一种石墨烯量子点传感器及其在检测三硝基苯酚方面的应用，属于分析化学领域。本传感器的制备方法首先将柠檬酸与氨水混合，在密闭的微波消解装置内加热制备氮元素掺杂的石墨烯量子点。将石墨烯量子点和羧甲基壳聚糖溶液混合，再将石英薄板浸入到石墨烯量子点和羧甲基壳聚糖溶液中，通过静电力形成具有强荧光信号的薄板。在薄板表面吸附肌酐分子用以识别三硝基苯酚。当薄板接触到三硝基苯酚时，荧光信号会显著的下降。本方法构筑的石墨烯量子点荧光薄板化学传感器具有良好的光化学稳定性，对爆炸物三硝基苯酚具有明显的选择识别能力，可实现对痕量的三硝基苯酚(检出限为0.1μg/L)的检测，在安全检测、环保监察等方面具有广阔的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于分析化学领域，具体涉及。技术背景探测测痕量爆炸物一直是环境保护和公共安全领域高度关注的课题。三硝基苯酚(苦味酸)类化合物是一类对环境和人体均可造成较大伤害的高毒性致癌物，同时也是一种常见的爆炸物。因此，对三硝基苯酚进行快速、便捷的检测，对维护公共安全、环境监测均有重要意义。由于硝基爆炸物具有低蒸气压和高爆炸性，传统的主要检测方法有色谱-质谱法、离子迀移谱和X射线衍射装备、荧光法及电化学法，但存在检测速度慢、实验费用高、操作复杂等缺点。随着科技的发展，石墨稀量子点(Graphene quantum dot，GQD))作为出现的一种新型的荧光纳米粒子，近年来引起了人们的注意。石墨烯量子点是一类性能优异的准零维的纳米材料，由于其内部电子在各方向上的运动都受到局限，因此其量子局限效应特别显著，从而具有许多独特的性质。如石墨烯量子点具有良好的荧光性能、生物相容性和水溶液稳定性，与其他荧光物相比，石墨烯量子点化学性能稳定高，发出的荧光更稳定，不会出现光漂白。石墨烯量子点可与多种有特定化学和生物性能的化学基团和功能分子进行反应，其将生物分子或化学基团修饰在石墨烯量子点上，实现石墨烯量子点的表面功能化。因此石墨烯量子点在生物、医学、材料、新型半导体器件等领域具有重要潜在应用。但是，由于石墨烯量子点的荧光可调谐性差，因此其在实际应用过程中具有许多难以克服的缺点。因此，设计并合成基于石墨烯量子点荧光薄板的化学传感器引起了众多科学工作者的兴趣与关注。
技术实现思路
我们从化学传感器的构建角度出发，首先利用微波加热体系制备了氮元素掺杂的石墨烯量子点，再利用表面功能化技术和静电力作用，在透明石英薄板为底层上均匀分布羧甲基壳聚糖修饰的强荧光信号的石墨烯量子点(GQD)所组成的膜基传感器。石墨烯量子点荧光薄板具化学稳定性好和荧光强度高等优点。在荧光薄板的基础上，通过修饰肌酐功能分子，当薄板接触到三硝基苯酚时，荧光信号会显著的下降，得到了可视化检测痕量爆炸物三硝基苯酚的化学传感器。本专利技术目的是提供一种石墨烯量子点荧光薄板化学传感器及其在可视化检测痕量爆炸物三硝基苯酚方面的应用。—种石墨烯量子点传感器，其由如下步骤制备得到:(I)氮元素掺杂的石墨烯量子点的微波合成:将I?2g柠檬酸与0.01?ImL氨水(质量分数28% )混合，微波加热至160°C?210°C，加热时间0.5?2h，得到氮元素掺杂的石墨烯量子点；将得到的石墨烯量子点以体积比为1:20?50的比例倒入蒸馏水中，加入氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的质量分数为30?40%，调节溶液的pH值到6?8 ;后转移到30?50KD的透析袋中，在室温下振荡透析20?24h，再分别以蒸馏水和无水乙醇洗涤产物，最后将得到的纯化石墨烯量子点在真空、60?80°C条件下干燥4?6h ;(2)石墨烯量子点荧光薄板化学传感器的制备:将I?1mg步骤(I)制得的石墨烯量子点和5?10mL、浓度为5?50mg/mL的羧甲基壳聚糖溶液在20?30°C条件下混合5?60min，得到分散均匀的溶液；将石英薄板在硫酸_双氧水混合液中，100°C下煮沸20?30min，完成硅烷基活化；再将石英薄板浸入到石墨烯量子点和羧甲基壳聚糖混合溶液中3?30min，得到具有强荧光信号的石墨烯量子点荧光薄板；将石墨烯量子点荧光薄板浸入到pH = 6?9、浓度为0.1?5mmol/L的肌酐溶液中10?60min，在石墨稀量子点焚光薄板表面形成肌酐分子功能层，再以蒸馏水冲洗2?3次后通入高纯氮气20?30min吹干，从而得到石墨烯量子点荧光薄板化学传感器。其中，步骤(2)所述的硫酸-双氧水混合液，硫酸(质量分数98% )与双氧水(质量分数30% )的体积比为0.3?0.5:1。一种石墨烯量子点荧光薄板化学传感器在检测三硝基苯酚方面的应用，其是在pH = 9.0?η.ο条件下，将传感器在含有一系列已知浓度的三硝基苯酚溶液中浸泡3?1min ;再将蒸馏水冲洗、氮气吹干后的传感器置于荧光光度计内，在激发波长353nm条件下，读取发射波长443nm处荧光强度值，以荧光强度作为纵坐标，以三硝基苯酚浓度作为横坐标，绘制分析工作曲线；然后将传感器浸泡到未知三硝基苯酚浓度溶液样品中，在激发波长353nm条件下，读取发射波长443nm处荧光强度值，将荧光强度值带入分析工作曲线内，从而经计算得到三硝基苯酚含量，检出限可达到0.lyg/L ;或将接触未知浓度三硝基苯酚溶液样品的传感器和原始三硝基苯酚溶液的传感器分别置于360nm紫外灯下，肉眼直接观察对比荧光信号强度，根据传感器荧光亮度判断三硝基苯酚的含量级，50 μ g/mL量级硝基苯酚对应荧光信号强度下降30%，100 μ g/mL量级硝基苯酚对应荧光信号强度下降50%，200 μ g/mL量级硝基苯酚对应荧光信号强度下降80%。本方法合成的焚光石墨稀量子点具有较强的焚光信号，量子产率可达到15%，合成的石墨烯量子点荧光薄板化学传感器具有良好的光化学稳定性，对爆炸物三硝基苯酚具有高选择性和灵敏度，在安全检测、环保监察等方面具有广阔的应用前景。【附图说明】图1:本专利技术合成的石墨烯量子点的红外光谱图；从图中可以看出:对应实施例1，从红外光谱图中可以看出，3169cm 1为-NH-的振动吸收峰，3420cm 1是O-H振动吸收峰，1200cm 1和1325cm 1为C-OH伸缩振动峰，1303cm 1代表分子结构中C-NH振动吸收峰，1600cm 1是分子中C = O振动吸收峰。通过上述数据分析，可判断出掺杂氮元素的石墨烯量子点的表面具有一系列活跃基团和含氮官能团。图2:本专利技术合成的石墨烯量子点的紫外和荧光光谱图；从图中可以看出，氮元素掺杂的石墨烯量子点的最大吸收峰位于340nm处，其荧光发射信号可随激发峰位的变化而变化。图2中使用检测的激发波长变化范围为从330?480nmo图3:本专利技术合成的石墨烯量子点荧光薄板化学传感器检测三硝基苯酚(2?200 μ g/mL)的荧光光谱图；图3的荧光光谱图是在激发波长353nm条件下检测。图4:本专利技术合成的石墨烯量子点荧光薄板化学传感器检测三硝基苯酚的线性工作曲线:即将传感器在含有一系列已知浓度的三硝基苯酚溶液中浸泡5分钟；再将蒸馏水冲洗、氮气吹干后的传感器置于荧光光度计内，在激发波长353nm条件下，读取发射波长443nm处荧光强度值，以荧光强度作为纵坐标，以三硝基苯酚浓度作为横坐标，绘制分析工作曲线。从图3、4中可以看出:当三硝基苯酚的浓度从2 μ g/mL到200 μ g/mL逐渐递增的过程中，化学传感器荧光强度随之相应的线形下降，线形相关系数为0.998，由此说明荧光薄板化学传感器对三硝基苯酚具有较高的检测灵敏度。图5:本专利技术合成的石墨烯量子点荧光薄板化学传感器对硝基苯类、二硝基苯类和三硝基苯酚类化当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯量子点传感器，其由如下步骤制备得到：(1)氮元素掺杂的石墨烯量子点的微波合成：将1～2g柠檬酸与0.01～1mL氨水混合，微波加热至160℃～210℃，加热时间0.5～2h，得到氮元素掺杂的石墨烯量子点；将得到的石墨烯量子点以体积比为1：20～50的比例倒入蒸馏水中，加入质量分数为30～40％的氢氧化钠溶液，调节溶液的pH值到6～8；然后转移到30～50KD的透析袋中，在室温下振荡透析20～24h，再分别以蒸馏水和无水乙醇洗涤产物，最后将得到的纯化石墨烯量子点在真空、60～80℃条件下干燥4～6h；(2)石墨烯量子点荧光薄板化学传感器的制备：将1～10mg步骤(1)制得的石墨烯量子点和5～10mL、浓度为5～50mg/mL的羧甲基壳聚糖溶液在20～30℃条件下混合5～60min，得到分散均匀的溶液；将石英薄板在硫酸‑双氧水混合液中，100℃下煮沸20～30min，完成硅烷基活化；再将石英薄板浸入到石墨烯量子点和羧甲基壳聚糖混合溶液中3～30min，得到具有强荧光信号的石墨烯量子点荧光薄板；将石墨烯量子点荧光薄板浸入到pH＝6～9、浓度为0.1～5mmol/L的肌酐溶液中10～60min，在石墨烯量子点荧光薄板表面形成肌酐分子功能层，再以蒸馏水冲洗2～3次后通入高纯氮气20～30min吹干，从而得到石墨烯量子点荧光薄板化学传感器。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马强，陈树帆，宋煜，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。