一种荧光碳点的制备方法及其在可视化检测三价铁离子的应用技术

一种荧光碳点的制备方法，其特征在于包括如下步骤：以一个当量的甲基丙烯酸为计算基准，将摩尔比为1～3:1的甲基丙烯酸和间苯二胺溶于15～30倍当量的去离子水中，得到溶液A；将溶液A转移至水热反应釜中，密闭后加热至60～200℃进行反应，反应时间0.5～5小时，反应结束后自然冷却至室温，得到溶液B；将溶液B进行离心、干燥、重新溶解即为碳点荧光试液。本发明专利技术还公开了上述荧光碳点试液在可视化检测三价铁离子的应用。与现有技术相比，本发明专利技术的制备方法简单、快速、安全，且原料易得、价格低廉；制得的碳点荧光试液或试纸对金属离子的选择性高，现象明显，可非常容易地实现Fe

A Method for Preparing Fluorescent Carbon Points and Its Application in Visual Detection of Ferric Ions

【技术实现步骤摘要】
一种荧光碳点的制备方法及其在可视化检测三价铁离子的应用
本专利技术属于重金属离子检测试剂
，具体涉及一种荧光碳点的制备方法及该荧光碳点在可视化检测三价铁离子的应用。
技术介绍
随着工业的发展以及人民日益增长的生活水平的提高，以重金属离子为代表的污染物被大量排放到环境中，如土壤、水、植被等。这些金属离子会长期残留在环境中，由此产生了持续性的污染。其中铁离子是环境中分布较广的一种金属离子。铁在人体中与血红蛋白结合用于输送氧气，在人体中发挥着重要作用；其次，铁的缺乏会造成很多生理上的变化，例如会使得人体免疫力低下，导致贫血等；然而环境中残留的铁过量地进入人体后会引起人体生物系统紊乱。因此，铁离子的检测在生物医学、环境等领域具有重要的意义。传统金属离子检测技术，例如：原子吸收光谱法(AAS)、原子发射光谱法(AES)、电感耦合等离子发射质谱法(ICP-MS)、阳极溶出伏安法(ASV)等都可以检测铁离子，且这些检测技术具有较高的选择性和准确性。但是这些检测技术所需仪器昂贵、成本高、耗时长、预处理繁琐且需要专业人员操作。由此一种新的金属离子检测技术-可视化检测应运而生。可视化检测(VisualDetection,VD)技术是一种近年来新兴的快速检测技术，利用传感器识别达到对目标物定性/半定量分析的目的。通过对目标物识别过程中产生的可视信号例如颜色、荧光等，对分析结果进行快速判断。这些可视化检测传感器一般都是通过肉眼观察或者观察荧光视觉上的变化来判断目标物的存在。碳纳米材料是近年来出现的一种新型荧光纳米粒子。这种纳米材料不仅具有优良的光学性能与小尺寸特性，而且具有良好的生物相容性和低毒性，使得它们能够被应用于多种领域。如申请号为CN201611214901.6的专利技术专利申请《基于山竹的碳纳米点的制备方法及其作为荧光探针检测三价铁离子的应用》(申请公布号为CN106629663A)公开的碳纳米点的制备方法为：将山竹果肉放入坩埚焙烧干燥，得到固体；再将该固体在电热炉上加热，直至固体的颜色由白色变成黄棕色后，冷却，粉碎，得到黄棕色粉末；将黄棕色粉末用超纯水溶解，磁力搅拌，超声，离心提取上清液；将上清液过滤，透析，将得到的碳纳米点溶液真空干燥、粉碎，即得到碳纳米点粉末(MCDs)。该碳纳米点粉末可作为荧光探针与铁离子相互作用，使MCDs荧光猝灭并形成MCDs-Fe3+复合物，从而实现对三价铁离子的检测。但是该申请中制备碳纳米点粉末的原料即山竹数量有限，且原料具有地域局限性，不便于实施。又如申请号为CN201510013814.3的专利技术专利《一种三价铁离子荧光探针化合物及其制备与应用》(授权公告号为CN104496997B)公开了一种三价铁离子荧光探针化合物及其制备与应用。所述铁离子荧光探针化合物的制备方法是：将罗丹明B与无水乙二胺混合，并在乙醇中回流制得罗丹明的酰胺；用氯甲基甲醚保护联萘酚的羟基，在丁基锂的作用下，与N,N-二甲基甲酰胺反应后，用盐酸脱去甲醚甲基，得带有醛基的联萘酚；最后将罗丹明的酰胺与带有醛基的联萘酚在乙醇中回流，洗涤，得到纯净的三价铁离子的荧光探针化合物。该探针化合物对三价铁离子具有良好的选择性和灵敏性，检测样品前处理简单，并且对细胞没有毒性，用于水体环境以及生物细胞中的三价铁离子的检测。但是该专利的制备方法较复杂，同样不便于实施。由此，设计一种价格低廉、简便易得、绿色安全的荧光碳点材料在重金属离子检测领域具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种成本较低、简便易得且绿色安全的荧光碳点的制备方法。本专利技术所要解决的第二个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种上述方法制得的荧光碳点在可视化检测三价铁离子的应用。本专利技术解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种荧光碳点的制备方法，其特征在于包括如下步骤：以一个当量的甲基丙烯酸为计算基准，将摩尔比为1～3:1的甲基丙烯酸和间苯二胺溶于15～30倍当量的去离子水中，得到溶液A；随后将溶液A转移至水热反应釜中，密闭后加热至60～200℃进行反应，反应时间0.5～5小时，反应结束后自然冷却至室温，得到溶液B；将上述溶液B进行离心，离心转速10000～15000rpm，离心时间5～10min，离心后所得上层清液经过冷冻干燥得到碳点荧光粉末，用去离子水重新溶解碳点荧光粉末，制备成0.1～0.5g/L的碳点荧光试液。本专利技术解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种如上所述的制备方法制得的碳点荧光试液在可视化检测三价铁离子的应用。作为改进，将滤纸放入上述碳点荧光试液中浸泡0.5～3小时，再取出自然晾干或冷风吹干即得到荧光试纸。荧光试纸和碳点荧光试液均可直接检测三价铁离子，而无需借助其他设备。进一步改进，所述碳点荧光试液或荧光试纸检测三价铁离子的方法包括定性检测、半定量检测和定量检测。所述碳点荧光试液或荧光试纸定性检测三价铁离子的方法优选为：将待测溶液滴加到碳点荧光试液中或荧光试纸上(优选为用胶头滴管将待测溶液滴加5滴到1mL碳点荧光试液中或荧光试纸上)，碳点荧光试液或荧光试纸的颜色由黄色变成棕黑色，或用波长为365nm的紫外灯照射滴加有待测溶液的碳点荧光试液或荧光试纸时发生绿色荧光淬灭现象，即检测出待测溶液中含有三价铁离子；碳点荧光试液或荧光试纸的颜色不变或绿色荧光不变，即检测出待测溶液中不含三价铁离子或三价铁离子的浓度<1μM。所述碳点荧光试液或荧光试纸半定量检测三价铁离子的方法优选为：将系列不同体积的浓度为1mg/mL的三价铁离子储备溶液分别滴加到固定浓度的碳点荧光试液中，使碳点荧光试液中三价铁离子的最终浓度为1～100μM的系列标准溶液，并记录各系列标准溶液的颜色；将待测溶液滴加到拥有上述固定浓度的碳点荧光试液中，并与各系列标准溶液的颜色进行比对，进行待测溶液中三价铁离子含量的半定量分析；或者将1～100μM的三价铁离子溶液滴加到荧光试纸上作为对照组(优选为用胶头滴管将1～100μM的三价铁离子溶液滴加5滴到各自的荧光试纸上)，记录各对照组的颜色；将待测溶液滴加到与对照组相同的荧光试纸上，并与各对照组的颜色进行比对，进行待测溶液中三价铁离子含量的半定量分析。可实现<1μM，～20μM，～50μM，～80μM，>100μM五种浓度级别的检测。所述碳点荧光试液定量检测三价铁离子的方法优选为：以固定浓度的荧光试液为空白组测试其荧光强度F0，然后加入系列不同体积的三价铁离子储备溶液配制成系列不同浓度Ci的标准测试液，分别测量荧光强度Fi；重复3次试验取平均值，绘制Ci～(Fi/F0)标准曲线；用待测溶液代替三价铁离子储备溶液参照上述流程测定荧光强度Fx，根据标准曲线计算出待测溶液中三价铁离子的含量Cx。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术通过一锅法水热合成荧光碳点，方法简单、快速、安全，且原料易得、价格低廉；制得的荧光试液或试纸对金属离子的选择性高，现象明显，在裸眼下即可对Fe3+进行快速识别，进而可以非常容易地实现Fe3+的定性和半定量的裸眼可视化检测；借助于通用的荧光分光度计亦可实现Fe3+的定量检测，其灵敏度和检测限优异；故而本专利技术制得的荧光碳点在环境、食品、生物、医药等实际样品分析本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种荧光碳点的制备方法，其特征在于包括如下步骤：以一个当量的甲基丙烯酸为计算基准，将摩尔比为1～3:1的甲基丙烯酸和间苯二胺溶于15～30倍当量的去离子水中，得到溶液A；随后将溶液A转移至水热反应釜中，密闭后加热至60～200℃进行反应，反应时间0.5～5小时，反应结束后自然冷却至室温，得到溶液B；将上述溶液B进行离心，离心转速10000～15000rpm，离心时间5～10min，离心后所得上层清液经过冷冻干燥得到碳点荧光粉末，用去离子水重新溶解碳点荧光粉末，制备成0.1～0.5g/L的碳点荧光试液。

【技术特征摘要】
1.一种荧光碳点的制备方法，其特征在于包括如下步骤：以一个当量的甲基丙烯酸为计算基准，将摩尔比为1～3:1的甲基丙烯酸和间苯二胺溶于15～30倍当量的去离子水中，得到溶液A；随后将溶液A转移至水热反应釜中，密闭后加热至60～200℃进行反应，反应时间0.5～5小时，反应结束后自然冷却至室温，得到溶液B；将上述溶液B进行离心，离心转速10000～15000rpm，离心时间5～10min，离心后所得上层清液经过冷冻干燥得到碳点荧光粉末，用去离子水重新溶解碳点荧光粉末，制备成0.1～0.5g/L的碳点荧光试液。2.一种如权利要求1所述的制备方法制得的碳点荧光试液在可视化检测三价铁离子的应用。3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：将滤纸放入上述碳点荧光试液中浸泡0.5～3小时，再取出自然晾干或冷风吹干即得到荧光试纸。4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述碳点荧光试液或荧光试纸检测三价铁离子的方法包括定性检测、半定量检测和定量检测。5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述碳点荧光试液或荧光试纸定性检测三价铁离子的方法为：将待测溶液滴加到碳点荧光试液中或荧光试纸上，碳点荧光试液或荧光试纸的颜色由黄色变成棕黑色，或用波长为365nm的紫外灯照射滴加有待测溶液的碳点荧光试液或荧光试纸时发生绿色荧光淬灭现象，即检测出待测溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兵，王邃，邵佳，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33