-H、O = C-NH-和吡咯氮。
[0059] 图6所示，为氮掺杂碳点红外光谱图，纵坐标为透过率、横坐标为波数，图中可 知：3425cm 1归属于O-H的伸缩振动；1691cm 1归属于C = O的伸缩振动；3198cm 1归属 于N-H的伸缩振动，1580cm 1归属于C-N的伸缩振动，2928和2857cm 1归属于C-H伸缩振 动，1320cm 1和1400cm 1分别归属于C = N和C - N杂环伸缩振动；说明氮掺杂碳点表面含 有-OH、-COOH、-N-H、O = C-NH-和吡咯氮。
[0060] 图7所示，为氮掺杂碳点紫外可见吸收和荧光光谱图，图a可见，氮掺杂碳点溶液 最强紫外吸收在335nm处，最佳激发和发射波长分别为360nm和440nm ;图b为不同激发下 300-440nm的发射光谱，激发波长从300nm至380nm，激发波长变，发射峰位置始终在440nm， 说明氮掺杂碳点有相对一致的粒径分布和表面态；但激发波长从380nm至440nm，发射峰位 从440nm移至486nm，显示依赖激发波长的荧光发射行为，是由于不同的表面基团形成不同 的表面态，不同的表面态影响氮掺杂碳点的带隙、氮掺杂碳点粒径分布不均，两者共同引起 依赖激发的发射现象。
[0061] 图8所示，为氮掺杂碳点量子产率测定图，以硫酸奎宁作参比，用斜率比较法测定 了氮掺杂碳点的量子产率，纵坐标为360nm激发下的积分焚光强度，横坐标为360nm处的 吸光度，由线性拟合得硫酸奎宁和氮掺杂碳点的斜率分别为5. 25233E9、3. 44108E9 ;而硫 酸奎宁量子产率 ?st = 54%，Φχ = ?st(Kx/Kst) = 0· 54X (3· 44108E9/5. 25233E9)= 35. 4%，即此氮掺杂碳点的量子产率为35. 4% ;
[0062] 图9所示，为氮掺杂碳点对Hg2+的敏感性分析图，水样为洁净水磷酸盐混 合液，氮掺杂碳点的浓度为16 μ g/mL，图a可见，氮掺杂碳点溶液中加入不同浓度的 Hg2+(0 μ Μ-60 μ M)，随着Hg2+的增加，440nm处的荧光强度逐渐降低，说明该氮掺杂碳点荧光 探针对Hg2+的浓度很敏感；但当[Hg2+]》50 μ M时，氮掺杂碳点的荧光强度基本不再降低， 所以最佳的猝灭氮掺杂碳点的[Hg2+]选择为50 μ M ;将图a的数据按Stern-Volmer方程进 行拟合，得到图b所示的曲线Stern-Volmer曲线，图b可见，在整个Hg2+浓度范围0-60 μ M， 不能拟合成线性Stern-Volmer方程，只在0-10 μ M这个线性浓度范围内的焚光猝灭数据， 如图b插图所示，服从Stern-Volmer方程，FQ/F = Ksv [Q] +1，这里，Ksv是Stern-Volmer猝灭 常数，[Q]是猝灭剂Hg2+的浓度，F。为未加 Hg2+时氮掺杂碳点在440nm处的荧光强度，F是加 Hg2+后氮掺杂碳点在440nm处的荧光强度。相关系数R2= 0. 99979，KSV= 0. 50679[μΜ] \ 相对标准偏差〇为〇. 025%，检测极限为I. 48ηΜ，洁净水中有各种金属离子的干涉，仍然能 将新鲜的洁净水和加入5nM Hg2+的洁净水区分开；说明该探针能用于真实水样中Hg2+的检 测，可大规模检测Hg2+;并且氮掺杂碳点荧光探针具有更低的检测极限和更宽的线性范围， 更灵敏。
[0063] 图10所示，为氮掺杂碳点对Hg2+选择性分析图，水样为洁净水磷酸盐混合液，氮 掺杂碳点的浓度为16 μ g/mL，19种金属离子的浓度分别为50 μ Μ，当氮掺杂碳点溶液中分 别单独加入 50 μ M 的 Na+，K+，Ca2+，Mg2+，Ba 2+，Cr3+，Co2+，Cd2+，Mn2+，Cu 2+，Zn2+，Fe3+，Al3+，Pb2+， Ni2+，Fe2+，Ag+，Sn2+后，440nm处的荧光强度基本不变，荧光猝灭效率都小于4%，但氮掺杂 碳点溶液中加入Hg2+后440nm处的荧光强度明显降低，猝灭效率为99. 2%，说明Hg 2+有能 力猝灭氮掺杂碳点的荧光，而其他金属离子基本没有猝灭效果，说明荧光氮掺杂碳点对Hg2+的选择性尚。
[0064] 图11所示，为氮掺杂碳点-Hg2+混合液随时间变化的荧光发射光谱图，水样为洁净 水磷酸盐混合液，氮掺杂碳点的浓度为16 μ g/mL，Hg2+浓度为50 μ M。其中F。为未加 Hg2+时 氮掺杂碳点在440nm处的荧光强度，F是加 Hg2+后氮掺杂碳点在440nm处的荧光强度，从图 中可见，440nm处的荧光强度30s内逐渐降低，之后保持不变，说明氮掺杂碳点和Hg2+已经 完全作用，30s时间Hg2+足以完成对氮掺杂碳点的荧光猝灭，因此30s被选择为最佳的猝灭 时间。
【主权项】
1. 一种用氮掺杂碳点检测洁净水Hg2+的方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：碳 点、氨水、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、洁净水、去离子水，其准备用量如下：以克、毫升为计量 单位检测方法如下： (1) 氮化处理碳点 ① 称取碳点2.lg±0.OOlg，量取氨水4. 5mL±0.OOlmU去离子水40mL±0.OOlmL，加入 烧杯中，搅拌5min，成碳点混合溶液； ② 将碳点混合溶液置于聚四氟乙烯容器中，然后置于反应釜中，密闭； ③ 将反应釜置于加热炉中，进行加热，加热温度为180°C±2°C，加热时间240min; 碳点混合溶液在加热过程中将发生化学反应，碳点浸渍在混合溶液中，混合溶液中的 含氮分子附着并渗透在碳点表面及内部； 反应后停止加热，随炉冷却至25°C，成氮掺杂碳点混合溶液； ④ 冷冻干燥，将反应后的氮掺杂碳点混合溶液置于石英容器中，然后置于冷冻干燥箱 中干燥，干燥温度_8〇°C，干燥时间1440min，干燥后成氮掺杂碳点； (2) 用氮掺杂碳点检测洁净水中的Hg2+ ① 配制氮掺杂碳点检测液 称取氮掺杂碳点2.lg±0. 001g，加入去离子水262. 5mL±0.OOlmL，搅拌5min，使其混 合溶解，成氮掺杂碳点检测液； ② 配制洁净水磷酸盐缓冲溶液 称取磷酸氢二钠2. 208g±0. 001g、磷酸二氢钠I. 186g±0. 001g，加入洁净水 1000mL±0.OOlmL，成0. 02mol/L的磷酸盐缓冲溶液，磷酸盐缓冲溶液pH为7,呈中性； ③ 配制洁净水磷酸盐混合液 量取氮掺杂碳点检测液2mL±0.OOlmU洁净水磷酸盐缓冲溶液1000mL±0.OOlmL，加 入烧杯中，搅拌5min，成洁净水磷酸盐混合液； ④ 检测洁净水中的Hg2+ 洁净水中的Hg2+检测是在荧光光谱仪内的检测暗室进行的，荧光光源照射洁净水磷酸 盐混合液，对洁净水磷酸盐混合液中的Hg2+绘制含量坐标曲线，找出纵横坐标对应值，并在 计算机显示屛上显示，并传输给打印机打印出Hg2+含量曲线，经分析计算得出洁净水Hg2+含 量；1. 将配制的洁净水磷酸盐混合液3mL±0.00ImL加入检测试管内； II、 将检测试管置于荧光光谱仪的检测暗室内，固定、密闭； III、 开启荧光光谱仪的荧光光源，荧光激发波长360nm，发射波长范围370-700nm，激发 和发射狭缝2nm; 荧光光源激发氮掺杂碳点测量液中的氮掺杂碳点，对洁净水磷酸盐混合液中的Hg2+进 行检测；并得出荧光强度随发射波长变化的曲线； IV、 记录荧光光谱仪发射波长440nm处的荧光强度值，并计算，在标准曲线上找到纵坐 标值，对应的横坐标值即为洁净水中所含Hg2+浓度值； 即完成了洁净水Hg2+的含量检测。2. 根据权利要求1所述的一种用氮掺杂碳点检测洁净水Hg2+的方法，其特征在于：氮 掺杂碳点混合溶液的水热合成是在加热炉、反应釜内进行的，是在加热状态下完成的；加热 炉为竖式，加热炉（1)的上部为炉盖（2)、下部为电控箱（3)，在加热炉（1)内为炉腔（13)， 在炉腔（13)底部为工作台（4)，在工作台（4)上放置反应釜（5)，反应釜（5)内放置聚四氟 乙烯容器（6)，聚四氟乙烯容器（6)内为氮掺杂碳点混合溶液（7)，反应釜（5)由釜盖（14) 封盖；在电控箱（3)上设置显示屏（8)、指示灯（9)、电源开关（10)、加热温度控制器（11)、 加热时间控制器（12)。3. 根据权利要求1所述的一种用氮掺杂碳点检测洁净水Hg2+的方法，其特征在于：洁 净水Hg2+的检测是在荧光光谱仪上进行的，是在荧光照射洁净水磷酸盐混合液，对洁净水 磷酸盐混合液中的Hg2+绘制浓度坐标曲线，找出纵横坐标对应值，并在计算机显示屛上显 示，由打印机打印出Hg2+含量曲线，经分析计算得出洁净水Hg2+含量； 荧光光谱仪（15)为卧式，在荧光光谱仪（15)的下部为底座（16)，在荧光光谱仪（15) 的中间部位设检测暗室（18)，检测暗室（18)为矩形，周边由暗室屏蔽板（17)组装并密闭； 检测暗室（18)内底部设有台座（19)，在台座（19)上部安装测试试管（21)，并由固定架 (22)固定；在检测暗室（18)的顶部设有荧光光源（20)，检测试管（21)内为洁净水磷酸盐 混合液（23);在荧光光谱仪（15)的右部设有计算机显示屏（24)，在计算机显示屏（24)的 右部设有打印机（25)，荧光光谱仪（15)、计算机显示屏（24)，打印机（25)之间由传输电缆 (26)连接。
【专利摘要】本发明涉及一种用氮掺杂碳点检测洁净水Hg2+的方法，是针对洁净水Hg2+含量检测难的情况，以氮掺杂碳点做荧光探针，氨水做碳点氮增强剂，对洁净水中的Hg2+进行检测，先配制洁净水磷酸盐缓冲溶液、氮掺杂碳点检测液、洁净水磷酸盐混合液，在荧光光谱仪的测量暗室内进行检测，荧光激发波长360nm、发射波长范围370-700nm，激发和发射狭缝2nm，对洁净水磷酸盐混合液进行扫描、比对，用纵横坐标对应法得出洁净水的光谱曲线数值，经分析计算得出洁净水Hg2+含量，此检测方法工艺先进，实用性强，可直接检测洁净水中的Hg2+含量，是先进的用氮掺杂碳点检测洁净水Hg2+的方法。
【IPC分类】G01N21/64
【公开号】CN105044071
【申请号】CN201510509371
【发明人】刘旭光, 张漪 , 杨永珍, 冯晓婷
【申请人】太原理工大学
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年8月18日