水溶性N,S共掺杂碳量子点材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开水溶性N,S共掺杂碳量子点材料及其制备方法和用途，制备方法为：步骤A：将柠檬酸和硫脲依次溶解于水中，得到前驱体溶液；步骤B：将前驱体溶液转移至聚四氟乙烯反应罐中，在密封条件下于不锈钢高压反应釜中进行水热反应，反应结束后得到混合料液；步骤C：将混合料液置于透析袋内透析，透析结束后，透析袋内得到的终溶液即为碳量子点材料溶液；步骤D：将碳量子点材料溶液真空冷冻干燥除去水分，干燥后得到的粉末即为水溶性N,S共掺杂碳量子点材料；可将其用于饮用水中痕量汞离子的检测。该材料荧光强度稳定、选择性高和灵敏度好，可用于检测溶液中痕量汞离子，在生命健康和环境监测等领域蕴含着巨大的应用潜力。监测等领域蕴含着巨大的应用潜力。监测等领域蕴含着巨大的应用潜力。

【技术实现步骤摘要】
水溶性N,S共掺杂碳量子点材料及其制备方法和用途


[0001]本专利技术涉及饮用水检测
具体地说是水溶性N,S共掺杂碳量子点材料及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]由于人类工业经济发展带来的环境问题而导致的饮用水水源污染，以及人类生活水平的提高对于自身生命健康的重视，生活饮用水的质量安全成为人们时刻关注的问题之一。近年来，河流水体污染造成沿线居民饮用水水质恶化事件频发，促使光学、电化学、色谱和质谱等系列技术用以提高对饮用水水质状况的监测，特别是饮用水中，毒性大、难降解的重金属的检测对于保障人体健康具有非常重要的意义。
[0003]碳量子点是一种粒径小于10nm的零维碳纳米材料，因具有明显的尺寸效应和量子限域效应，而展现出优异的光学稳定性、水溶性、化学稳定性和生物相容性。相比于传统金属基半导体量子点，碳量子点材料由于生产成本低、毒性低且荧光发光更加稳定，而使得相关荧光应用技术近年来在生命健康和环境监测方面显示出巨大的潜力。
[0004]汞作为一种毒性非常高的难降解重金属，主要通过食用食物链中富集汞的生物和直接饮用含汞水体进入人体并产生累积效应，严重危害人体健康。因而，饮用水中痕量汞离子的检测成为饮用水水质分析中一项重要的项目。鉴于传统汞离子检测方法需要配套昂贵大型仪器，且具有样品处理过程复杂，操作人员技术要求较高等缺点，灵敏、快速和简便的碳量子点荧光技术成为汞离子检测技术发展的新趋势。目前，用于汞离子检测的碳量子点材料通常以碳源、硫源和氮源作为原料，比如采用二巯基丁二酸、硫化钠或者硫代乙酰胺等为硫源，浓氨水、尿素或者三聚氰胺等为氮源，制备的碳量子点材料不含类硫代酰胺键，而类硫代酰胺键的存在更容易结合饮用水中的汞离子，提高其对汞离子的检测灵敏性。因此，当前荧光碳量子点材料复杂的制备方法，以及有待提高的量子产率、选择性和灵敏度等问题，制约了碳量子点荧光技术在痕量汞离子检测方面的实际应用。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种水溶性N,S共掺杂碳量子点材料及其制备方法和用途，以解决当前荧光碳量子点材料量子产率不够高、对汞离子的选择性差以及饮用水中痕量汞检测灵敏度不足等问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤A：将柠檬酸和硫脲依次溶解于水中，得到前驱体溶液；
[0009]步骤B：将前驱体溶液转移至聚四氟乙烯反应罐中，在密封条件下于不锈钢高压反应釜中进行水热反应，反应结束后得到混合料液；
[0010]步骤C：将混合料液置于透析袋内透析，透析结束后，透析袋内得到的终溶液即为碳量子点材料溶液；
[0011]步骤D：将碳量子点材料溶液采用真空冷冻干燥法除去水分，得到的粉末即为水溶性N,S共掺杂碳量子点材料。
[0012]上述水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的制备方法，步骤A中，柠檬酸与硫脲的质量之比为1:0.3～0.5；所述前驱体溶液中，柠檬酸与水的质量之比为1:30～40。由于硫脲在反应中提供氮源和硫源，硫脲的加入量关系到N,S共掺杂碳量子点上形成类硫代酰胺键的数量，N,S共掺杂碳量子点上该键形成越多，对汞离子产生的荧光淬灭效果越好，越有利于将其用于汞离子的检测，但如果类硫代酰胺键数量过多，则会导致生成的N,S共掺杂碳量子点材料尺寸变大，影响其尺寸效应，反而不利于其与汞离子的结合；而当柠檬酸与硫脲的质量之比在上述范围内时，既能确保N,S共掺杂碳量子点材料上形成数量较多的类硫代酰胺键，又不会影响N,S共掺杂碳量子点材料的尺寸大小；另外，在进行水热反应时，柠檬酸和硫脲的浓度不宜过高，浓度过大的话会导致制备得到的N,S共掺杂碳量子点材料尺寸过大，但若浓度太小又会降低其制备效率。
[0013]上述水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的制备方法，步骤A中，所述前驱体溶液中，柠檬酸与硫脲的质量之比为1:0.38；柠檬酸与水的质量之比为1:35。
[0014]上述水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的制备方法，步骤B中，水热反应的温度为180～220℃，水热反应的时间为4～6h。水热反应的条件也会影响最终制备得到的水溶性N,S共掺杂碳量子点材料上类硫代酰胺键形成的数量以及水溶性N,S共掺杂碳量子点的尺寸大小；本专利技术控制水热反应的温度为180～220℃，水热反应的时间为4～6h，可以使水溶性N,S共掺杂碳量子点材料上有大量的类硫代酰胺键形成，又能很好地控制水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的最终尺寸。
[0015]上述水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的制备方法，步骤B中，水热反应的温度为200℃，水热反应的时间为5h。
[0016]上述水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的制备方法，步骤C中：将混合料液置于截留分子量为1000D的透析袋中，然后将透析袋置于去离子水中透析，透析时间为14天。
[0017]上述水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的制备方法，步骤D中，冷冻干燥的温度为
‑
60℃，冷冻干燥的时间为72h。
[0018]水溶性N,S共掺杂碳量子点材料，由上述水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的制备方法制备得到。
[0019]水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的用途，将上述水溶性N,S共掺杂碳量子点材料用于饮用水中痕量汞离子的检测。
[0020]水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的用途，将水溶性N,S共掺杂碳量子点材料用于饮用水中痕量汞离子的检测的具体方法包括如下步骤：
[0021]步骤(1)：分别取50μL浓度为1.5mg L
‑1上述水溶性N,S共掺杂碳量子点材料溶液于6个10mL的样品瓶中，然后分别向6个样品瓶中依次加入汞标准溶液，配制得到汞离子浓度分别为0μg L
‑1、2μg L
‑1、4μg L
‑1、6μg L
‑1、8μg L
‑1和10μg L
‑1的混合标准溶液；将混合标准溶液在室温下放置5min后，以320nm为激发波长，分别测定得到6个样品瓶中混合标准溶液的荧光发射光谱变化图；
[0022]步骤(2)：根据6个样品瓶中混合标准溶液的荧光发射光谱变化图中423nm处荧光强度的变化情况得到相对荧光强度变化比值Y，且Y＝(F0‑
F)/F0，F0为碳量子点材料不含汞
离子时样品自身荧光强度，F为碳量子点材料混合汞离子后的样品荧光强度；计算得到混合标准溶液的相对荧光强度变化比值与样品中汞离子浓度的线性关系图，并得到样品汞离子相对荧光强度变化比值和汞离子浓度之间的线性拟合方程；
[0023]步骤(3)：测定待测饮用水试样在320nm激发波长下的相对荧光强度变化比值，并根据步骤(2)中的线性拟合方程计算得到待测饮用水试样中汞离子浓度。
[0024]本专利技术的技术方案取得了如下有益的技术效果：
[0025]本专利技术以柠檬酸为碳源、硫脲为氮源兼硫源，通过水热法、透析处理及真空冷冻干燥本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤A：将柠檬酸和硫脲依次溶解于水中，得到前驱体溶液；步骤B：将前驱体溶液转移至聚四氟乙烯反应罐中，在密封条件下于不锈钢高压反应釜中进行水热反应，反应结束后得到混合料液；步骤C：将混合料液置于透析袋内透析，透析结束后，透析袋内得到的终溶液即为碳量子点材料溶液；步骤D：将碳量子点材料溶液采用真空冷冻干燥法除去水分，得到的粉末即为水溶性N,S共掺杂碳量子点材料。2.根据权利要求1所述的水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的制备方法，其特征在于，步骤A中，柠檬酸与硫脲的质量之比为1:0.3～0.5；所述前驱体溶液中，柠檬酸与水的质量之比为1:30～40。3.根据权利要求2所述的水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的制备方法，其特征在于，步骤A中，所述前驱体溶液中，柠檬酸与硫脲的质量之比为1:0.38；柠檬酸与水的质量之比为1:35。4.根据权利要求1所述的水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的制备方法，其特征在于，步骤B中，水热反应的温度为180～220℃，水热反应的时间为4～6h。5.根据权利要求4所述的水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的制备方法，其特征在于，步骤B中，水热反应的温度为200℃，水热反应的时间为5h。6.根据权利要求1所述的水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的制备方法，其特征在于，步骤C中：将混合料液置于截留分子量为1000D的透析袋中，然后将透析袋置于去离子水中透析，透析时间为14天。7.根据权利要求1所述的水溶性N,S共掺杂碳量子点材料的制备方法，其特征在于，步骤D中，冷冻干燥的温度为
‑
60℃，冷冻干燥的时间为72h。8.水溶性N,S共掺杂碳量子点材料，其特征在于，由...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪玉洁，张星和，侯洪波，杨晓娜，卢超，艾薇，
申请(专利权)人：保山学院，
类型：发明
国别省市：