一种基于石墨烯量子点荧光探针阵列的金属离子检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于石墨烯量子点荧光探针阵列的金属离子检测方法。首先，用水热法制备石墨烯量子点，并以石墨烯量子点为原料进行石墨烯量子点的掺杂，依次制得氮掺杂的石墨烯量子点、磷掺杂的石墨烯量子点、硫掺杂的石墨烯量子点以及硼掺杂的石墨烯量子点；然后，用石墨烯量子点和掺杂的石墨烯量子点组成荧光探针阵列，记录各种金属离子引起的上述石墨烯量子点荧光强度的变化，用线性判别分析法来检测区分金属离子。本发明专利技术采用的传感器阵列制备方法简单，成本低，需要的样品量小；传感器阵列能达到100％的金属离子区分精确度；可以同时检测区分多种金属离子；检测周期短，可控性强；所用仪器简单，结果判定直观。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯量子点荧光探针阵列的金属离子检测方法
本专利技术属于纳米科学
，具体涉及一种基于石墨烯量子点荧光探针阵列的金属离子检测方法。
技术介绍
自然界中广泛的存在着重金属和过渡金属，其中一些金属元素在人类生命过程中起着非常重要的作用，比如说铜元素在肿瘤血管生长因子中就充当着十分重要的调节功能。人体细胞的生长发育、基因转录及神经传递过程都离不开锌离子的作用。而有些元素则对生物体会产生很强的毒性，例如铅元素就会造成神经系统、消化系统以及心脏的病变，汞元素则会对肾功能造成严重的损害。因此，对各种各样的金属离子的检测和识别的研究，有利于环境危害金属离子的检测以及探究有益金属元素在生物体中作用的机理。以往检测金属离子的方法通常都是分为直接法和间接法两种类型。直接法就是直接运用金属离子本身的化学与物理性质来对其进行检测，其中包含原子发射/吸收光谱法以及离子选择性电极法。而间接法则是一种运用指示剂与金属离子之间的超分子作用或是特异性化学反应的信号改变从而对金属离子进行检测，这种方法包含比较传统的金属指示剂以及近年来兴起的金属离子荧光分子探针。基于阵列的传感方法主要是通过对分析物的整体特征进行区分从而实现检测的目的，可以替代传统的依赖于特异识别作用的“锁-钥匙”检测方法用于生物分析领域。传感器阵列中一系列的识别单元与每一个待分析物之间的相互作用会产生针对该分析物的特征信号指纹图案，从而实现对待分析物的识别和分类。这种特殊的检测方法类似于哺乳动物的嗅觉，因此也称为“化学鼻子或舌头”检测方法。它是分析不同样品，复杂样品混合物，甚至是生物基质中待分析样品之间细微差异的有效方法。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供一种基于石墨烯量子点荧光探针阵列的金属离子检测方法，采用的传感器阵列制备方法简单，成本低，需要的样品量小；传感器阵列能达到100％的金属离子区分精确度；可以同时检测区分多种金属离子；检测周期短，可控性强；所用仪器简单，结果判定直观。技术方案：本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于石墨烯量子点荧光探针阵列的金属离子检测方法，首先，用水热法制备石墨烯量子点，并以石墨烯量子点为原料进行石墨烯量子点的掺杂，依次制得氮掺杂的石墨烯量子点、磷掺杂的石墨烯量子点、硫掺杂的石墨烯量子点以及硼掺杂的石墨烯量子点；然后，用石墨烯量子点和掺杂的石墨烯量子点组成荧光探针阵列，记录各种金属离子引起的上述石墨烯量子点荧光强度的变化，用线性判别分析法来检测区分金属离子。进一步的，所述的石墨烯量子点的制备如下：将30-50mg氧化石墨烯粉末加入到30-50mL二次水中，放入超声波清洗仪中超声分散，再加入1-2mL过氧化氢，超声分散均匀；将混合液转移至反应釜中，密封后在180℃条件下反应60-90min；将反应液通过0.22μm的水系滤膜进行抽滤，收集滤液得到石墨烯量子点的水分散液，冷冻干燥。进一步的，所述的氮掺杂的石墨烯量子点的制备如下：将50mg石墨烯量子点加入到80-100mL二次水中，放入超声波清洗仪中超声分散10-15min；然后，将0.25-0.30g三聚氰胺加入到石墨烯量子点分散体系中，用玻璃棒搅拌直至出现明显的沉降；用电热套蒸干上述混合体系中的溶剂，真空干燥过夜，研成粉末；将粉末置于石英舟内，在750-800℃氩气保护下热解30-45min；然后用4-6mol/LHNO3进行回流，蒸干HNO3溶剂后，透析纯化得到氮掺杂石墨烯量子点。进一步的，所述的磷掺杂的石墨烯量子点制备如下：将50mg石墨烯量子点与100-200mg三苯基磷和50-100mL乙醇混匀，室温下搅拌；蒸发乙醇，将获得的石墨烯量子点与三苯基磷混合物真空干燥过夜，研成粉末；将混合物粉末装入石英舟中，750-800℃氩气保护下热解30-45min；然后用4-6mol/LHNO3进行回流，蒸干HNO3溶剂后，透析纯化得到磷掺杂石墨烯量子点。进一步的，所述的硫掺杂的石墨烯量子点制备如下：将50mg石墨烯量子点与30-40mg二苄基二硫和50-100mL乙醇混合放入超声波清洗仪中超声分散10-15min；蒸发乙醇，得到石墨烯量子点与二硫苯混合物，真空干燥过夜，研成粉末。将混合物粉末装入石英舟中，氩气保护下750-800℃热解30-45min；然后用4-6mol/LHNO3进行回流，蒸干HNO3溶剂后，透析纯化得到硫掺杂石墨烯量子点。进一步的，所述的硼掺杂的石墨烯量子点制备如下：将50mg石墨烯量子点与30-50mg硼酸和40-60mL二次水混合放入超声波清洗仪中超声分散0.5-1h，混合均匀，真空干燥过夜，研成粉末。将混合物粉末装入石英舟中，750-800℃氩气保护下热解30-45min；然后用4-6mol/LHNO3进行回流，蒸干HNO3溶剂后，透析纯化得到硼掺杂石墨烯量子点。进一步的，用石墨烯量子点作为荧光探针区分金属离子：取50μL500μg/mL石墨烯量子点溶液置于4ml离心管中，然后加入430μL二次水和20μL2mmol/L不同金属离子溶液，在室温下平衡5min，在310nm波长光的激发下分别记录石墨烯量子点、氮掺杂的石墨烯量子点、磷掺杂的石墨烯量子点、硫掺杂的石墨烯量子点以及硼掺杂的石墨烯量子点的荧光强度；每种金属离子都平行测量6次，所得的数据用软件SYSTAT13.1进行线性判别分析。有益效果：本专利技术的具体优势如下：(1)本专利技术采用的传感器阵列制备方法简单，成本低，需要的样品量小；(2)本专利技术中的传感器阵列能达到100％的金属离子区分精确度；(3)本专利技术可以同时检测区分多种金属离子；(4)本专利技术的检测周期短，可控性强；(5)本专利技术所用仪器简单，结果判定直观。附图说明图1是本专利技术的石墨烯量子点TEM图(a石墨烯量子点、b氮掺杂石墨烯量子点、c硫掺杂石墨烯量子点、d磷掺杂石墨烯量子点、e硼掺杂石墨烯量子点)；图2是本专利技术的石墨烯量子点在360nm激发下的荧光光谱示意图；图3是本专利技术的石墨烯量子点、磷掺杂石墨烯量子点、氮掺杂石墨烯量子点、硫掺杂石墨烯量子点四种石墨烯量子点荧光探针阵列对15种金属离子的区分示意图；图4是本专利技术的石墨烯量子点、磷掺杂石墨烯量子点、氮掺杂石墨烯量子点、硼掺杂石墨烯量子点四种石墨烯量子点荧光探针阵列对15种金属离子的区分示意图；图5是本专利技术的石墨烯量子点、磷掺杂石墨烯量子点、硫掺杂石墨烯量子点、硼掺杂石墨烯量子点四种石墨烯量子点荧光探针阵列对15种金属离子的区分示意图；图6是本专利技术的石墨烯量子点、氮掺杂石墨烯量子点、硫掺杂石墨烯量子点、硼掺杂石墨烯量子点四种石墨烯量子点荧光探针阵列对15种金属离子的区分示意图；图7是本专利技术的磷掺杂石墨烯量子点、氮掺杂石墨烯量子点、硫掺杂石墨烯量子点、硼掺杂石墨烯量子点四种石墨烯量子点荧光探针阵列对15种金属离子的区分示意图；图8是本专利技术的石墨烯量子点、磷掺杂石墨烯量子点、氮掺杂石墨烯量子点、硫掺杂石墨烯量子点、硫掺杂石墨烯量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于石墨烯量子点荧光探针阵列的金属离子检测方法，其特征在于：首先，用水热法制备石墨烯量子点，并以石墨烯量子点为原料进行石墨烯量子点的掺杂，依次制得氮掺杂的石墨烯量子点、磷掺杂的石墨烯量子点、硫掺杂的石墨烯量子点以及硼掺杂的石墨烯量子点；然后，用石墨烯量子点和掺杂的石墨烯量子点组成荧光探针阵列，记录各种金属离子引起的上述石墨烯量子点荧光强度的变化，用线性判别分析法来检测区分金属离子。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯量子点荧光探针阵列的金属离子检测方法，其特征在于：首先，用水热法制备石墨烯量子点，并以石墨烯量子点为原料进行石墨烯量子点的掺杂，依次制得氮掺杂的石墨烯量子点、磷掺杂的石墨烯量子点、硫掺杂的石墨烯量子点以及硼掺杂的石墨烯量子点；然后，用石墨烯量子点和掺杂的石墨烯量子点组成荧光探针阵列，记录各种金属离子引起的上述石墨烯量子点荧光强度的变化，用线性判别分析法来检测区分金属离子。


2.如权利要求1所述的基于石墨烯量子点荧光探针阵列的金属离子检测方法，其特征在于：所述的石墨烯量子点的制备如下：将30-50mg氧化石墨烯粉末加入到30-50mL二次水中，放入超声波清洗仪中超声分散，再加入1-2mL过氧化氢，超声分散均匀；将混合液转移至反应釜中，密封后在180℃条件下反应60-90min；将反应液通过0.22μm的水系滤膜进行抽滤，收集滤液得到石墨烯量子点的水分散液，冷冻干燥。


3.如权利要求1所述的基于石墨烯量子点荧光探针阵列的金属离子检测方法，其特征在于：所述的氮掺杂的石墨烯量子点的制备如下：将50mg石墨烯量子点加入到80-100mL二次水中，放入超声波清洗仪中超声分散10-15min；然后，将0.25-0.30g三聚氰胺加入到石墨烯量子点分散体系中，用玻璃棒搅拌直至出现明显的沉降；用电热套蒸干上述混合体系中的溶剂，真空干燥过夜，研成粉末；将粉末置于石英舟内，在750-800℃氩气保护下热解30-45min；然后用4-6mol/LHNO3进行回流，蒸干HNO3溶剂后，透析纯化得到氮掺杂石墨烯量子点。


4.如权利要求1所述的基于石墨烯量子点荧光探针阵列的金属离子检测方法，其特征在于：所述的磷掺杂的石墨烯量子点制备如下：将50mg石墨烯量子点与100-200mg三苯基磷和50-100mL乙醇混匀，室温下搅拌；蒸发乙醇，将获得的石墨烯量子点与三苯基磷混合物真...

【专利技术属性】
技术研发人员：冀海伟，吴铭敏，王琦，刘金霞，周晓波，秦玉岭，吴丽，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32