一种氮、硫共掺杂碳量子点特异性检测二价汞离子方法与流程

本发明涉及一种氮、硫共掺杂碳量子点的制备和氮、硫共掺杂碳量子点特异性检测二价汞离子（hg(ii)）的方法。

背景技术：

水体中的hg(ii)具有毒性强、生物富集的特点，会对人体分泌系统、大脑、肾脏甚至神经系统造成广泛的严重损害，即使hg(ii)在很低的浓度下也会引起严重的人体健康问题。因此，研制出一种方便有效的方法来检测水体中的hg(ii)很有必要。目前检测方法需要昂贵设备、较长时间检测hg(ii)，如原子发射光谱法、原子吸收光谱法、中子活化法、高效液相色谱法和电感耦合等离子体质谱法（icp-ms）等。荧光分析方法在高选择性、高灵敏性以及操作简便等方面显示出了独特的优势，但是使用有机染料或者金属量子点，具有潜在的对人体的危害，而荧光碳量子点是一种近似球型且直径小于10nm的零维纳米晶体，其表现出许多优越的光学功能，具备化学惰性、低毒性、生物相容性等诸多特性，因此我们制备一种氮、硫共掺杂碳量子点应用于特异性检测hg(ii)，具有检测时间短、样品不需处理的突出优势。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种氮、硫共掺杂碳量子点的制备方法，可实现对hg(ii)特异性检测。

氮、硫共掺杂碳量子点的制备，按照以下步骤进行：

（1）将0.1~0.5gl-半胱氨酸、1.0~10.0ml糠醛分散于30.0ml蒸馏水中；

（2）将上述溶液转移到不锈钢高压反应釜内，将反应釜置于150℃的恒温箱中反应6小时，所得混合物装入离心管中，离心3～5次，去除底部大的块状固体，保留上清液；

（3）将步骤（2）中上清液用有机滤膜过滤处理得到氮、硫共掺杂碳量子点溶液，进一步采用透析处理，每隔6~12h换一次水，再经过过滤、浓缩和真空干燥，最终得到氮、硫共掺杂碳量子点。

利用制备的氮、硫共掺杂碳量子点特异性检测hg(ii)，按照以下步骤进行：

（1）配制0.1mg/ml的氮、硫共掺杂碳量子点水溶液，以及不同浓度的hg(ii)标准溶液，即0.0～500.0μmol/l的hg(ii)水溶液；

（2）通过荧光分光光度计测试上述氮、硫共掺杂碳量子点水溶液最佳激发波长为360nm，并将荧光分光光度计的激发波长调整为最佳激发波长，测定各样品溶液在最佳激发波长下的荧光强度；

（3）氮、硫共掺杂碳量子点对hg(ii)特异性检测，分别配置hg(ii)和其他12种金属离子溶液，包括ca(ii)、cd(ii)、k(i)、fe(ii)、cu(ii)、pb(ii)、fe(iii)、mg(ii)、cr(vi)、zn(ii)、na(i)和ag(i)，浓度都为0.5mmol/l；进行干扰性测试实验，在5.0ml的比色皿中依次加入4.5ml的氮、硫共掺杂碳量子点水溶液和0.5ml的待测离子溶液，摇匀，室温下反应5～10min；在最佳激发波长下，测定体系的荧光强度f，结果显示制备的氮、硫共掺杂碳量子点的荧光强度在加入hg(ii)离子后明显降低，而其他金属离子加入基本不影响氮、硫共掺杂碳量子点的荧光强度，因此本发明制备的氮、硫共掺杂碳量子点对hg(ii)离子有明显特异性检测效果，表明本发明制备的氮、硫共掺杂碳量子点特异性检测hg(ii)具有良好的抗干扰性能；

（4）在5.0ml的比色皿中依次加入4.5ml的氮、硫共掺杂碳量子点水溶液和0.5ml不同浓度hg(ii)标准溶液，摇匀，室温下反应5～10min；在最佳激发波长下，测定不同hg(ii)浓度下体系的荧光强度f，以同样的方式测定等体积下空白样的荧光强度f0，空白样即不加hg(ii)标准溶液，并建立f/f0与hg(ii)浓度之间的线性关系式，即：f/f0＝0.9905-0.0004*chg(ii)，相关系数r²＝0.9982，hg(ii)检出限为0.1μmol/l；

（5）配制与步骤（2）中相同的氮、硫共掺杂碳量子点浓度和未知浓度的hg(ii)待测溶液，反应后在最佳激发波长下检测其荧光强度，通过f/f0＝0.9905-0.0004*chg(ii)计算出待测溶液中hg(ii)浓度。

本发明的优点：

（1）本发明以糠醛为碳源，l-半胱氨酸为氮源和硫源，通过水热法制备氮、硫共掺杂碳量子，制备工艺具有简便、绿色、环保和高效的特点；

（2）本发明利用氮、硫共掺杂碳量子点作为荧光探针特异性检测hg(ii)，具有样品不需处理、检测灵敏度高、操作简单快速的优势，在环境监测领域具有广阔的应用前景。

附图说明

图1氮、硫共掺杂碳量子的透射电镜图像。

图2氮、硫共掺杂碳量子点荧光激发和发射光谱。

图3氮、硫共掺杂碳量子点对hg(ii)特异选择性。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式是一种氮、硫共掺杂碳量子点的制备和氮、硫共掺杂碳量子点特异性检测hg(ii)。具体是按以下步骤完成的：

（1）将0.1gl-半胱氨酸、1.0ml糠醛分散于30.0ml蒸馏水中；

（2）将上述溶液转移到不锈钢高压反应釜内，将反应釜置于150℃的恒温箱中反应6小时，所得混合物装入离心管中，离心5次，去除底部大的块状固体，保留上清液；

（3）将步骤（2）中上清液用有机滤膜过滤处理得到氮、硫共掺杂碳量子点溶液，进一步采用透析处理，每隔6h换一次水，再经过过滤、浓缩和真空干燥，最终得到氮、硫共掺杂碳量子点；

（4）配制0.1mg/ml的氮、硫共掺杂碳量子点水溶液，以及不同浓度的hg(ii)标准溶液，即0.0～500.0μmol/l的hg(ii)溶液；

（5）通过荧光分光光度计测试上述氮、硫共掺杂碳量子点水溶液最佳激发波长为360nm，并将荧光分光光度计的激发波长调整为最佳激发波长，测定各样品溶液在最佳激发波长下的荧光强度；

（6）氮、硫共掺杂碳量子点对hg(ii)检测，分别选用其他12种金属离子，包括ca(ii)、cd(ii)、k(i)、fe(ii)、cu(ii)、pb(ii)、fe(iii)、mg(ii)、cr(vi)、zn(ii)、na(i)和ag(i)，浓度都为0.5mmol/l，进行干扰性测试实验，结果显示制备的氮、硫共掺杂碳量子点的荧光强度在加入hg(ii)后明显降低，而其他金属离子加入基本不影响氮、硫共掺杂碳量子点的荧光强度，因此本发明制备的氮、硫共掺杂碳量子点对hg(ii)有明显特异性检测效果，表明本发明制备的氮、硫共掺杂碳量子点特异性检测hg(ii)具有良好的抗干扰性能；

（7）在5.0ml的比色皿中依次加入4.5ml的氮、硫共掺杂碳量子点水溶液和0.5ml不同浓度hg(ii)标准溶液，摇匀，室温下反应5～10min；在最佳激发波长下，测定不同hg(ii)浓度下体系的荧光强度f，以同样的方式测定等体积下空白样的荧光强度f0，空白样即不加hg(ii)标准溶液，并建立f/f0与hg(ii)浓度之间的线性关系式，即：f/f0＝0.9905-0.0004*chg(ii)，相关系数r²＝0.9982，hg(ii)检出限为0.1μmol/l；

（8）配制与步骤（2）中相同的氮、硫共掺杂碳量子点浓度和未知浓度的hg(ii)待测溶液，反应后在最佳激发波长下检测其荧光强度，通过f/f0＝0.9905-0.0004*chg(ii)计算出待测溶液中hg(ii)浓度。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤（1）中所述的0.1gl-半胱氨酸、1.0ml糠醛分散于30.0ml蒸馏水中为0.5gl-半胱氨酸、2.0ml糠醛分散于30.0ml蒸馏水中。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一的不同点是：步骤（2）中所述的离心5次为离心4次，。其他与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一的不同点是：步骤（3）中所述的每隔6h换一次水为每隔12h换一次水。其他与具体实施方式一至三相同。

采用下述试验验证本发明效果：

试验一：本试验为氮、硫共掺杂碳量子点的制备方法，具体是按以下步骤完成的：

（1）将0.1gl-半胱氨酸、1.0ml糠醛分散于30.0ml蒸馏水中；

（2）将上述溶液转移到不锈钢高压反应釜内，将反应釜置于150℃的恒温箱中反应6小时，所得混合物装入离心管中，离心5次，去除底部大的块状固体，保留上清液；

（3）将步骤（2）中上清液用有机滤膜过滤处理得到氮、硫共掺杂碳量子点溶液，进一步采用透析处理，每隔6h换一次水，再经过过滤、浓缩和真空干燥，最终得到氮、硫共掺杂碳量子点；

图1是试验一步骤（3）得到的氮、硫共掺杂碳量子点的透射电镜图，可知成功制备了氮、硫共掺杂碳量子点。

试验二：本试验为氮、硫共掺杂碳量子点特异性检测hg(ii)，具体是按以下步骤完成：

（1）分别配置hg(ii)和其他12种金属离子溶液，包括ca(ii)、cd(ii)、k(i)、fe(ii)、cu(ii)、pb(ii)、fe(iii)、mg(ii)、cr(vi)、zn(ii)、na(i)和ag(i)，浓度都为0.5mmol/l；

（2）进行干扰性测试实验，在5.0ml的比色皿中依次加入4.5ml的氮、硫共掺杂碳量子点水溶液和待测离子溶液，摇匀，室温下反应5～10min；在最佳激发波长下，测定体系的荧光强度f。

图3显示制备的氮、硫共掺杂碳量子点的荧光强度在加入hg(ii)后明显降低，而其他金属离子加入基本不影响氮、硫共掺杂碳量子点的荧光强度，因此本发明制备的氮、硫共掺杂碳量子点对hg(ii)有明显特异性检测效果，表明本发明制备的氮、硫共掺杂碳量子点特异性检测hg(ii)具有良好的抗干扰性能。