[发明专利]一种荧光碳点及其制备方法和在检测铜离子中的应用

说明书

本发明提供了一种荧光碳点及其制备方法和在检测铜离子中的应用。该荧光碳点的制备方法包括：腐殖酸和尿素溶于水中进行加热反应；反应结束后，进行离心，离心所得的上清液过滤透析干燥后得到荧光碳点。本发明的荧光碳点具有很强的荧光、高单分散性、良好的稳定性、良好的水溶性和荧光量子产率；将该荧光碳点用作荧光碳点传感器，用于测定水样中的Cu²⁺，具有灵敏度高、稳定性强、选择性好、检测成本低等优点，针对Cu²⁺的线性检测浓度范围为0.1～2μM，与其它传感器相比具有一定的竞争力，对水中Cu²⁺的检测有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于碳量子点技术领域，涉及一种荧光碳点及其制备方法和在检测铜离子中的应用。

背景技术

Cu²⁺对环境保护、人类健康和动物生存构成严重威胁，无论在人体内还是动物体内积累到一定程度，都会引起生理障碍、发育停滞甚至死亡。Cu²⁺的长期高浓度暴露可累及肝脏、肾脏，容易在人体内积聚，还与阿尔茨海默病、帕金森病等脑部疾病息息相关。当它进入水中时，会对水生生物的生长发育和生理代谢过程产生一系列的影响。如Cu²⁺对日本沼虾、碱性磷酸酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶在体取食率的影响以及对孔雀鱼的高毒性。由于这些原因，Cu²⁺的检测在各个领域受到了广泛的关注。

近年来，一些高效的Cu²⁺检测策略被报道。目前，用于离子检测的方法主要有比色法和电化学分析法。然而，比色法需要对样品进行染色处理，这两种方法实验过程中都会引入有毒污染物或者生成的有毒产物，可能会对环境造成潜在的影响甚至对设备操作和维护人员的安全造成危害。水样品中Cu²⁺的含量可以通过原子吸收光谱法、原子发射光谱法和差分脉冲阳极溶出伏安法(DPASV)测定，但他们都有较高的检测限，灵敏度较低。电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、电化学生物传感器、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)的检测限较低，但他们需要较高的实验条件，并且设备庞大、复杂、昂贵。复杂传感器的构造提高了灵敏度。例如，Chen等人开发了一种便携式的基于多通道尖端微萃取的现场样品制备(FSP)装置，该装置使用聚合物基单体作为萃取相。荧光光谱结合原子吸收光谱法检测限可达到0.061～0.40ngL^-1。生物方法包括酶抑制、免疫测定和生物传感器，与传统检测技术相比，生物方法具有方便、快速、经济、易于操作等优点，在理论上适用于Cu²⁺的现场快速检测。但由于环境样品中元素复杂，干扰多，Cu²⁺的检测仍然十分困难。与上述方法相比，荧光传感器具有制备简单、灵敏度高、选择性好、响应时间快、干扰效果小、成本低、环境友好等优点。因此，利用荧光传感器检测Cu²⁺具有良好的应用前景。

量子点因其独特的光学特性而被用于制作光学传感器，但大多数传统的量子点是基于含有重金属的半导体制备的，如锌和镉。因此，量子点的毒性作用和潜在的环境危害严重限制了它们的实际应用。与重金属量子点相比，CDs具有与量子点相同的荧光特性，并且CDs具有低毒性、稳定性好、制备方便、环保等优点，所以可以作为替代量子点的荧光材料。近些年来，CDs作为荧光探针传感器的制备材料备受关注。目前，CDs已广泛应用于生物医学和化学领域，如生物成像、药物传递、基因传递、传感和催化等领域。但对于生物医学测试，样品需要以复杂的方式处理。如血液中检测目标物，需要分离和用生理盐水稀释血液样本，然后孵化和培养红细胞与目标物。体外细胞成像对样品的处理更加复杂，不仅需要进行细胞培养，还需要对细胞进行接种和染色。而化学传感器相对制备简单，操作方便，应用前景更加广阔。

因此，对于Cu²⁺的检测，需要开发一种新型荧光碳点以及快速、简单、灵敏的检测方法。

发明内容