本发明涉及用荧光探针检测甲醛的技术领域，具体涉及一种基于氨基功能化碳量子点检测甲醛的方法。
背景技术
甲醛是一种无色且有强烈刺激性气味的气体，极易溶于水、醇和醚，是一种有毒化学品，常温下甲醛以气态的形式存在，然而，通常情况下它以水溶液的形式出现，甲醛水溶液浓度为35%~40%时被称为福尔马林。在化工原料中，甲醛受研究人员的青睐，已经广泛应用在化妆品、皮革及塑料等工业领域，但甲醛严重影响人体健康，甲醛含量过高时会引起认知障碍，记忆丧失，严重刺激呼吸道和眼睛，若甲醛直接弄到皮肤上就会出现皮炎，色斑及细胞坏死等现象，严重时还会出现乏力、心悸、失眠、体重减轻以及植物神经紊乱等不良症状。国际癌症研究所(iarc)和美国环境保护局(epa)已将甲醛列为一种致癌物和环境污染物。目前，检测甲醛的方法如乙酰丙酮分光光度法、高效液相色谱法、酚试剂分光光度法等，其都存在成本高，操作复杂，灵敏度低等缺点。荧光分光光度法由于具有操作简单、选择性高、灵敏度高及成本低等优点，广泛用于物质的分析检测。
碳量子点由于具有毒性低，水溶性好，光稳定性好等优良特性而被广泛应用于生物、分析化学检测等领域，它作为一种新型荧光碳纳米材料(尺寸＜10nm)受到研究者的的青睐，与传统有机荧光染料和半导体量子点相比，具有荧光强度高、较低的生物毒性和良好的生物相容性等优点，在医药、生物、分析化学等领域具有广阔的应用前景和研究意义。
基于以上的研究状况，需要发展一种简单、快速、灵敏度高的方法来检测甲醛，本发明利用氨基化碳量子点，原料便宜，方法简单，灵敏度高，解决了现有检测甲醛的方法存在的缺点如干扰因素多、操作复杂及耗时耗力等问题。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是开发一种新的检测甲醛的方法，本发明利柠檬酸与尿素制备氨基功能化碳量子点，实现了简单、快速、灵敏的检测甲醛的方法。
为了实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于氨基功能化碳量子点检测甲醛的方法，包括以下步骤：(1)将2g柠檬酸与1g尿素在50ml去离子水中混合均匀，将反应体系置于160℃下进行水热反应；反应结束后，用0.22μm的微孔过滤膜过滤并用透析袋透析；冷冻干燥，得到基于柠檬酸与尿素制备的氨基化碳量子点粉末；
(2)称取一定量的碳量子点粉末，将其配制成一定浓度的碳量子点溶液储存，以备检测甲醛；
(3)配制1000μg/ml的甲醛标准溶液并用碘量法标定；
(4)将比色管编号，向每个比色管中添加a体积的氨基化碳量子点储存液，将不同体积的甲醛标准溶液分别加入前述不同编号的比色管中并定容，摇匀，放置几分钟后，用荧光光谱仪以激发波长为353nm测定其荧光强度；
(5)建立甲醛浓度与其对应的荧光发射光谱在发射波长为442nm处的荧光强度的标准曲线；
(6)按步骤(4)所述方法将a体积氨基功能化碳量子点储存液与b体积待测溶液混合后，测定其荧光强度；
(7)将步骤(5)测得的待测溶液所对应的荧光强度代入步骤(5)建立的标准曲线中，求解待测溶液中甲醛的浓度。
经过优化实验方案，优选的技术方案为：步骤(5)中建立甲醛浓度与荧光强度的关系具体包括：以不同浓度的甲醛标准溶液对应的荧光强度与浓度为0的标准溶液对应的荧光强度的比值为纵坐标，以不同甲醛标准溶液的浓度为横坐标，绘制标准曲线。
经过优化实验方案，优选的技术方案为：将含有甲醛的待测样品加入到水溶性氨基化碳量子点溶液中，按照上述方法测定待测溶液对应的荧光强度，代入所述方程得到待测样品中对应的甲醛的浓度。
经过优化实验方案，优选的技术方案为：基于水溶性氨基化碳量子点作为荧光探针检测甲醛的方法，其特征在于，激发波长为353nm，发射波长为442nm。
经过优化实验方案，优选的技术方案为：水溶性氨基化碳量子点的浓度为0.01mg/ml。
经过优化实验方案，优选的技术方案为：水溶性碳量子点的制备方法为：将2g柠檬酸与1g尿素在50ml去离子水中混合均匀，将反应体系置于160℃下进行水热反应；反应结束后，用0.22μm的微孔过滤膜过滤并用透析袋透析；冷冻干燥，得到基于柠檬酸与尿素制备的氨基化碳量子点粉末；
经过优化实验方案，优选的技术方案为：配制水溶性荧光碳量子点溶液具体为：将水溶性荧光碳量子点粉末与去离子水按照质量比混合均匀置于容量瓶中并定容至刻度线。
经过优化实验方案，优选的技术方案为：基于氨基功能化碳量子点作为荧光探针检测甲醛的方法，其特征在于，甲醛标准溶液的配制方法具体为：取2.8ml含量为37～40%甲醛溶液，放入1l容量瓶中，加水稀释至刻度。其准确浓度用下述碘量法标定。
经过优化实验方案，优选的技术方案为：基于氨基功能化碳量子点作为荧光探针检测甲醛的方法，其特征在于，氨基化碳量子点的浓度为0.001~2mg/ml，检测甲醛的温度在15~65℃，检测甲醛的时间为5~60min。
本发明还提供了基于氨基化碳量子点检测甲醛的方法在测定成品革中甲醛含量的应用。
本发明的有益效果为：
(1)本发明的检测方法可以灵敏的检测出甲醛，准确可靠地检测出待测样品中甲醛的浓度，具有良好的抗干扰能力；
(2)从荧光光谱图中可以清楚地看出甲醛浓度为0对应的442nm的荧光强度与其它浓度对应的442nm的荧光强度随着甲醛浓度的增加而减小，可以灵敏的用基功能化碳量子点作为荧光探针检测甲醛。
(3)本发明以柠檬酸与尿素制备氨基功能化碳量子点，原料廉价，方法简单，能够快速，灵敏的监测甲醛，且氨基功能化碳量子点的荧光强度不受非荧光染料颜色的影响。
附图说明
图1是实施例1条件下制备的氨基化碳量子点溶液的最大激发与发射光谱图；
图2是实施例1条件下制备的氨基化碳量子点溶液在不同激发波长下的荧光发射光谱图；
图3是实施例1在系列相同体积的碳量子点中加入不同浓度的甲醛标准溶液的荧光光谱图；
图4是实施例1中加入不同有机小分子对碳量子点荧光强度的影响图；
图5是实施例1中加入不同有机小分子在紫外灯照射下溶液颜色的对比图；
图6是实施例1中加入不同的非荧光染料对碳量子点荧光强度的影响图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述，但是本发明不局限于以下实施例。
实施实例1
1.将2g柠檬酸与1g尿素在50ml去离子水中混合均匀，将反应体系置于160℃下进行水热反应；反应结束后，用0.22μm的微孔过滤膜过滤并用透析袋透析；冷冻干燥，得到基于柠檬酸与尿素制备的氨基化碳量子点粉末；
2.称取一定量的上述碳量子点粉末将其配制成0.01mg/ml的碳量子点溶液；
3.取2.8ml含量为37～40%甲醛溶液，放入1l容量瓶中，加水稀释至刻度。其准确浓度用碘量法标定；
4.量取1ml的碳量子点储存液放入10ml的比色管中，并向其中加入不同体积的上述甲醛标准溶液摇匀，在室温条件下放置10min后用荧光光谱仪测定其荧光强度，记录不同浓度的甲醛标准溶液对应的荧光强度，得到如图3数据。以不同浓度的甲醛标准溶液对应的荧光强度与浓度为0的标准溶液对应的荧光强度的比值为纵坐标，不同甲醛标准溶液的浓度为横坐标，绘制标准曲线，求解拟合方程；
5.将含有甲醛的待测溶液加入到水溶性碳量子点溶液中，按照上述方法测定待测溶液对应的荧光强度，代入所述方程得到待测溶液中对应的甲醛的浓度。
6.配制相同浓度的hcho，ch3ch2oh，dmf，thf，ccl4，ch3coch3，(ch2oh)2溶液，量取1ml的碳量子点储存液放入10ml的比色管中，并向其中分别加入不同体积的hcho，ch3ch2oh，dmf等溶液摇匀，在室温条件下放置10min后用荧光光谱仪测定其荧光强度，记录不同浓度的溶液对应的荧光强度，测试结果如图4所示。考察该荧光探针检测甲醛的特异性与选择性。
7.配制相同浓度的orangeedt300%，procionpx-gr150%，dianixnavys-2g200%，dianixac-e，isolanpinkpl-be，procionpx-5r，isolanborwns-rl及dianixbetd300%非荧光染料溶液，量取1ml的碳量子点储存液放入10ml的比色管中，并向其中分别加入不同体积的orangeedt300%，procionpx-gr150%，dianixnavys-2g200%等溶液摇匀，在室温条件下放置10min后用荧光光谱仪测定其荧光强度，记录不同浓度的溶液对应的荧光强度，测试结果如图6所示，考察非荧光染料对该荧光探针的影响。
将本实施例用于检测甲醛，其测试结果附图所示，图1表明柠檬酸与尿素制备的氨基化碳量子点的最大激发波长为353nm，最大发射波长为442nm；
图2是柠檬酸与尿素制备的氨基化碳量子点在不同激发波长下的荧光发射光谱图，由图2可知柠檬酸与尿素制备的氨基化碳量子点随着激发波长的改变最大发射峰未发生变化；
图3是本实施例在系列相同体积的碳量子点中加入不同体积的甲醛标准溶液，由图3可以看出甲醛对柠檬酸与尿素制备的氨基化碳量子点具有很好的猝灭作用；
图4是本实施例中加入不同有机小分子对氨基化碳量子点荧光强度的影响图，由图3可以看出甲醛对柠檬酸与尿素制备的碳量子点具有明显的猝灭作用，而其他有机小分子对柠檬酸与尿素制备的氨基化碳量子点几乎无影响，说明柠檬酸与尿素制备的碳量子点对检测甲醛具有良好的选择性和特异性；
图5是本实施例中加入不同有机小分子后在紫外灯照射下溶液颜色的对比图，由图可发现溶液在自然光下均匀透明，不具有明显区别，如图5(a)所示；但在紫外灯照射下，含甲醛的溶液具有较明显的荧光猝灭作用，如图5(b)。因此，用此方法检测甲醛具有很好的选择性，可以用来检测甲醛。
图6是本实施例中加入不同非荧光染料对氨基化碳量子点荧光强度的影响图，由图6可以看出不同非荧光染料对柠檬酸与尿素制备的碳量子点荧光强度几乎无影响，说明柠檬酸与尿素制备的碳量子点几乎不受颜色的影响；
实施实例2
1.将2g柠檬酸与1g尿素在50ml去离子水中混合均匀，将反应体系置于160℃下进行水热反应；反应结束后，用0.22μm的微孔过滤膜过滤并用透析袋透析；冷冻干燥，得到基于柠檬酸与尿素制备的氨基化碳量子点粉末；
2.称取一定量的上述碳量子点粉末将其配制成0.1mg/ml的碳量子点溶液；
3.取2.8ml含量为37～40%甲醛溶液，放入1l容量瓶中，加水稀释至刻度。其准确浓度用碘量法标定；
4.量取1ml的碳量子点储存液放入10ml的比色管中，并向其中加入不同体积的上述甲醛标准溶液摇匀，在室温条件下放置20min后用荧光光谱仪测定其荧光强度，记录不同浓度的甲醛标准溶液对应的荧光强度。以不同浓度的甲醛标准溶液对应的荧光强度与浓度为0的标准溶液对应的荧光强度的比值为纵坐标，不同甲醛标准溶液的浓度为横坐标，绘制标准曲线，求解拟合方程；
5.将含有甲醛的待测溶液加入到水溶性碳量子点溶液中，按照上述方法测定待测溶液对应的荧光强度，代入所述方程得到待测溶液中对应的甲醛的浓度。
实施实例3
1.将2g柠檬酸与1g尿素在50ml去离子水中混合均匀，将反应体系置于180℃下进行水热反应；反应结束后，用0.22μm的微孔过滤膜过滤并用透析袋透析；冷冻干燥，得到基于柠檬酸与尿素制备的氨基化碳量子点粉末；
2.称取一定量的上述碳量子点粉末将其配制成0.1mg/ml的碳量子点溶液；
3.取2.8ml含量为37～40%甲醛溶液，放入1l容量瓶中，加水稀释至刻度。其准确浓度用碘量法标定；
4.量取1ml的碳量子点储存液放入10ml的比色管中，并向其中加入不同体积的上述甲醛标准溶液摇匀，在35℃条件下放置25min后用荧光光谱仪测定其荧光强度，记录不同浓度的甲醛标准溶液对应的荧光强度。以不同浓度的甲醛标准溶液对应的荧光强度与浓度为0的标准溶液对应的荧光强度的比值为纵坐标，不同甲醛标准溶液的浓度为横坐标，绘制标准曲线，求解拟合方程；
5.将含有甲醛的待测溶液加入到水溶性碳量子点溶液中，按照上述方法测定待测溶液对应的荧光强度，代入所述方程得到待测溶液中对应的甲醛的浓度。
实施实例4
1.将2g柠檬酸与1g尿素在50ml去离子水中混合均匀，将反应体系置于180℃下进行水热反应；反应结束后，用0.22μm的微孔过滤膜过滤并用透析袋透析；冷冻干燥，得到基于柠檬酸与尿素制备的氨基化碳量子点粉末；
2.称取一定量的上述碳量子点粉末将其配制成0.1mg/ml的碳量子点溶液；
3.取2.8ml含量为37～40%甲醛溶液，放入1l容量瓶中，加水稀释至刻度。其准确浓度用碘量法标定；
4.量取1ml的碳量子点储存液放入10ml的比色管中，并向其中加入不同体积的上述甲醛标准溶液摇匀，在45℃条件下放置30min后用荧光光谱仪测定其荧光强度，记录不同浓度的甲醛标准溶液对应的荧光强度。以不同浓度的甲醛标准溶液对应的荧光强度与浓度为0的标准溶液对应的荧光强度的比值为纵坐标，不同甲醛标准溶液的浓度为横坐标，绘制标准曲线，求解拟合方程；
5.将含有甲醛的待测溶液加入到水溶性碳量子点溶液中，按照上述方法测定待测溶液对应的荧光强度，代入所述方程得到待测溶液中对应的甲醛的浓度。
实施实例5
1.将2g柠檬酸与1g尿素在50ml去离子水中混合均匀，将反应体系置于180℃下进行水热反应；反应结束后，用0.22μm的微孔过滤膜过滤并用透析袋透析；冷冻干燥，得到基于柠檬酸与尿素制备的氨基化碳量子点粉末；
2.称取一定量的上述碳量子点粉末将其配制成0.1mg/ml的碳量子点溶液；
3.取2.8ml含量为37～40%甲醛溶液，放入1l容量瓶中，加水稀释至刻度。其准确浓度用碘量法标定；
4.量取1ml的碳量子点储存液放入10ml的比色管中，并向其中加入不同体积的上述甲醛标准溶液摇匀，在55℃条件下放置60min后用荧光光谱仪测定其荧光强度，记录不同浓度的甲醛标准溶液对应的荧光强度。以不同浓度的甲醛标准溶液对应的荧光强度与浓度为0的标准溶液对应的荧光强度的比值为纵坐标，不同甲醛标准溶液的浓度为横坐标，绘制标准曲线，求解拟合方程；
5.将含有甲醛的待测溶液加入到水溶性碳量子点溶液中，按照上述方法测定待测溶液对应的荧光强度，代入所述方程得到待测溶液中对应的甲醛的浓度。
本发明不局限于以上实施例，也可将气体甲醛收集起来，并将其应用于检测气体甲醛，与其他检测方法进行对比，比较该方法的优越性。