以酵母细菌为主碳源微波快速合成碳点并用于溶液pH的检测的方法与流程

本发明属于化学应用技术领域，具体涉及一种以酵母细菌为主碳源乙二胺为辅助碳源，微波加热条件下合成碳点溶液；利用碳点溶液与不同pH的溶液反应后溶液的荧光值不同，可以检测出溶液的pH。

背景技术：

荧光碳点是继富勒烯、碳纳米管及石墨烯之后最热门的碳纳米材料之一。该种纳米材料克服了传统量子点的某些缺点，不仅具有优良的光学性能与小尺寸特性，而且具有良好的生物相容性，易于实现表面功能化，在生化传感、成像分析、环境检测、光催化技术、金属离子检测及药物载体等领域具有很好的应用潜力。合成方法包括电化学法，水热法，微波法，超声法等。目前，实现均匀合成碳点仍然有一定的困难。本发明旨在利用较为均匀的酵母细菌为碳源，以合成均匀性更好的碳点。

早期人们利用电化学法测量pH值，但由于传统玻璃电极的阻抗高，易破损以及不宜用于含氟溶液中pH的测定，且在高碱性环境中有“钠误差”，使电化学在pH值测量中遇到很多问题。因此，近年来人们不断开发新的pH测量方法。本发明基于新合成的碳点为荧光探针，建立了检测溶液pH的方法。本方法具有操作简单，检测范围宽等特征。

技术实现要素：

本发明的主要目的是对于现有碳点的合成和溶液pH的检测技术和方法所表现出来的一些缺陷，提出一种利用体积均匀的酵母细菌为主碳源，结合微波法合成技术制备均匀性良好的碳点并用于溶液pH的检测。该方法具有操作简单、pH检测范围宽等特征。

为实现本发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种以酵母细菌为主碳源微波快速合成碳点并用于溶液pH的检测的方法，其步骤如下：

(1) 以酵母细菌为主碳源，乙二胺为辅助碳源，将分离出来的酵母先分散于乙二胺溶液中得到混合溶液，再将混合溶液微波加热处理，反应后用水溶解即为碳点粗溶液，经离心、过滤等处理后得到最终的碳点溶液；

(2) 确定碳点溶液的荧光强度值(I_F)与溶液的pH值之间的定量关系；

(3) 根据溶液的pH值与碳点溶液的荧光值之间的关系，可以检测出待测溶液的pH值。

步骤（2）中碳点溶液的荧光强度值(I_F)与溶液的pH值之间的定量关系为：I_F =354.66-19.00 pH (相关系数r=0.9964)。

所述的乙二胺的浓度为3.0 mol/L。

步骤(1)中所述，将混合溶液微波加热处理的火力为中高火。

步骤(1)中所述，将混合溶液微波加热处理时间为25 min。

步骤(1)中所述，首先将得到的碳点粗溶液分别置于离心管进行高速离心分离，再将得到的上清液进行减压过滤处理，最后得到棕黄色透明的碳点溶液。

步骤(1)中所述，对碳点粗溶液的离心处理的离心速度为10000 转/分钟，离心时间为15 分钟。

所述的可检测溶液pH的范围为1.83-11.86。

所述的合成的碳点平均粒径为3.8 nm。

所述的合成的碳点具有荧光特性，最大激发波长为390 nm，最大发射波长为460 nm。

附图说明

图1是本发明实施例制备的碳点溶液的荧光光谱图。

图2是本发明实施例制备的碳点溶液的TEM图。

图3是本发明实施例制备的碳点溶液的TEM中粒径分布图。

图4是本发明实施例制备的碳点溶液检测不同pH溶液的荧光强度变化图（1-11溶液的pH分别为1.83、2.91、3.71、4.70、5.72、6.80、7.87、8.81、9.84、10.81、11.86）。

具体实施例：

以下实施例旨在进一步说明本发明，而不是对本发明的进一步限定。

(1)酵母细菌的培养和提取

培养基的成分：葡萄糖20.0 g，蒸馏水1000 mL。

准确称取20.0 g的葡萄糖，加到含有900 mL蒸馏水的烧杯中，用玻璃棒搅拌使之充分溶解，定容至1000 mL。量取20 mL葡萄糖溶液到三角瓶中，加棉塞、用牛皮纸包扎。将待灭菌的葡萄糖溶液放入灭菌锅内，于121°C灭菌20 min。将已灭菌的葡萄糖溶液置于无菌工作台中，打开紫外灯杀菌2 h。严格按照无菌要求，将0.020 g的安琪高活性干酵母（安琪酵母股份有限公司）接种到葡萄糖溶液中，最后37 °C培养24 h。

取一瓶上述培养的酵母菌，分装于4个5 mL的离心管里，以10000转/分钟的速度离心10 分钟；离心结束后取沉淀，此时酵母菌以固体形式沉淀于离心管底部；将每个离心管中的酵母菌分别与1.0 mL、3.0 mol/L的乙二胺溶液混合。

(2)碳点的制备

取12个上述离心管，将其中的溶液转移到250 mL的锥形瓶中，再往锥形瓶加入8 mL、3.0 mol/L的乙二胺溶液，至最终体积为20 mL。将锥形瓶转移至微波炉中，中高火，微波加热25 min。反应结束后取出锥形瓶，用10 mL水溶解，所得溶液为碳点粗溶液。将碳点粗溶液先以10000 转/分钟，离心15 分钟，取上清液，再用孔径0.2 μm的滤膜真空减压过滤得到碳点溶液。如图1所示，最大激发波长为390 nm，最大发射波长为460 nm。并对碳点的形貌等进行了TEM表征，如图2所示，合成的碳点分散性好，且较为均匀。粒径分布结果(如图3)表明碳点大小3.82 nm在左右。

(3) 碳点的制备条件优化

探讨了乙二胺的浓度、体积、微波加热时间和火力对合成碳点的影响，主要从对合成的碳点溶液的荧光强度影响进行考察。

乙二胺的浓度对碳点溶液的荧光强度有影响，探讨了乙二胺的浓度分别为1.0 mol/L、3.0 mol/L、5.0 mol/L、8.0 mol/L、10.0 mol/L时对合成的碳点溶液的荧光强度的影响。当乙二胺的浓度为3.0 mol/L、5.0 mol/L时碳点溶液的荧光较强，而当乙二胺浓度为3.0 mol/L时，碳点溶液的荧光最强，最终优选浓度为3.0 mol/L。

乙二胺的体积对碳点溶液的荧光强度有影响，探讨了乙二胺的体积分别为10 mL、15 mL、20 mL、25 mL、30 mL、35 mL对合成的碳点溶液的荧光强度的影响。当乙二胺的体积为20 mL、25 mL时碳点溶液的荧光较强，而当乙二胺的体积为20 mL时，碳点溶液的荧光最强，最终优选体积为20 mL。

细菌的数量对碳点溶液的荧光强度有影响。以细菌培养液的体积来表示细菌的量对碳点溶液的荧光强度的影响。探究了培养液的体积分别为20 mL、40 mL、60 mL、80 mL、100 mL对合成的碳点溶液的荧光强度的影响。当培养液的体积为60 mL、80 mL时，碳点溶液的荧光较强，而当培养液的体积为60 mL时，碳点溶液的荧光最强，最终优选培养液的体积为60 mL。

微波火力对碳点溶液的荧光强度有影响。探究了微波火力分别为中低火、中火、中高火、高火时对合成碳点溶液的荧光强度的影响。当微波火力为中火、中高火时，碳点溶液的荧光较强，而当微波火力为中高火时，碳点溶液的荧光最强，最终优选微波火力为中高火。

微波加热时间对碳点溶液的荧光强度有影响。探究了微波加热时间分别为 10 min、15min、20 min、25 min、30 min时对合成碳点溶液的荧光强度的影响。当微波加热时间为20 min、25 min时，碳点溶液的荧光较强，而当微波加热时间为25min时，碳点溶液的荧光最强，最终优选微波时间为25 min。

(4) 碳点对溶液pH的检测参数

取11支2.0 mL的离心管，分别标上A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K号，向A-K支离心管中加入1.6 mL提前稀释过50倍的碳点溶液，再向A-K离心管中依次加入400 µL不同pH的Britton-Robinson缓冲溶液，pH值分别为1.83、2.91、3.71、4.70、5.72、6.80、7.87、8.81、9.84、10.81、11.86。待反应30 min后，将各个离心管中的溶液依次在荧光分光光度计中测试，记录碳点在不同BR缓冲溶液存在下的荧光光谱值，结果见图4，荧光强度值(I_F)与溶液的pH值之间的定量关系为：I_F =354.66-19.00 pH (r=0.9964)。

还需要说明的是，本发明的具体实施例只是用来示例性说明，并不以任何方式限定本发明的保护范围，本领域的相关技术人员可以根据上述一些说明加以改进或变化，但所有这些改进和变化都应属于本发明权利要求的保护范围。