【技术实现步骤摘要】
技术介绍
1、有毒重金属离子对水体的污染严重影响着人类健康和环境。近年来，随着工业和家庭污水的增加，人类和其他生态系统的重金属暴露呈指数增长。汞(hg)、铅(pb)和镉(cd)等重金属在食物、土壤、饮用水、空气和生态系统中具有极强的生物富集能力，即使在较低浓度下也具有很高的毒性。研究表明，进入水体的无机汞离子可转变为毒性更大的有机汞，由食物链进入人体，引起全身中毒作用；铅对成人的神经系统、消化系统及心血管系统都有损害，其中神经系统比其它系统更容易遭受铅毒害；镉中毒能使肾功能受到破坏，进入呼吸道还可引起肺炎、肺气肿等。因此，重金属离子的检测，特别是对水介质中有毒重金属离子的检测具有非常重要的现实意义。
2、目前，基于光信号的生物化学传感器因其简单、灵敏度高、选择性好而被证明是一种很有前途的残留检测方法。近年来，由于石墨烯量子点(gqds)的可调带隙和准零维结构，使其拥有稳定而强烈的光致发光，而被广泛用于光学传感器领域中。此外，gqds还具有生物相容性好、优越的表面接枝和低毒性等出色的特性，被用于组织工程、骨替代和抗菌药物等各种生物医学应用领域。目前，gqds已成为现有半导体量子点和有机染料的理想替代品，用于生物成像和生物传感。生物相容性gqds是一种可行的、高潜力的材料，可以作为一种有吸引力的传感单元，用于水中重金属的实时检测。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于蓝色石墨烯量子点(gqds)的荧光传感器，用于高灵敏度可视化实时检测hg2+、cd2+和pb
2、另外，本专利技术还提供了该蓝色石墨烯量子点荧光传感器的制备方法，首先通过简单的水热法合成制备蓝色量子点，然后分散在纯水中，构建荧光传感器。
3、具体的，本专利技术所述纳米传感器的制备方法，包括如下步骤：
4、(1)将3-6mg石墨与20-30ml浓硝酸混合，加热至100-120℃搅拌10-20h后向混合溶液加入35-50ml水，得到均匀的深棕色剥落石墨分散体；
5、(2)将1-2ml石墨分散体加入到以1-十八烯为溶剂的油胺溶液中，并在200-220℃下搅拌加热2-5h，过滤干燥，再分散于去离子水中，得到浓度为1mg/ml的探针溶液，调节ph＝8。
6、优选的，在步骤(1)中，所述油胺体积分数为30％-50％。
7、本专利技术中，步骤(1)中石墨在浓硝酸中应充分分散，通过强酸对石墨进行氧化，在碳晶格上引入环氧基团或羰基等含氧官能团，以得到功能化的石墨烯量子点gqds。同时，步骤(2)使用naoh溶液调节ph＝8时，不应影响最终探针溶液体积。
8、本专利技术荧光纳米传感器的应用，是以所述荧光纳米传感器作为检测试剂，用于二价重金属离子hg2+、cd2+和/或pb2+的实时可视化检测。
9、本专利技术还提供了所述荧光纳米传感器在重金属离子的可视化检测中的应用，其可以采用如下步骤的方法：
10、新鲜制备含hg2+、cd2+和/或pb2+的各种不同浓度的标准溶液，将不同浓度的上述金属离子溶液分别与1mg/ml的gqds水分散体系按1:1的体积比混合，室温搅拌孵育5-15min，采用300 -350nm激发光记录探针溶液在415-600nm范围内的荧光光谱。优选的，所述标准溶液浓度在1-100ppm范围内。另外，优选采用320nm激发光对传感器荧光的激发应为传感溶液的最佳激发状态，且检测时荧光变化在2秒内完成。
11、更优选的，本专利技术采用如下步骤的方法进行检测：
12、新鲜制备了不同浓度(1ppm、2ppm、5ppm、10ppm、20ppm、50ppm和100ppm)的hg2+、cd2+和pb2+水溶液。为了评价gqds溶液对hg2+、cd2+和pb2+的敏感性，将不同浓度的上述金属离子溶液分别与1mg/ml的gqds水分散体系按1:1的体积比混合。将所得溶液在室温搅拌条件下孵育10min。然后室温下，用320nm激发光记录探针溶液在415-600nm范围内的荧光光谱。(i0-i)/i0值(i0表示氧化石墨烯量子点的荧光强度，i表示存在金属离子时氧化石墨烯量子点的荧光强度)与金属离子浓度呈现良好的线性，通过建立两者之间的关系，实现hg2+、cd2+和pb2+的单独定量检测。
13、本专利技术中用荧光传感器检测hg2+、cd2+和pb2+离子的原理主要包括两个过程，一个是碰撞失活(动态猝灭)，另一个是络合(静态猝灭)，静态猝灭具体地说是由于制备的蓝色石墨烯量子点表面丰富的官能团如羧基、羰基和氨基与金属离子之间的强配位作用导致了能量的有效转移。上述两个过程诱导蓝色量子点在金属离子存在时伴随荧光猝灭，整个荧光信号响应可以在2秒内完成。通过建立荧光强度比与金属离子浓度的关系可实现对金属离子的单独定量检测。
14、本专利技术中，不断增加hg2+、cd2+和pb2+离子浓度，基于蓝色荧光的逐渐猝灭，在紫外灯下呈现一系列荧光强度的变化，从而可实现对hg2+、cd2+和pb2+离子的实时可视化检测。本专利技术采用水热法合成了高荧光、高水溶性的gqds，其荧光强度随有毒重金属离子浓度的增加而降低。其中石墨烯量子点氧化官能团修饰的gqds有效地提高了水溶解度，是一种更理想的、简单的高灵敏度传感材料。
15、相对于现有的检测技术，本专利技术的有益效果体现在：
16、1、本专利技术荧光检测hg2+、cd2+和pb2+离子，对比其他荧光检测方法表现更加灵敏，猝灭效果明显，实现了可视化检测。
17、2、本专利技术荧光传感器响应时间在两秒内完成，实现了快速检测。
18、3、本专利技术荧光光谱仪上对hg2+、cd2+和pb2+离子检测限分别为1.171μm、2.455μm和2.011μm。低于世卫组织规定的hg2+、cd2+和pb2+离子的允许限。
19、4、本专利技术在一定程度上可避免使用大型仪器，仅需要一个便携式紫外灯即可实现荧光纳米传感器实时/现场目视定性检测hg2+、cd2+和pb2+离子，使检测过程便携、快速且成本低廉。
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1.一种基于蓝色石墨烯量子点的荧光纳米传感器，其采用下述制备方法得到：
2.如权利要求1所述的荧光纳米传感器，其特征在于，所述油胺体积分数为30％-50％。
3.权利要求1所述的荧光纳米传感器在重金属离子的可视化检测中的应用，所述重金属离子为Hg2+、Cd2+和/或Pb2+。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，采用如下步骤的方法：
5.根据权利要求4所述的荧光纳米传感器的应用，其特征在于：所述标准溶液浓度在1-100ppm范围内。
6.根据权利要求4所述的荧光纳米传感器的应用，其特征在于：采用320nm激发光进行且检测时荧光变化在2秒内完成。
【技术特征摘要】
1.一种基于蓝色石墨烯量子点的荧光纳米传感器，其采用下述制备方法得到：
2.如权利要求1所述的荧光纳米传感器，其特征在于，所述油胺体积分数为30％-50％。
3.权利要求1所述的荧光纳米传感器在重金属离子的可视化检测中的应用，所述重金属离子为hg2+、cd2+和/或pb2+。
...【专利技术属性】
技术研发人员：蒋长龙，杨亮，李凌飞，徐诗皓，
申请(专利权)人：中科合肥智慧农业协同创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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