一种用于检测亚砷酸盐的碳量子点及其检测亚砷酸盐的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于检测亚砷酸盐的碳量子点及其检测亚砷酸盐的方法。本发明专利技术以柠檬酸钠、尿素和巯基乙胺为模板合成氮硫掺杂的石墨型碳量子点（g‑CNSQDs），然后用二硫苏糖醇（DTT）通过水热培育对其进行表面接枝改性，得到表面含有大量巯基和胺基的石墨型荧光碳量子点（SH‑g‑CNSQDs‑NH

【技术实现步骤摘要】
一种用于检测亚砷酸盐的碳量子点及其检测亚砷酸盐的方法
本专利技术涉及一种用于检测亚砷酸盐的碳量子点及其检测亚砷酸盐的方法，属于表面化学和光学传感

技术介绍
砷是自然环境中普遍存在的一种非金属物质，其主要来自于自然资源中的地壳岩石和矿物质，以及人工资源中的有机砷农药和饲料添加剂、矿物燃料、工业废水等，而对人类危害最严重的是引用水的砷污染，砷具有致癌性。砷是环境污染问题中重点关注的物质成分之一，其在各种环境中的高灵敏性和高选择性检测技术是非常重要的。一般来说，无机砷化物较有机砷化物和零价态的砷毒性大得多，并且亚砷酸盐毒性尤其大，因此检测食物和饮用水中的亚砷酸盐是很重要的。最近几十年来，亚砷酸盐检测方法和技术不断发展，例如色谱质谱分析法、原子吸收发射光谱法等，然而这些方法存在检测成本昂贵、检测步骤复杂、检测分析时间较长和样本处理复杂等诸多缺点，使得As（III）在很多领域中的特定环境检测中不能广泛使用。碳量子点又称为碳纳米粒子，通常由碳纳米材料剥离、碎解或小分子碳源缩合、碳化形成，根据制备、钝化方式等不同，其表面可带有羧基、氨基等各种功能基团，是一类直径小于10nm的环境友好的新型碳纳米材料。除与半导体量子点具有相似的光学性能之外，还具有毒性低、生物相容性好、易于大规模合成及功能化修饰、碳源和自身性质多样性、制备成本低廉和反应条件温和等优势，在生物成像、生物标记、生物传感和有机物、金属离子、阴离子、生物大分子、气体检测及光催化降解有机污染物、光催化产氢等方面受到了广泛关注。然而，作为一种表面性质多样性和易于功能化的环境友好的碳纳米颗粒，碳纳米量子点还有很多功能有待开发。而最近被广泛关注的表面巯基修饰的碳量子点，由于其诸多优异特性如高耐光性、高物理化学稳定性、良好的水溶性、高生物兼容性、高探测选择性和灵敏性以及低廉的生产成本，使其可以成为检测亚砷酸盐的荧光探针。目前有利用表面改性的荧光碳量子点通过荧光淬灭或增强效应来检测水中的As（III），但这些量子点大都含有重金属，对低浓度（5-10ppb）As（III）水样的检测不灵敏。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能检测低浓度（5-10ppb）As（III）水样的碳量子点。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种用于检测亚砷酸盐的碳量子点（SH-g-CNSQDs-NH2），其制备方法包括以下步骤：（1）制备g-CNSQDs：将柠檬酸钠、尿素和巯基乙胺和去离子水混合，得溶液A；溶液A于160-165℃恒温30分钟以上，得到黑褐色粉末状固体即为g-CNSQDs；（2）制备SH-g-CNSQDs-NH2：将DDT和g-CNSQDs和去离子水配成溶液C；溶液C在搅拌条件下于60-70℃水热20-24小时，再透析12小时以上，收集固体即可；所述g-CNSQDs为氮硫掺杂的石墨型碳量子点；所述DDT为二硫苏糖醇。上述碳量子点，步骤（1）中，优选的，溶液A于165℃恒温30分钟。上述碳量子点，步骤（1）中，优选的，柠檬酸钠、尿素与巯基乙胺质量百分比为1:3:3-8；更优选的，柠檬酸钠、尿素与巯基乙胺质量百分比为1:3:5。上述碳量子点，步骤（2）中，优选的，水热温度为65℃。上述碳量子点，步骤（2）中，优选的，水热时间为24h。上述碳量子点，步骤（2）中，优选的，DDT与g-CNSQDs的质量比为1：2-5，更优选的，DDT与g-CNSQDs的质量比为1:4。上述碳量子点，步骤（2）中，优选的，所述g-CNSQDs相对于去离子水的用量为2-6:24。上述碳量子点，步骤（2），优选的，先将g-CNSQDs和去离子水混合，得溶液B；再将DTT加入到溶液B中，搅拌均匀得到溶液C。本专利技术所制备的碳量子点，是一种水溶性的黑褐色纳米级固体颗粒粉末，粒径为2-8nm，简称SH-g-CNSQDs-NH2。本专利技术制备的SH-g-CNSQDs-NH2，表面含有大量巯基和胺基，通过胺基、巯基与亚砷酸盐之间的相互作用（As(III)通过与石墨型碳量子点表面的胺基和巯基结合而嵌入到石墨型碳量子点中）使SH-g-CNSQDs-NH2的荧光性显著增强，从而实现低浓度（5-10ppb）亚砷酸盐的检测功能。一种采用上述碳量子点（SH-g-CNSQDs-NH2）检测亚砷酸盐的方法，将SH-g-CNSQDs-NH2用去离子水配成溶液D，然后用0.1mol/L的盐酸—氨丁三醇缓冲剂将溶液D的pH值调节至7，得到溶液E；将待测亚砷酸盐水溶液样本与溶液E混合，得到溶液F；将溶液F和溶液E用荧光分光光度计进行荧光强度对比分析；荧光分光光度计的激发波长为280nm、发射波长为350-550nm。上述检测方法，优选的，溶液E中SH-g-CNSQDs-NH2的质量含量为0.5-2%。有益效果：本专利技术所制备的荧光碳量子点不含重金属，生产成本低廉，无毒副作用，对水质样本无二次污染，操作简单，对检测As（III）具有灵敏的感应性和专一性，不需要额外借助大型检测仪器，步骤简单、易操作、检测成本低廉、灵敏度高。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明；除另有指明，实施例中的所述份数均以重量计。实施例1氮硫掺杂的石墨型碳量子点（g-CNSQDs）的制备：将1份柠檬酸钠、3份尿素和5份巯基乙胺加入到24份去离子水中，搅拌均匀后得到溶液置于反应釜中，于160℃下加热30分钟，得到黑褐色固体粉末状的g-CNSQDs。碳量子点SH-g-CNSQDs-NH2的制备:将1份DDT（二硫苏糖醇，下同）和4份g-CNSQDs加入到20份去离子水，搅拌均匀得到的溶液在边搅拌边水热（65℃）条件下培育24小时，然后透析12小时，得到SH-g-CNSQDs-NH2。水样中亚砷酸盐的检测：用0.1mol/L的盐酸—氨丁三醇缓冲剂和去离子水将SH-g-CNSQDs-NH2配制成质量分数为0.5%、pH值为7的水溶液E，取3ml用于后续检测。将待测亚砷酸盐水溶液样本（某城市地下水，亚砷酸盐含量为50ppb）用胶头滴管取1-2滴滴入溶液E，摇匀得到溶液F，将溶液E、F分别用荧光分光光度在280nm激发波长下记录发射波长为350-550nm范围下的荧光强度。结果发现，溶液F（含有亚砷酸盐）荧光强度峰值为318(a.u，紫外吸光度，下同)，溶液E（未含亚砷酸盐）荧光强度峰值为78（a.u）,对比检测结果溶液F荧光强度明显高于溶液E，亚砷酸盐检测效果明显。实施例2氮硫掺杂的石墨型碳量子点（g-CNSQDs）的制备：将1份柠檬酸钠、3份尿素和8份巯基乙胺加入到66份去离子水中，搅拌均匀后得到溶液置于反应釜中，在160℃下加热30分钟，得到黑褐色固体粉末状的g-CNSQDs。碳量子点SH-g-CNSQDs-NH2的制备:将1份DDT和5份g-CNSQDs加入到20份去离子水，搅拌均匀得到的溶液在边搅拌边水热（65℃）条件下培育24小时，然后透析12小时，得到SH-g-CNSQDs-NH2。水样中亚砷酸盐的检测：用0.1mol/L的盐酸—氨丁三醇缓冲剂和去离子水将SH-g-CNSQDs-NH2配制成质量分数为1.5%、pH值为7的水溶液E，取4ml用于后续检测。将待测亚砷酸盐水溶液样本（某城市饮用水，亚砷酸盐含量为5ppb）用胶头滴管取1-2滴滴入溶液E本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测亚砷酸盐的碳量子点，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：（1）制备g‑CNSQDs：将柠檬酸钠、尿素和巯基乙胺和去离子水混合，得溶液A；溶液A于160‑165℃恒温30分钟以上，得到黑褐色粉末状固体即为g‑CNSQDs；（2）制备SH‑g‑CNSQDs‑NH

【技术特征摘要】
1.一种用于检测亚砷酸盐的碳量子点，其特征在于，其制备方法包括以下步骤：（1）制备g-CNSQDs：将柠檬酸钠、尿素和巯基乙胺和去离子水混合，得溶液A；溶液A于160-165℃恒温30分钟以上，得到黑褐色粉末状固体即为g-CNSQDs；（2）制备SH-g-CNSQDs-NH2：将DDT和g-CNSQDs和去离子水配成溶液C；溶液C在搅拌条件下于60-70℃水热20-24小时，再透析12小时以上，收集固体即可；所述g-CNSQDs为氮硫掺杂的石墨型碳量子点；所述DDT为二硫苏糖醇。2.根据权利要求1所述碳量子点，其特征在于，步骤（1）中，溶液A于165℃恒温30分钟。3.根据权利要求1或2所述碳量子点，其特征在于，步骤（1）中，柠檬酸钠、尿素与巯基乙胺质量百分比为1:3:3-8。4.根据权利要求3所述碳量子点，其特征在于，步骤（2）中，水热温度为65℃，水热时间为24h。5.根据权利要求4所述碳量子点，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：于得海，罗通，曹超，阚吉磊，王树发，张献琨，刘温霞，王慧丽，李国栋，宋兆萍，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37