、易于合成和表面功能化等优点而在传感分析、生物成像和光催化等领域得到广泛研究。自首次发现CDs以来，有机化合物和生物质等众多前体物质已被成功用于合成不同发射及不同响应性能的CDs，但是传统水热法合成的多为单发射蓝光或绿光CDs，而双发射比例检测体系多为混合两种不同发射的CDs而得。2017年，Zhao等以玉米苞叶为原料、乙醇为溶剂，采用溶剂热法成功的制备出具双发射特性的新型生物质CDs，其中红色发射峰来源于生物质中的叶绿素类化合物，蓝色发射峰来源于生物质中的其他有机物。从此以生物质为原料合成双发射CDs的研究备受关注。但是叶绿素是脂溶性物质，以乙醇为溶剂合成的双发射CDs水溶性差，限制了其在生物和环境等水系样本中的应用。Zhao等采用复杂的后修饰过程增加水溶性，如合成的CDs与聚乙二醇二胺常温混合搅拌48h后用Na₂CO₃处理24h。为了简化制备过程，Cui等先使用乙醇和丙酮溶液超声15min提取生物质中的叶绿素，接着将叶绿素提取液与聚乙二醇二胺混合，溶剂热法制备双发射CDs，该方法省略了后处理过程，但是需要样品提取的前处理过程，且合成溶剂为有机试剂，一定程度上影响所合成CDs的亲水性。因此，有必要开发一步简易合成法得到高亲水性双发射CDs，这将大大降低高亲水性双发射CDs的开发流程，有利于双发射CDs的推广和应用。

农药残留可能造成食物和环境污染，危害人体的健康。在众多农药中苯并咪唑类杀菌剂使用较为广泛，其中甲基硫菌灵(TM，又名甲基托布津)是环境和农产品中应用较为广泛的农药，其对谷类、蔬菜类、果树上的多种病害有较好的防治作用。因此快速而准确的检测农产品中TM的残留量对保护公众健康及环境具有重大意义。目前已经提出多种可用于农药检测的方法，比如质谱法、色谱法、比色法、电化学方法、表面增强拉曼散射法和荧光法等。但是，大多数方法都具有较为复杂的操作步骤和昂贵的检测成本，极大的限制了农药的现场便捷检测。而将高亲水性双发射CDs和测试纸技术结合可以实现现场可视化检测。

发明内容

针对现有生物质CDs材料亲水性的不足，本发明设计引入碱性试剂对醚、酯、叶绿素等脂溶性前体物质进行水解，从而提高材料的水溶效果。本发明以富含叶绿素的植物作为原料，加入碱性试剂通过水热法一步合成了单激发双发射特性的高亲水性CDs，该CDs水接触角仅为6.25°，具有高亲水性。在365nm的激发下，450和660nm处显示出双发射特性。

基于上述技术效果，本发明第一方面，提供一种高亲水性双发射碳点的制备方法，包括如下步骤：将富含叶绿素的植物及碱液加入水热反应釜中，于100～140℃下加热反应6～10h。

本发明方法设计通过碱水解提高前体物质的水溶性而增加CDs的亲水性，同时期望获得生物质CDs的双发射特性。因此，该制备方法需要以富含叶绿素的植物作为原料，优选叶片部位，可行的植物实例如空心菜、菠菜、油菜、生菜、卷心菜、蒜苗、韭菜、香菜、茼蒿、油麦菜、荠菜、芹菜、地瓜叶、芒果叶等，只要能够提供丰富的叶绿素，均可适用于本发明方法。上述原料采用鲜菜或干菜均可，本发明验证的一种实施方式中，以空心菜作为原料，为了方便对上述原料与碱液的比例进行说明，本发明中以干菜重量为例进行说明，可行的烘干方式如热风干燥、远红外干燥、微波干燥、冷冻真空干燥或膨化干燥，一种具体的实例中：60℃热风干燥12h。

上述碱液优选无机碱，进一步优选为强碱溶液，如氢氧化钾、氢氧化钠；本发明验证的一种实施方式中，所述碱液为氢氧化钠溶液，上述实施方式中，所述空心菜与碱液的混合比例如下：每100mL混合溶液中，空心菜与氢氧化钠的质量比为0.8～1.2：2。

上述水热反应的产物还需要进行纯化：将水热反应得到的深色产物过滤膜得到上清液，将该上清液进行对水透析并再次过膜；进一步的，透析截留分子量为500，透析时间为40～50小时，所述滤膜孔径为0.22μm。

本发明同时制备了上述原料在传统方法合成的双发射碳点(CDs-PEG)，相比CDs-PEG，本发明CDs具有更为优异的水溶性，更为简单的CDs合成步骤。

第二方面，提供第一方面所述方法制备的高亲水性双发射碳点。

进一步的，本发明发现，该高亲水性CDs与金属离子(Hg²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺)形成CDs-金属离子复合物在660nm处的荧光猝灭，而加入的TM与Hg²⁺形成更稳定的复合物，恢复CDs在660nm处的发光性能，基于上述性能，该高亲水性CDs有望作为一种可视化检测材料。一种实施方式中，本发明提供了一种可以现场快速检测TM的检测试纸。亲水性CDs-金属离子复合体系可以均匀的负载在纸基上，当TM浓度逐渐变大时，纸基在紫外灯下颜色由紫红色逐渐变为蓝色，实现TM的可视化比例检测。最后，使用RGB分析软件处理智能手机所拍摄的荧光图片，将所输出的RGB值进行数据处理实现TM的定量分析。

因此，本发明第三方面，提供第二方面所述高亲水性双发射碳点作为可视化检测材料的应用。

上述作为可视化检测材料的应用方式主要为，以基于该高亲水性双发射碳点荧光变化作为指示的检测方法，本发明验证的一种检测方式中，可应用于农药检测，所述农药的实例为甲基硫菌灵，检测对象包括但不限于农产品、土壤或水源。

第四方面，提供一种检测试纸，该试纸以滤纸为载体，负载第一方面所述高亲水性双发射碳点与金属离子的复合物。

上述载体可以为定性滤纸或定量滤纸，可行的材质包括滤纸、滤棉、玻璃纤维滤纸等；该载体需要能够承载复合物，同时具备一定的吸水能力，考虑到成本经济的因素，本领域技术人员可从定性滤纸中进行常规选择。

上述试纸具有工作区域，所述高亲水性双发射碳点与金属离子的复合物即固定在该工作区域中；为了防止待测物或复合物在载体中扩散，影响检测结果，该工作区域可采用油性试剂划定形成屏障。

可行的金属离子如Cu²⁺、Hg²⁺或Fe³⁺，可来自氯化铜、硫酸铜、硝酸铜、氯化汞、氯化铁等。

一种实施方式中，该检测试纸用于甲基硫菌灵的检测，以Hg²⁺为例，本发明基于该检测目的对试纸制备涉及的相关参数进行了优化，优化后的制备方法如下：

以定性滤纸为载体，通过油性笔画出直径5～7mm的工作区域，在工作区域的中央滴加28～32μM Hg²⁺溶液和8～12mg mL^-1的高亲水性双发射碳点溶液，自然挥干得到检测试纸；上述两种溶液等比例添加，其中，碳点溶液的溶剂为pH 8.0的Tris-HCl。

上述Hg²⁺溶液范围有助于提高甲基硫菌灵的检测线性范围及灵敏度，pH值条件则有助于提高所述碳点材料的荧光恢复程度。上述检测体系具有较强的特异性，检测结果基本不受检测环境中其他干扰物的影响。

第五方面，提供一种甲基硫菌灵的检测方法，该方法基于第四方面所述检测试纸实现。

上述检测方法的具体步骤如下：将待测物滴加至检测试纸的工作区域，放置于激发波长为365nm的紫外灯下，拍摄工作区域的荧光图片，通过颜色识别器软件分析图片以获取相应的RGB值，根据照片的R/B(R与B的比值)对甲基硫菌灵进行定量分析。

以上一个或多个技术方案的有益效果是：

1、目前研究表明，生物质原料中疏水性有机质较多，表现出双发射特性的生物质CDs通常存在水溶性不足的缺陷。本发明提供的双发射CDs材料，具有良好的亲水性，本发明针对其固有特性进行表征，发现该高亲水性CDs表面带有高含量的-COOH、-OH、-NH₂基团，为目前生物质CDs的开发提供了宝贵经验，有效克服现有生物质量CDs的不足，制备方法简单，原料经济，具有工业放大生产的前景。

2、基于该高亲水性CDs与金属离子的结合特性，本发明进一步研究其作为可视化检测材料的应用。TM是一种目前广泛应用的农药，提供一种TM的快速、灵敏、准确检测方法具有重要意义。由于TM能够与金属离子结合成稳定复合物，本发明将CDs-金属离子复合体系负载在纸基上，制备了一种能够实现现场检测的试纸，使用时，将待测样本滴加在试纸上，通过紫外光激发后分析试纸颜色变化即可对实际样品(农产品及环境样本)中TM的含量进行分析，具有操作简单方便、成本低和灵敏度高等特点。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明中高亲水性CDs的制备过程及可视化比率荧光检测TM的机理示意图；

图2为实施例1中高亲水性CDs制备方法研究的相关表征；

其中，(a)空心菜与NaOH质量比；(b)反应温度；(c)反应时间下所制备CDs的F660/F450的变化值；

图3为实施例1中高亲水性CDs的固有特性表征；

其中(a)CDs的TEM图像(插图为粒径分布直方图)；(b)CDs的XRD图；(c)CDs的FT-IR光谱；(d)CDs的XPS全谱；

图4为实施例1中高亲水性CDs的XPS精细谱；

其中，(a)C 1s的XPS精细光谱、(b)N 1s的XPS精细光谱；(c)O 1s的XPS精细光谱；

图5为实施例1中高亲水性CDs的亲水性测定结果；

其中，(a)亲水性CDs的接触角图像；(b)CDs-PEG的接触角图像；

图6为实施例1中高亲水性CDs的光学性能表征；

其中，(a)CDs的UV-vis吸收光谱(黑色线)、365nm激发处的荧光发射光谱(红色线)和445nm发射处的荧光激发光谱(蓝色线)；(b)不同激发波长下CDs的荧光发射光谱；

图7为实施例1中高亲水性CDs的光学稳定性研究结果；

其中，(a)不同pH下的F₆₆₀/F₄₅₀；(b)不同NaCl浓度下的F₆₆₀/F₄₅₀；(c)365nm光照射不同时间下的F₆₆₀/F₄₅₀；

图8为CDs-Hg²⁺复合体系实现TM比率荧光检测性能的验证；

其中，(a)CDs及加入Hg²⁺和TM后的紫外可见光谱图；(b)CDs及加入Hg²⁺和TM后的荧光寿命；(c)TM加入Hg²⁺前后的紫外可见光谱；(d)CD-Hg²⁺体系加入不同浓度TM的荧光光谱图；

图9为实施例1中检测试纸优化条件研究；

其中，(a)CDs加入不同Hg²⁺后测试纸的R/B值；(b)不同pH下CDs-Hg²⁺加入TM后测试纸R/B的变化值；

图10为阳离子和其他农药对TM测定的影响；

图11为TM检测的线性拟合图；

其中：插图是在365nm紫外灯下所拍摄的纸芯片的荧光图片(从左到右：1、2、5、10、15、20、30μM)；

图12为实施例表4中所述检测试纸用于实际样品TM浓度测定的实物图片。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例

1实验部分

1.1实验试剂

实验所需试剂如表1所示。

表1实验所需试剂情况汇总

1.2实验仪器

实验所需仪器如表2所示。

表2实验所需仪器情况汇总

1.3高亲水性双发射CDs的制备

高亲水性双发射CDs是通过水热法一步合成：将0.25g烘干的空心菜、0.5g NaOH和25mL超纯水在高压反应釜的聚四氟乙烯内衬中混匀，于120℃下加热反应8小时。然后将获得的深色产物通过0.22μm膜过滤以获得上清液，并将其用透析袋(MWCO＝500)透析48小时，透析后所得溶液再次通过0.22μm膜进一步过滤。最后冷冻干燥以获得双发射CDs粉末，以50mg mL^-1的浓度重新分散在超纯水中，并在4℃下储存以用于下一步表征、性能评估和检测。

为了比较亲水性差异，使用传统的聚乙二醇二胺后修饰法合成双发射碳点(CDs-PEG)：将空心菜(0.5g)和无水乙醇(40mL)混合在圆底烧瓶(100mL)，85℃的氮气保护下回流24h，冷却至室温后，用0.45μm膜过滤得上清液，15mL的聚乙二醇二胺(1.2mg·mL^-1)/无水乙醇溶液与上清液混合，75℃回流4h，混合物用0.45μm膜过滤，然后用MWCO＝500的透析膜透析48小时，最后冷冻干燥得到CDs-PEG，并在4℃下储存以备进一步使用。

1.4CDs的水接触角测定

将200μL CDs溶液滴加于洗净烘干后的载玻片上，然后将载玻片置于60℃烘箱中直至溶剂完全挥发。往溶剂挥发后的CDs上滴加一滴超纯水，最后使用接触角测定仪测定接触角。

1.5TM的可视化比例检测

以定性滤纸为原料，使用油性水笔画出亲水性工作区域直径为6mm的检测纸，中央亲水区域滴加5μL 30μM Hg²⁺和5μL 10mg mL-1CDs溶液(溶液为pH8.0的Tris-HCl溶液)，并于室温下将溶剂自然挥干得到现场检测纸。对于TM标准溶液，将5μL不同浓度的TM标准溶液滴加于检测纸上，放置于激发波长为365nm的紫外灯下，并用智能手机拍摄检测值的荧光图片，最后用颜色识别器手机软件分析荧光图片以获取相应的RGB值，根据照片的R/B(R与B的比值)对TM进行定量分析。

对于真实样本，选择西红柿、苹果和湘江水样用于验证所提出方法的适用性和准确性。其中，西红柿和苹果样品削皮后，将皮捣碎置于水溶液中超声5min，10000rpm离心10min，将上清液通过0.22μm水膜过滤用于测试纸中可视化检测；水样直接10000rpm离心10min以去除大颗粒不溶物，并通过0.22μm水膜过滤，然后直接用测试纸检测其中是否有TM残留。

2结果与讨论

2.1高亲水性CDs的合成与表征

合成生物质CDs具有原料来源广泛、合成步骤简单和适合规模化生产等特点。据报道，空心菜富含碳水化合物、维生素、膳食纤维和叶绿素，可为合成双发射CDs提供丰富的碳源和氮源。本实施例以空心菜和NaOH为前体，通过水热法一步合成了CDs(图1)。所合成的CDs具有单激发双发射特性，当激发波长为365nm时，两个荧光发射波长分别位于450nm和660nm。将加入Hg²⁺后得到的CDs-Hg²⁺复合体系中660nm处的荧光强度与450nm处的荧光强度比值(F₆₆₀/F₄₅₀)的变化量作为评价标准，对CDs的制备条件进行了优化，主要优化了空心菜与NaOH的质量比、反应时间及反应温度。如图2所示，将0.25g空心菜、0.5g NaOH及25mL水混合于聚四氟乙烯内衬中，并于120℃下反应8h时，所得CDs的响应最强。

为了证明CDs已被成功合成，对CDs的固有特性进行表征。从图3a及插图可以看出，CDs是单分散的，其平均粒径约为4.28nm。图3b的X射线衍射图(XRD)中，CDs在23.5°处有一个宽峰，在31.1°有一个肩峰，表明CDs具有无定形碳的性质。CDs的FT-IR在3294、2925、1772、1578、1396、1333cm^-1处有吸收峰(图3c)，这些吸收峰分别归因于O-H/N-H，C-H，C＝O，C＝C，C-N，C-O的伸缩振动。因此，根据以上表征结果可以推断CDs表面可能含有羧基、羟基和氨基等基团，该结论与CDs的XPS谱的推断结论一致。由图3d的XPS全谱可知，CDs呈现出三个峰，分别是O1s(531.54eV)、N1s(399.33eV)和C1s(287.15eV)峰，其中C、N和O的相对元素含量分别为62.61％、3.84％和33.56％。如图4的XPS精细谱所示，C1s谱图中有284.00eV(C＝C/C-C)、284.70eV(C-O)和287.80eV(C＝O/C＝N)的峰；对于O1s谱，观察到了530.55eV、531.60eV和535.00处的峰，分别属于C＝O、C-O和O-H的振动；N1s精细谱显示出属于吡咯-N的398.80eV、属于N-H的406.60eV和属于石墨-N的399.50eV处的峰。显然，已经成功合成了表面带有-COOH、-OH、-NH₂基团的CDs。

2.2CDs的亲水性及光学性能测定

常见的生物、食品、环境等样本均是水体系，因此若CDs的亲水性较差将会限制其应用。红外、XPS等表征已经证明所合成CDs表面具有丰富的亲水性官能团，比如-COOH、-OH、-NH₂，能促进CDs的亲水性和分散性。为了证明合成的CDs比文献报道的CDs-PEG具有更好的亲水性，测定了两种的CDs的接触角。如图5所示，水滴滴在CDs和CDs-PEG上最终的接触角分别为6.25°和57.00°。结果表明，本实施例合成的CDs有更小的接触角，亲水性远远大于CDs-PEG，具有高亲水性，这可能与CDs表面丰富的亲水性基团有关。

UV-Vis光谱显示CDs在264nm、408nm和645nm处具有吸收带(图6a)。其中264nm归因于C＝C的π→π*的电子跃迁，408和645nm归因于卟啉化合物的Soret带和Q带。CDs的UV-Vis光谱中检测到空心菜中主要化合物叶绿素的吸收特性。值得注意的是，文献报道的叶绿素的特征吸收峰位于670nm，本实施例合成的CDs的吸收峰位于645nm处，这可能是由于在CDs的形成过程中，叶绿素在NaOH的催化下发生了水解，从而导致紫外吸收峰蓝移。因此可以推测，这也是用该方法所合成的CDs具有更好亲水性的原因。在365nm激发下，CDs的荧光光谱在450和660nm处有两个发射峰(图6a)。当激发波长从345nm增加到415nm时，蓝色通道的发射波长从435nm红移到485nm，而近红外通道发射波长保持不变(图6b)。由此推出，双发射CDs的荧光发射来源于CDs内部的共轭结构和表面的卟啉类衍生物，其中，蓝色通道处发射来源于内部结构，而近红外通道处的发射来源于表面卟啉衍生物。并且，以硫酸奎宁为参比计算出CDs的量子产率为2.36％。

在分析检测中，CDs的光稳定性对于检测的准确度来说十分重要。为此，研究了不同pH、不同离子强度以及不同时间紫外灯照射下CDs的F₆₆₀/F₄₅₀。如图7所示，在pH从7.0到9.0、NaCl浓度从0到800mM和连续紫外灯照射120分钟的情况下，CDs的F₆₆₀/F₄₅₀几乎没有发生变化。因此，本实施例所制备的CDs具有较好的光学稳定性，这也是比率荧光检测具有抗干扰能力的体现，因此该CDs可以较好的应用于农药检测。

2.3检测TM的方法构建及检测机理

目前已经报道许多方法可以用来检测农药，比率荧光检测作为荧光方法中的一种，其具有双信号读出模式，能够较大程度的避免背景干扰，克服了单波长荧光检测方法的局限。本实施例合成了具有蓝-红双发射波长的CDs，其中红光发射峰对Hg²⁺有较好的响应，而TM能与Hg²⁺形成稳定的络合物，基于此，可建立CDs-Hg²⁺复合体系实现TM比率荧光检测。如图8a所示，CDs在加入Hg²⁺前后，紫外吸收光谱没有出现新的吸收峰，据此可知CDs与Hg²⁺的作用机制并非静态猝灭。与此同时，在加入Hg²⁺后CDs的荧光寿命发生了改变，因此可以推测Hg²⁺与CDs发生了光致电子转移(PET)从而猝灭了CDs的红色荧光(图8b)。如图8c所示，TM在加入Hg²⁺后，紫外吸收光谱出现了新的吸收峰，因此可以证明TM与Hg²⁺形成了新的复合物。与此同时，在加入Hg²⁺后CDs的荧光寿命变短，而TM的加入使荧光寿命恢复，于是可以进一步证实TM与Hg²⁺形成了稳定的复合物。基于此可通过比率荧光快速、准确、灵敏、选择性地检测TM，如图8d，随着TM浓度增加，CDs红色波长处的荧光强度逐渐恢复。因此选择365nm作为激发波长，可实现可视化检测的目的。

2.4检测试纸可视化比例检测TM

本实施例中以油性水笔构建疏水屏障，优化了测试纸检测的反应参数，以获得检测TM浓度的最佳条件。如图9，优化了纸基上的Hg²⁺浓度和反应的缓冲环境。随着Hg²⁺浓度的增加，CDs的红色荧光逐渐猝灭，当Hg²⁺浓度大于30μM，纸基荧光图片的R/B变化很小，因此当Hg²⁺浓度为30μM时，TM检测的线性范围和灵敏度可达到最优。当pH为8.0时，CDs的红色荧光恢复的程度最大，因此pH＝8.0是检测的最佳缓冲环境。选择常见离子和其他农药对检测体系的干扰进行了研究，以研究检测体系的选择性和抗干扰性。如图10所示，以上干扰物对TM检测的干扰可以忽略不计，因此，所提出的检测方法具有较好的选择性，为实际应用提供了可能性。

在最优条件下，对TM检测的线性和检测限(LOD)进行了评估。如图11所示，随着TM浓度增加，测试纸亲水区域的荧光图片逐渐由蓝色变为紫红色，并且R/B(R与B的比值)与TM在1.0-30.0μM的范围内具有较好的线性关系(y＝0.0088x+0.5657，R²＝0.9883)。TM检测的LOD计算为0.80μM(3σ/S，σ为空白样品的标准偏差，S为线性方程的斜率，n＝12)。表3对最近报道的用于TM检测的荧光方法已进行了概述，而几乎所有的方法都是基于荧光强度对溶液中TM的含量进行检测，无法做到便携式可视化比例检测。因此，本实施例开发的检测平台具有合适的线性范围和较高的选择性，能做到比率荧光检测和可视化检测。

表3检测TM的荧光方法总结

2.5实际样品的可视化比例检测

甲基硫菌灵是一种广谱性内吸低毒杀菌剂，大量使用会导致其残留在农产品和土壤中，并通过降雨、淋溶等途径进入水体环境。因此为了证明所提出的测试纸可用于实际样品中TM可视化检测，分析检测了西红柿、苹果和湘江水样中TM含量。西红柿和苹果的皮用水超声提取后，0.22μm膜过滤后检测，水样离心过膜后直接用于检测，通过对3个实际样品中加入不同浓度的TM标准溶液以计算加标回收率。如表4所示，所选3个实际样中均未检测出TM残留，且所计算的加标回收率为98.3％-104.8％，RSD小于8.3％。这些结果表明所设计的体系可对真实样品中TM进行可视化比例检测，并且检测的准确度和精确度都处于较高的水平。皮是瓜果蔬菜中农药残留首当其冲的位置，本实施例中使用削的皮进行检测，折算成实际全果样中TM的检测限可达0.8μg/kg，完全能满足实际样品中TM残留的现场检测。

表4检测试纸用于检测实际样品TM的浓度

3.小结

本发明采用空心菜和NaOH为原料通过水热法成功合成了高亲水性双发射CDs，水接触角仅为6.25°，亲水性远远大于文献报道的方法合成的CDs-PEG(水接触57.00°)。合成的亲水性CDs可与测试纸结合用于实际样本中TM的可视化比例检测。该体系检测TM时检测线性范围为1.0-30.0μM，LOD可以达到0.80μM，且具有较好的加标回收率和精密度。可利用建立的合成亲水性CDs的方法合成不同功能的生物质亲水性CDs，并设计相应的检测体系用于环境监测、食品分析检验、临床诊断和个性化医疗等各种领域的现场可视化检测中。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种高亲水性双发射碳点作为可视化检测材料的应用，其特征在于，所述应用为甲基硫菌灵的检测；

所述高亲水性双发射碳点的制备方法，包括如下步骤：将富含叶绿素的植物及碱液加入水热反应釜中，于100~140℃下加热反应6~10h；

所述富含叶绿素的植物为空心菜；

所述植物采用叶片部位；

所述碱液为无机碱，选自氢氧化钾或氢氧化钠。

2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，水热反应的产物还需要进行纯化：将水热反应得到的深色产物过滤膜得到上清液，透析该上清液并再次过膜；

所述透析截留分子量为500，透析时间为40~50小时；

所述滤膜孔径为0.22μm。

3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述碱液为氢氧化钠溶液，所述空心菜与碱液的混合比例如下：每100mL混合溶液中，空心菜与氢氧化钠的质量比为0.8~1.2：2。

4.一种检测试纸，其特征在于，该试纸以滤纸为载体，负载权利要求1中所述高亲水性双发射碳点与金属离子的复合物；

所述试纸具有工作区域，高亲水性双发射碳点与金属离子的复合物固定在该工作区域中，该工作区域采用油性试剂划定形成屏障。

5.如权利要求4所述检测试纸，其特征在于，所述试纸中金属离子为Hg²⁺，制备方式如下：

以定性滤纸为载体，通过油性笔画出直径5~7mm的工作区域，在工作区域的中央滴加28~32μM Hg²⁺溶液和8~12 mg mL^-1的高亲水性双发射碳点溶液，自然挥干得到检测试纸；上述两种溶液等比例添加，其中，碳点溶液的溶剂为pH 8.0的Tris-HCl。

6.一种甲基硫菌灵的检测方法，其特征在于，该方法基于权利要求4或5所述检测试纸实现，检测方法的具体步骤如下：将待测物滴加至检测试纸的工作区域，放置于激发波长为365 nm的紫外灯下，拍摄工作区域的荧光图片，通过颜色识别器软件分析图片以获取相应的RGB值，根据照片的R/B对甲基硫菌灵进行定量分析。