一种分子筛‑碳量子点探针及其制备方法与在重金属离子检测中的应用技术

本发明专利技术公开了一种分子筛‑碳量子点探针及其制备方法与在重金属离子检测中的应用。所述分子筛‑碳量子点探针由包括如下步骤的方法制备：配制柠檬酸、二乙烯三胺和分子筛的水分散液；将所述水分散液置于水热反应釜中进行水热反应即得分子筛‑碳量子点探针；柠檬酸、二乙烯三胺和分子筛的投料比为1g：0.1～0.8mL：0.25g。本发明专利技术采用水热法，通过一步反应直接将介孔分子筛和碳量子点结合起来，在操作上更加简单，也更加省时。通过调节碳源和氮源的投料比，可改变探针对不同重金属离子的响应能力。在特定条件下可实现对单一重金属离子(汞离子)的强响应而对其它重金属离子无明显响应，从而做到重金属离子的特异性检测。

Application of a molecular sieve carbon quantum dot probe and its preparation method and the detection of heavy metal ions in

The invention discloses an application of molecular sieve carbon quantum dot probe and its preparation method and the detection of heavy metal ions in. The molecular sieve carbon quantum dot probe by the preparation method comprises the following steps: preparation of citric acid, two ethylene diamine and three molecular sieve water dispersion; the water dispersion in the hydrothermal reaction kettle for hydrothermal reaction to obtain molecular sieve carbon quantum dot probe; citric acid, two ethylene diamine and three molecular sieve feeding ratio of 1g:0.1 to 0.8mL:0.25g. The invention adopts the hydrothermal method. Through one step reaction, the mesoporous molecular sieve and the carbon quantum dots are directly combined, and the operation is simpler and more time-saving. By adjusting the feeding ratio of carbon source and nitrogen source, the response ability of the probe to different heavy metal ions can be changed. Under certain conditions, a strong response to a single heavy metal ion (Hg) can be achieved, while no response to other heavy metal ions can be achieved, so that the specific detection of heavy metal ions can be achieved.

【技术实现步骤摘要】
一种分子筛-碳量子点探针及其制备方法与在重金属离子检测中的应用
本专利技术涉及一种分子筛-碳量子点探针及其制备方法与在重金属离子检测中的应用。
技术介绍
重金属一般指密度大于4.5g/cm3的金属，当失去表面电子时变成重金属离子。重金属离子主要由工业生产活动产生，未经处理进入自然界后可对水体环境和土壤环境造成污染，并最终通过迁移作用以及食物链进入人体。此外，重金属极难分解，可在自然环境和生物体内累积富集，造成慢性而长期的影响(Savic-GajicI,SavicI,GajicD.Theroleandhealthriskofheavymetalsinhumanorganism,inHeavyMetalsandHealth,editor:CastilloL.NovaSciencePublishers,2016,pp.47–89.)。研究表明，重金属离子可对人体造成危害(LalVF.(2016).ToxicityofHeavyMetals.LAPLAMBERTAcademicPublishing,2016.)。例如，汞通过化合、络合、置换、协同、氧化还原和拮抗等化学或生化反应影响生物体的酶系统和代谢过程，且毒性跟汞离子的价态相关，二价态汞离子大于一价态汞离子。铅及其化合物进入生物体后可对神经、造血、消化、肾脏、心血管等多个系统造成损伤。镉及其化合物可通过呼吸作用进入人体，急性中毒表现为急性肺炎和肺水肿，慢性中毒可造成肝脏和肾脏的损伤。我国是工业生产大国，长期的生产活动造成大量重金属的排放，严重影响了生态系统安全以及人体健康。因此，有必要对不同环境中的重金属离子进行检测，以确保生态系统安全以及人体的健康。重金属检测的手段多种多样，传统方法主要包括原子吸收/发射光谱法、电感耦合离子浆串联质谱法、X射线荧光光谱法等。这些方法通常耗时长，所需仪器设备昂贵，需要专业技术人员操作，且不适合现场筛查和快速检测。因此，发展灵敏度高、快速简便的重金属检测方法十分必要。近年来，利用纳米材料和技术构建纳米传感器，成为快速检测领域的研究热点。其中，以量子点探针为代表的新型纳米材料在小分子物质的快速高效检测中发挥了巨大作用，得到了广泛重视。量子点(quantumdots，QDs)是一类具有荧光发射能力的纳米半导体材料，其性能受量子限域效应、表面效应和参杂效应的影响(SmithAM,GaoXH,NieSM.Quantumdotnanocrystalsforinvivomolecularandcellularimaging.PhotochemicalandPhotobiology2004,80,377–385.)。量子点三个维度的尺寸一般小于其对应的半导体材料的激子波尔尺寸，尺寸分布从几纳米到几十纳米。组成量子点的材料种类众多，常见的有IIB-VIA族元素(如CdSe,CdTe)和IIIA-VA族元素(如InP,InAs)。量子点还可由含碳的有机物为原料制得，此类量子点被称作碳量子点(carbonquantumdots,CQDs)。碳量子点是量子点家族中的新成员，形貌近似球形，尺寸小于10nm，表面通常含有大量的亲水性官能团(羟基、羧基等)，可使其稳定分散在水溶液中(BakerSN,BakerGA.LuminescentCarbonNanodots:EmergentNanolights.AngewandteChemieInternationalEdition2010,49,6726–6744.)。相比传统半导体量子点，碳量子点具有上转换荧光特性、低生物毒性、良好生物相容性等优点，在生物成像、光学器件、荧光检测等领域得到了广泛应用(LiHT,KangZH,LiuY,LeeST.Carbonnanodots:synthesis,propertiesandapplications.JournalofMaterialChemistry2012,22,24230–24253.)。在荧光检测方面，碳量子点具有响应快速、灵敏度高等优点，检测对象包括有机小分子物质(ChangMMF,GinjomIR,NgSM.Single-shot‘turn-off’opticalprobeforrapiddetectionofparaoxon-ethylpesticideonvegetableutilizingfluorescencecarbondots.Sensors&ActuatorsBChemical2017,242,1050–1056.)、重金属离子(YuJ,SongN,ZhangYK,etal.GreenpreparationofcarbondotsbyjinhuabergamotforsensitiveandselectivefluorescentdetectionofHg2+,andFe3+.Sensors&ActuatorsBChemical2015,214,29–35.)等。其中，量子点对重金属离子的检测建立在量子点和重金属离子之间的相互作用，包括内率效应、非辐射结合通道、电子传输和离子绑定反应，从而使得量子点的荧光强度发生变化。近年来，将量子点负载到功能性纳米或微米颗粒制备新型的荧光复合材料，可极大地扩展量子点的应用范围，因而成为量子点研究领域的热点之一。例如，将量子点负载到介孔材料(如介孔分子筛)上得到的荧光复合材料，结合了介孔材料的多孔特性和量子点的荧光特性，在小分子有机物富集与检测、药物释放跟踪等方面已有一些应用，但在重金属离子检测方面的报道还很少。因此，有必要在此方面开展进一步的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种分子筛-碳量子点探针及其制备方法，本专利技术采用一步水热法制备所述分子筛-碳量子点探针。所述分子筛-碳量子点探针可排除其它重金属离子的干扰，选择性检测水溶液中的汞离子(Hg2+)，根据重金属离子种类的不同，抗干扰的浓度范围为10～100μmol/L。所述分子筛-碳量子点探针的荧光强度随汞离子的浓度升高(0～100μmol/L)而下降，在50μmol/L左右达到最小值。本专利技术通过将分子筛的离子交换能力和碳量子点的荧光特性相结合，得到了一种新型的分子筛-碳量子点体系，可富集水溶液中的有害重金属离子并实时监测富集程度，具有一定的实际应用价值。本专利技术所提供的分子筛-碳量子点(MCM-CQDs)探针的制备方法，包括如下步骤：配制柠檬酸、二乙烯三胺和分子筛的水分散液；将所述水分散液置于水热反应釜中进行水热反应，即得所述分子筛-碳量子点探针。本专利技术制备方法在所述分子筛的孔道中生成碳量子点。上述的制备方法中，所述分子筛可为MCM-41型分子筛。上述的制备方法中，所述柠檬酸、所述二乙烯三胺和所述分子筛的投料比可为1g∶0.1～0.8mL∶0.25g，优选1g∶0.4mL∶0.25g。上述的制备方法中，所述水分散液中，所述柠檬酸的质量体积浓度为0.1g/mL。上述的制备方法中，所述水热反应的温度为200℃，时间可为0.25、1或2h，优选1h。上述的制备方法中，所述水热反应结束后，还包括将所述水热反应后的体系冷却、离心和干燥的步骤。上述的制备方法中，所述水热反应之前，还包括超声振荡所述水分散液的步骤。一般而言，碳量子点可与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分子筛‑碳量子点探针的制备方法，包括如下步骤：配制柠檬酸、二乙烯三胺和分子筛的水分散液；将所述水分散液置于水热反应釜中进行水热反应，即得所述分子筛‑碳量子点探针；所述柠檬酸、所述二乙烯三胺和所述分子筛的投料比为1g：0.1～0.8mL：0.25g。

【技术特征摘要】
1.一种分子筛-碳量子点探针的制备方法，包括如下步骤：配制柠檬酸、二乙烯三胺和分子筛的水分散液；将所述水分散液置于水热反应釜中进行水热反应，即得所述分子筛-碳量子点探针；所述柠檬酸、所述二乙烯三胺和所述分子筛的投料比为1g：0.1～0.8mL：0.25g。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述水分散液中，所述柠檬酸的质量体积浓度为0.1g/mL。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述水热反应的温度为200℃，时间为0.25～2h。4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏伊宁，邱静，钱永忠，王梦瑶，
申请(专利权)人：中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11