镉离子检测用量子点荧光传感器及其检测方法技术

一种镉离子检测用量子点荧光传感器及其检测方法，涉及一种量子点荧光传感器及利用其对水中镉离子进行检测的方法。本发明专利技术的镉离子检测用荧光传感器由量子点和菲啰啉制成，将菲啰啉加入量子点溶液中，测得量子点荧光强度的变化；将不同浓度的镉离子加入到量子点-菲啰啉溶液中，测得量子点荧光强度的变化，以相对荧光强度-镉离子浓度作图，计算得到检测镉离子的检测限和线性范围。本发明专利技术操作简单、价格低廉、易操作、重现性好、灵敏度高、选择性强，解决了目前镉离子检测中操作复杂、成本高等问题，是一种很有前景的检测技术，适用于环境、饮用水和食物中镉离子痕量检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种荧光传感器，特别是涉及一种镉离子检测用量子点荧光传感器及利用其对水中镉离子进行检测的方法。
技术介绍
由于资源不合理的开采以及工农业废弃物和城市生活垃圾的剧增，人类赖以生存的土壤、水体等环境受到了严重的重金属污染，并呈加剧趋势。重金属镉是一种公认的有害的环境污染物，能够通过食物链向生物体富集，并且特别容易富集在人体的肾脏、肝脏及肺部。镉通过破坏人体的免疫系统、神经系统对人体造成极大的危害，严重可导致癌变。各国均制定了相应的镉含量国家标准，我国规定了工业废水中镉的最高排放浓度为8.9X 1(T7 mol/L，国标GB 8978-1996 (饮用水中镉含量上限为4.4 X 1(T8 mol/L，国标GB5749-2005)。因此对环境、水和食物中镉离子的快速、灵敏的分析检测变得越来越重要。传统镉离子浓度的检测主要通过原子吸收光谱法、原子发射光谱法、电耦合等离子体质谱和电化学法等。这些技术灵敏度高、特异性强，但存在着检测仪器价格昂贵、体积庞大、操作复杂且维护较为困难等缺陷，难以用于重金属的现场检测，限制了其实际应用范围。基于有机染料的荧光传感器具有较高的灵敏度和操作简单等优点。然而其缺点也很明显，比如信号强度低、易光漂白、激发光谱窄、发射光谱宽及水溶性差等。荧光量子点克服了有机荧光染料所遇到的上述困难，具有独特的光学性质，如宽带吸收、窄带发射、高量子产率、抗光漂白性好等特点，在化学和生物检测中发挥了越来越大的作用。由于量子点的光学性质强烈依赖于其表面特性，分析物和量子点表面发生相互作用会导致其光学性质的巨大变化，可被广泛用来检测离子、分子、生物分子等。如量子点本身作为荧光传感器可通过荧光猝灭方法检测Cu2+、Hg2+、Ag+、Pb2+等重金属，显示了良好的效果。然而由于很多因素都能导致量子点的荧光猝灭，因而荧光猝灭方法可能会产生假阳性信号。利用量子点的表面功能化并通过荧光增强原理检测离子，可有效降低产生假阳性信号的机率。如通过将硫离子或亚硫酸根离子、氮杂冠醚或EDTA等对量子点进行修饰，可制备量子点荧光传感器，通过荧光增强原理，实现对镉离子的高灵敏检测，其最低检测限为6?IOX 10_8 mol/L。但这些量子点荧光传感器检测镉离子利用的是镉离子在量子点表面的化合反应，易受到锌离子的干扰。迄今为止，利用量子点荧光传感器同时实现对镉离子高灵敏度、高选择性的检测还未见报道。
技术实现思路
针对目前镉离子检测技术中存在的问题，本专利技术利用量子点荧光检测的高灵敏度，结合菲啰啉的光电活性、对镉离子强螯合能力，提供了一种价格低廉，易操作、高灵敏度、高选择性的镉离子检测用荧光传感器及其检测方法。本专利技术的技术方案如下:一种镉离子检测用量子点荧光传感器，该荧光传感器由量子点、小分子制成，所述量子点为CdTe，所述的小分子为不带电菲啰啉。本专利技术按照如下步骤对水中的镉离子进行检测: (1)量子点荧光传感器的制备:将小分子菲啰啉加入到量子点CdTe水溶液中形成量子点-菲啰啉溶液，该量子点-菲啰啉溶液中量子点浓度为10_7 mol/L,菲啰啉浓度为5.0 X10_8 ~2.0X10—6 mol/L ； (2)标准曲线的绘制:将不同浓度的镉离子加入到小分子-量子点溶液中，测得量子点荧光强度的变化，以相对荧光强度-镉离子浓度作图绘制标准曲线； (3)量子点荧光传感器检测未知水溶液样品中镉离子:向小分子-量子点溶液中加入未知样品溶液，检测量子点荧光信号，并结合步骤(2)中的标准曲线计算未知样品中镉离子的浓度。进一步地，所述的量子点CdTe表面包覆带负电的巯基乙酸或巯基丙酸以增强量子点的稳定性。本专利技术具有以下优点: (I)本专利技术得到的检测镉离子的荧光传感器，由于量子点具有高的荧光量子产率，结合荧光检测的高灵敏度，使得检测灵敏度提高，检测限降低。(2)本专利技术得到的检测镉离子的荧光传感器，是基于配体交换原理，菲啰啉对镉离子的结合能力远远高于对量子点表面镉原子的结合能力，从而镉离子使吸附在量子点表面的菲啰啉脱附，量子点荧光恢复。检测方法是利用量子点荧光“关-开”模式，这种检测模式可以避免环境中其他分析物的干扰，提高检测的抗干扰能力。(3)本专利技术工艺简单，价格低廉，反应条件温和，易操作，重现性好，是一种很有前景的检测技术，适用于环境甚至生物体系中镉离子的痕量检测。【附图说明】图1表示在量子点溶液中加入菲啰啉后，相对荧光光谱随菲啰啉浓度的变化图。(a-?)为加入到量子点溶液中的菲啰啉浓度增加时，量子点的相对荧光光谱； 图2表示在镉离子存在下，量子点-菲啰啉探针的相对荧光光谱变化图； 图3表示相对荧光强度FziFtl与镉离子浓度线性关系曲线； 图4表示镉离子和干扰离子分别加入量子点-菲啰啉溶液后的相对荧光强度。【具体实施方式】下面结合【具体实施方式】，进一步阐述本专利技术，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1: 镉离子检测用量子点荧光传感器由量子点和菲啰啉制成，其中量子点浓度为10_7 mol/L，菲啰啉浓度为5.0 X 10_8~2.0X10_6 mol/L，量子点为CdTe，量子点的表面包覆带负电的巯基乙酸。制备上述量子点荧光传感器并对水中镉离子进行检测的步骤如下:(一)将菲啰啉加入到量子点CdTe水溶液中形成量子点-菲啰啉溶液，测得量子点荧光强度的变化。(二)将不同浓度的镉离子加入到 量子点-菲啰啉溶液中，测得量子点荧光强度变化。以相对荧光强度-镉离子浓度作图，计算得到检测镉离子的检测限和线性范围，绘制标准曲线。其中量子点浓度为10_7 11101/1，菲啰啉浓度为5.0 X 10_8~2.0X10_6 mol/L，镉离子浓度为10 11 ~8.0 X 10 7 mol/L。 本实施方式中，当不同浓度菲啰啉加入到量子点溶液中后，量子点荧光逐渐降低，如图1所不。加入镉尚子后，菲口罗啉从量子点表面分尚与镉尚子结合，量子点与菲口罗啉之间的电荷转移过程被打断，量子点荧光恢复，即相对荧光强度和F分别表示加入镉离子前后量子点的荧光强度)升高，如图2所示。且随着镉离子浓度增加，荧光恢复效果越显著，FfF0值越大。当镉离子浓度达到6.0 X 10_7 mol/L时，FfF0值增加到最大，说明菲啰啉与镉离子形成络合物的化学计量比为2:1。镉离子浓度在2.0 X 10_n~10_7 mol/L和10_7~6.0 X 10_7 mol/L两段连续范围内，量子点的相对荧光强度/^/巧与镉离子浓度呈线性关系，如图3所示。当信噪比为3时，我们得出此荧光传感器的检测限为10, mol/L,远远低于我国规定的工业废水中镉的最高排放浓度为8.9 X 10_7 mol/L(饮用水中镉含量上限为 4.4 X 10-8 mol/L)。本实施方式的两个步骤分别是:(I )菲啰啉通过配体交换过程结合在量子点的表面并使量子点荧光猝灭，猝灭机制为光致空穴转移；(II)当环境溶液中存在镉离子时，由于菲啰啉对镉离子的结合能力远远高于对镉原子的结合能力，菲啰啉从量子点表面分离与镉离子形成稳定的络合物，打断了电荷转移过程，使量子点荧光恢复。比较I和II，便可实现对环境中镉离子的定性和定量检测。实施例2: 本实施例的镉离子检测用荧光传感器由量子点和菲啰啉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镉离子检测用量子点荧光传感器，该荧光传感器由量子点、小分子制成，其特征在于，所述量子点为CdTe，所述的小分子为不带电菲啰啉。

【技术特征摘要】
1.一种镉离子检测用量子点荧光传感器，该荧光传感器由量子点、小分子制成，其特征在于，所述量子点为CdTe，所述的小分子为不带电菲啰啉。2.—种权利要求1所述镉离子检测用荧光传感器的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括如下三个步骤: (1)量子点荧光传感器的制备:将小分子菲啰啉加入到量子点CdTe水溶液中形成量子点-菲啰啉溶液，该量子点-菲啰啉溶液中量子点浓度为10_7 mol/L,菲啰啉浓度为5.0 X10_8 ?2.0X10—6 mol...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙清江，胡先运，朱靠，郭庆生，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：