一种水溶性荧光碳点在检测重金属银离子含量中的应用的制作方法

技术领域

本发明涉及银离子测定领域，具体涉及一种水溶性荧光碳点在检测重金属银离子含量中的应用。

背景技术：

重金属离子污染广泛存在于水、空气、土壤、食品，因此在全世界范围内都是一个很严重的问题。银离子及其化合物广泛运用于电气相关行业、摄影摄像行业以及制药行业，而最终有意无意的被释放到生态系统中去。因此，依赖银的相关技术会对环境产生一定程度上的潜在危害。近年来，已经有相关报道指出了银离子对无脊椎动物、浮游植物、海藻良性细菌、两栖动物及鱼类的生物积累以及潜在的毒性。因此，快速灵敏检测银离子在食品安全、水质分析和医疗诊断中具有非常重要的意义。

在目前采用的银离子测定方法中，原子吸收分光光度法具有灵敏、准确、简便的优势。其原理是利用呈气态的原子吸收同类原子辐射出的特征谱线，通常卤化物、硫代硫酸盐对银的测定有干扰，需对试样进行前期消解处理。这在一定程度上限制其广泛应用的前景。因此，开发快速、选择性高的银离子检测新方法具有重要的实际意义。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种水溶性荧光碳点在检测重金属银离子含量中的应用，本发明方法简单易行，用于检测银离子准确率高，不易受其他离子的干扰。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种水溶性荧光碳点在检测重金属银离子含量中的应用，包括以下步骤：

第一步，取2 μL合成的碳点原液用BR缓冲液稀释至2 mL作为荧光探针，用352 nm波长光激发，测定荧光碳点探针在441 nm波长处的荧光强度，记为I₀；

第二步，另取2 μL合成的碳点原液用BR缓冲液稀释至2 mL作为荧光探针，分别向荧光探针中加入不同浓度待测样品银离子后，测定含有不同浓度银离子的荧光碳点在352 nm波长光激发下，在441 nm波长处的荧光强度，记为I₄₄₁，根据加入不同浓度银离子后，荧光强度的变化值，计算出加入银离子前后荧光碳点探针的荧光强度的变化值与银离子浓度的线性关系；

第三步，另取2 μL合成的碳点原液用BR缓冲液稀释至2 mL作为荧光探针，将待测样品加入荧光碳点探针中，测试其加入前后在352 nm波长光的激发下，在441 nm波长处的荧光强度的变化值，根据第二步的线性关系，计算出加入银离子的质量或浓度。

作为改进的是，第一步中取2 μL荧光碳点，并加入半胱氨酸混合，用BR缓冲液稀释至2 mL，得碳点/半胱氨酸荧光探针。

作为改进的是，第一步中荧光碳点的制备方法为：

步骤1，将0.3-1.5 g无水柠檬酸溶于25-75 mL超纯水，超声溶解得柠檬酸溶液；

步骤2，将500-1500 μL的乙二胺注射至柠檬酸溶液的底部，并转入水热反应釜中，再放入烘箱中使之反应得浅黄色溶液；

步骤3，将水热法制备得到的浅黄色溶液离心，取上清液，经过透析膜纯化得荧光碳点。

作为改进的是，步骤2中烘箱的温度为160-240℃，反应2-8小时。

作为改进的是，步骤3中离心转速为10000-15000转/分钟，离心时间为15-40分钟。

作为改进的是，步骤3中透析膜透析时间为24-48小时。

有益效果

1、本发明的碳点制备方法简便、绿色、温和，建立的碳点/半胱氨酸荧光探针对银离子的检测具有高选择性、高灵敏度、简便、易行等特性。

2、本发明提供的检测方法可以推广到其它重金属离子的测定，并可用于环境监测，包括污水中重金属离子的检测中。

3、本发明提供的检测方法的建立可以为重金属离子的高选择性、快速检测提供新思路。

附图说明

图1为实施例1制得的碳点的荧光激发光谱和荧光发射光谱。

图2为实施例2中在基于碳点/半胱氨酸荧光探针加入不同浓度的银离子后的荧光发射光谱图。

图3为实施例2中碳点/半胱氨酸荧光探针荧光强度随加入银离子浓度变化值的关系(标准曲线)。

图4为实施例3中没有半胱氨酸存在的情况下，碳点的荧光强度随加入银离子浓度变化的曲线图，并与存在半胱氨酸情况进行比较。

图5为实施例4中利用本发明水溶性碳点/半胱氨酸荧光探针对不同种离子的选择性结果。

具体实施方式

实施例1

荧光碳点（CDs）的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将0.42 g无水柠檬酸溶于25 mL超纯水，超声溶解得柠檬酸溶液；

步骤2，将536 μL的乙二胺注射至柠檬酸溶液的底部，转入反应釜的聚四氟乙烯内衬中，并将反应釜放入烘箱中，使之反应得浅黄色溶液；

步骤3，将浅黄色溶液离心，取上清液，通过透析膜透析纯化得荧光碳点。

其中，步骤2中烘箱的温度为160-240℃，反应2-8小时，步骤3中离心转速为12000转/分钟，离心20分钟，步骤3中透析膜透析时间为24-48小时。

本发明荧光碳点装于离心管中，避光放置在冰箱4℃中冷藏备用。

采用荧光光谱仪 (Jasco FP-6500)对实施例1制备的荧光碳点 (CDs)进行性质表征。将CDs用BR缓冲溶液 (pH 7.0)稀释1000倍，取2 mL于荧光比色皿中，设置荧光仪的激发波长为 352 nm，狭缝宽度为5 nm，在波长为380-600 nm范围内扫描并记录荧光发射光谱。实验测得CDs的荧光光谱如图1所示，CDs的激发波长为352 nm，发射波长为 441 nm。

实施例2

一种水溶性荧光碳点在检测重金属银离子含量中的应用，包括以下步骤：

第一步，制备荧光碳点探针，取2 μL实施例1的荧光碳点加入到离心管中，然后加入半胱氨酸 (终浓度为0.5 mM)，用BR缓冲溶液 (pH 7.0)稀释到2 mL，作为碳点/半胱氨酸荧光探针，用352 nm波长光激发，测定碳点/半胱氨酸荧光探针在441 nm波长处的荧光强度，记为I₀；

第二步，另取2 μL实施例1的荧光碳点加入到离心管中，然后加入半胱氨酸 (终浓度为0.5 mM)，用BR缓冲溶液 (pH 7.0)稀释到2 mL作为碳点/半胱氨酸荧光探针8份，分别检测不同浓度银离子(终浓度为0、20、40、80、120、265、415、515 µM)对碳点/半胱氨酸荧光探针的荧光强度的影响，在352 nm波长光激发下，测定441 nm波长处的荧光强度，记为I₄₄₁，根据加入不同浓度银离子后，荧光强度的变化值，计算出加入银离子前后碳点/半胱氨酸荧光探针的荧光强度的变化值与银离子浓度的线性关系；

第三步，另取2 μL实施例1的荧光碳点加入到离心管中，然后加入半胱氨酸 (终浓度为0.5 mM)，用BR缓冲溶液 (pH 7.0)稀释到2 mL作为碳点/半胱氨酸荧光探针，加入待测样品，测试其加入前后用352 nm波长光激发，在441 nm波长处的荧光强度的变化值，根据第二步的线性关系，计算出加入银离子的质量或浓度。实验重复3次，结果取其平均值。其中，待测样品为盐城工学院内河水，使用前过滤并离心除去杂质。

结果显示，实施例1中以无水柠檬酸作为碳源水热法制备出的碳点，在半胱氨酸存在的情况下，加入银离子后，碳点/半胱氨酸荧光探针的荧光信号出现明显荧光猝灭现象，详见图2和图3，且随着银离子浓度的增加，探针荧光信号强度随之减弱，线性方程为：Y=1.8941*X + 27.588 (R=0.9594)，在0.1-265 µM浓度范围内，银离子浓度与碳点/半胱氨酸荧光探针荧光强度的变化值呈现良好的线性关系，其检出限为 50 nM。该方法具有高选择性、高灵敏度、简便、易行等特点。

实施例3

除第一步中不加入半胱氨酸外，其他步骤同实施例2。

结果如图4所示，通过没有加入半胱氨酸和加入半胱氨酸两种情况下，银离子猝灭碳点荧光信号变化曲线对比图可知，荧光碳点和半胱氨酸的协同作用，极大地促进了Ag⁺对荧光碳点的荧光猝灭作用，有效地提高Ag⁺检测的灵敏度。

实施例4

碳点/半胱氨酸荧光探针对不同种离子的筛选步骤如下：

在同一浓度银离子溶液中分别加入Al³⁺、Cd²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、Sn²⁺、Ti⁴⁺、K⁺、Mg²⁺、Na⁺、Zn²⁺干扰离子，结果如图5所示，从图中可以看出，本发明方法对银离子有很高的选择性，避免了其他离子的干扰，提高了检测的准确性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书其等效物界定。