一种黄色荧光碳量子点、和其制备方法及应用与流程

本发明涉及一种碳量子点的合成技术领域，尤其涉及碳量子点检测水中不同有机溶剂含量的技术领域。

背景技术：

随着社会的日益发展，发展也进入了飞速发展的时代，因此越来越多的工业废弃物、残留农药、生活垃圾等有机污染物能通过各种途径进入到环境中。而世界人口和经济的发展及人民生活水平的提高，废水中污染物的种类和数量越来越多，尤其是水中的有机污染物。在环境检测中对各种化学物质的快速、灵敏的检测对于保护环境具有非常重要的意义。

在水质常规监测中，分光光度法仍然占有较大的比重，对多种有机物的检测非常成熟，应用广泛。分光光度法有着检测成本低、线性范围广、操作简便、仪器价廉、响应快、灵敏度高、选择性好等优点，但是由于仪器体积过大，携带不便，不便在现场实时检测中。荧光传感技术在检测重金属离子溶液方面有较高灵敏度和较快的检测速度，因而成为了一种新兴的检测技术。同时荧光传感技术还具有成本低，易操作，简便和选择性高的优点，从而被广泛应用。荧光传感材料的开发则是目前研究的热点之一。

碳基荧光材料主要包括碳量子点、石墨烯量子点和聚合物点。这种微米纳米级的微观量子点引起了极大关注。碳量子点作为碳基荧光材料的一种，由于其具有良好的光电性能和化学性质，从而在光催化，传感器，印刷油墨，药物传输，生物成像和环境监测等方面实现了应用。但是，目前碳量子点多用于金属离子的传感，尤其是重金属离子的传感检测，而对水中有机溶剂的检测的报道比较少，并且目前存在的问题是这种用于荧光检测的碳量子点大多数是短波长的蓝色或者绿色，而长波长的黄色至红色发射波长的碳点报道较少，基于此的检测可适用的有机溶剂种类较少，线性检测范围窄，没有颜色变化。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明的第一目的是提供一种黄色荧光碳量子点，其含有c，n，o，三种元素；表面含有羟基、氨基及c＝c官能团；粒径为1-5nm，晶格为0.40nm。

本发明的第二目的是提供一种黄色荧光碳量子点的制备方法，包括以下步骤：(1)分别称取质量比为5∶1至1∶5的邻苯二胺和木质素(脱碱)，溶于乙醇，通过超声将这三种物质混合均匀，得到混合溶液；(2)将上述混合溶液倒入反应釜中，在150-200℃下反应6-10h；然后将所得混合液在离心机中离心分离去除大颗粒杂质，并获得最终产物。

本发明第三目的是提供一种水中有机溶剂检测技术。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明木质素(脱碱)为碳源，其是从植物中提取出来的天然有机物，安全无毒环境友好，再用邻苯二胺作为氮掺杂，得到了氮掺杂碳量子点，通过红外分析表征了上述量子点表面的官能团，通过荧光检测识别水中含有的有机溶剂。

(2)根据相对荧光强度、峰位与溶剂中的水含量拟合出来的线性方程可以得出该碳量子点传感器对溶剂检测效应的优良程度。

(3)相比于现有的检测技术，本发明中的碳量子点荧光检测方法，合成路线非常简单，且合成方法绿色环保，后处理方便；检测过程简单快捷，且检测灵敏度高、荧光强度很高，还可通过颜色变化即可半定性判断水中的有机溶剂种类。

附图说明

图1为在365nm紫外灯下碳点溶液的光学照片；

图2为碳点的tem晶格条纹图像；

图3为碳点的红外光谱图；

图4分别为乙醇中的激发独立性测试图、最大激发波长下不同水含量的荧光发射光谱变化图以及对应的相对荧光强度和峰位与含水量的线性关系图；

图5分别为n，n-二甲基甲酰胺中的激发独立性测试图、最大激发波长下不同水含量的荧光发射光谱变化图以及对应的相对荧光强度和峰位与含水量的线性关系图；

图6分别为二甲基亚砜中的激发独立性测试图、最大激发波长下不同水含量的荧光发射光谱变化图以及对应的相对荧光强度和峰位与含水量的线性关系图；

图7分别为四氢呋喃中的激发独立性测试图、最大激发波长下不同水含量的荧光发射光谱变化图以及对应的相对荧光强度与含水量的线性关系图；

图8分别为丙酮中的激发独立性测试图、最大激发波长下不同水含量的荧光发射光谱变化图

具体实施案例

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施案例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。

实施例1

红色荧光碳量子点的合成：

1)称取质量比为5∶1至1∶5的邻苯二胺和木质素(脱碱)，溶于乙醇，通过超声将这三种物质混合均匀，得到混合溶液；

2)将上述混合溶液倒入50ml反应釜中，在150-200℃下反应6-10h；然后将所得混合液在离心机中离心8min，离心分离去掉大颗粒杂质，最后将所合成的碳量子点原液储存在4℃的冰箱中备用。

3)黄色荧光碳量子点的确认：

图1为在365nm紫外灯下碳点溶液的光学照片；图2为碳点的tem照片；

图3为碳点的红外光谱图；

实施例2

采用基于黄色荧光碳量子点的荧光物检测水中乙醇含量的方法，包括如下步骤：

(1)取10μl黄色荧光碳量子点溶于3ml乙醇中，在320-500nm激发波长下测其荧光强度，最大值对应的激发波长为其最大激发波长；

(2)取9组100μl黄色荧光碳量子点；

(3)再将每组加入3ml水溶液中，其中乙醇含量(体积分数)分别为0％，10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，在最大激发波长下(380nm)，分别测定9个样品的荧光发射光谱变化图；

(4)根据9个样品的荧光发射光谱变化图中荧光强度/峰位的变化情况作出对应的相对荧光强度比值/峰位与乙醇含量的线性关系图，线性关系分为两段，相应的线性方程为：

乙醇在水中的含量为0～40％时：y1＝-0.03162x+2.140，r1²＝0.8421；

乙醇在水中的含量为40～80％时：y2＝0.00866x+0.6423，r2²＝0.9646；

(5)根据9个样品的荧光发射光谱中波长的变化情况作出对应的峰位位移与水中乙醇含量的线性关系图，相应的线性方程为：y＝-0.3367x+566.02，r²＝0.919；

该公式中y是相对荧光强度/峰位，x是水中乙醇含量，r²是线性拟合常数，如图4所示；

实施例3

采用基于黄色荧光碳量子点的荧光物检测水中n，n-二甲基甲酰胺含量的方法，包括如下步骤：

(1)取10μl黄色荧光碳量子点溶于3mln，n-二甲基甲酰胺(dmf)中，在320-500nm激发波长下测其荧光强度，最大值对应的激发波长为其最大激发波长；

(2)取8组100μl黄色荧光碳量子点；

(3)再将每组加入3ml水溶液中，其中dmf含量(体积分数)分别为0％，10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，在最大激发波长下(380nm)，分别测定8个样品的荧光发射光谱变化图；

(4)根据8个样品的荧光发射光谱变化图中荧光强度/峰位的变化情况作出对应的相对荧光强度比值/峰位与dmf含量的线性关系图，线性关系分为两段，相应的线性方程为：

dmf在水中的含量为0～30％时：y1＝-0.01152x+1.340，r1²＝0.986；

dmf在水中的含量为30～70％时：y2＝0.01583x+0.498，r2²＝0.9481；

(5)根据8个样品的荧光发射光谱中波长的变化情况作出对应的峰位位移与水中dmf含量的线性关系图，相应的线性方程为：y＝-0.2283x+564.36，r²＝0.904；

该公式中y是相对荧光强度/峰位，x是水中dmf的含量，r2是线性拟合常数，如图5所示；

实施例4

采用基于黄色荧光碳量子点的荧光物检测水中二甲基亚砜含量的方法，包括如下步骤：

(1)取10μl黄色荧光碳量子点溶于3ml二甲基亚砜(dmso)中，在320-500nm激发波长下测其荧光强度，最大值对应的激发波长为其最大激发波长；

(2)取8组100μl黄色荧光碳量子点；

(3)再将每组加入3ml水溶液中，其中dmso含量(体积分数)分别为0％，10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，在最大激发波长下(380nm)，分别测定8个样品的荧光发射光谱变化图；

(4)根据8个样品的荧光发射光谱变化图中荧光强度/峰位的变化情况作出对应的相对荧光强度比值/峰位与dmso含量的线性关系图，线性关系分为两段，相应的线性方程为：

dmso在水中的含量为0～30％时：y1＝-0.040x+2.117，r1²＝0.918；

dmso在水中的含量为30～70％时：y2＝0.0091x+0.710，r2²＝0.9791；

(5)根据8个样品的荧光发射光谱中波长的变化情况作出对应的峰位位移与水中dmso含量的线性关系图，相应的线性方程为：y＝-0.197x+566.9，r²＝0.9723；

该公式中y是相对荧光强度/峰位，x是水中dmso的含量，r²是线性拟合常数，如图6所示；

实施例5

采用基于黄色荧光碳量子点的荧光物检测水中四氢呋喃含量的方法，包括如下步骤：

(1)取10μl黄色荧光碳量子点溶于3ml四氢呋喃(thf)中，在320-500nm激发波长下测其荧光强度，最大值对应的激发波长为其最大激发波长；

(2)取7组100μl黄色荧光碳量子点；

(3)再将每组加入3ml水溶液中，其中thf含量(体积分数)分别为0％，10％，20％，30％，40％，50％，60％，在最大激发波长下(380nm)，分别测定7个样品的荧光发射光谱变化图；

(4)根据7个样品的荧光发射光谱变化图中荧光强度/峰位的变化情况作出对应的相对荧光强度比值/峰位与thf含量的线性关系图，线性关系分为两段，相应的线性方程为：

thf在水中的含量为0～30％时：y1＝-0.021x+1.438，r1²＝0.861；

thf在水中的含量为30～60％时：y2＝0.001x+0.961，r2²＝0.978；

该公式中y是相对荧光强度，x是水中thf的含量，r²是线性拟合常数，如图7所示；

实施例6

采用基于黄色荧光碳量子点的荧光物检测水中丙酮含量的方法，包括如下步骤：

(1)取10μl黄色荧光碳量子点溶于3ml丙酮中，在320-500nm激发波长下测其荧光强度，最大值对应的激发波长为其最大激发波长；

(2)取9组100μl黄色荧光碳量子点；

(3)再将每组加入3ml水溶液中，其中丙酮含量(体积分数)分别为0％，10％，20％，30％，40％，50％，60％，70％，80％，在最大激发波长下(380nm)，分别测定9个样品的荧光发射光谱变化图；

(4)根据9个样品的荧光发射光谱变化图中荧光强度/峰位的变化情况作出对应的相对荧光强度比值/峰位与丙酮含量的线性关系图，线性关系分为两段，相应的线性方程为：

丙酮在水中的含量为0～30％时：y1＝-0.0262x+1.758，r1²＝0.938；

丙酮在水中的含量为40～80％时：y2＝0.0105x+0.559，r2²＝0.963；

(5)根据9个样品的荧光发射光谱中波长的变化情况作出对应的峰位位移与水中丙酮含量的线性关系图，相应的线性方程为：y＝-0.258x+563.7，r²＝0.963；

该公式中y是相对荧光强度/峰位，x是水中丙酮的含量，r²是线性拟合常数，如图8所示。