碳量子点的制备及其在检测汞离子和葡萄糖中的应用研究

发布时间：2020-06-11 22:57

【摘要】：光学探针是现代分析化学重要的支撑技术,具有选择性好、特异性强、快速分析、操作简便、以及灵敏度高等优点。纳米材料具有分子量小、粒径小以、表面积大、毒性低等特性,因而呈现独特的物理、化学和光学性质,如比表面积大、活性高;生物相容性好、低毒;不宜漂白、光稳定强等,展现出常规材料所不具备的卓越性能。纳米材料的引入可以作为光学信号传导单元,进而应用于光学检测方法的设计,为荧光探针的构建提供了更灵敏的平台。本论文利用碳量子点(CQDs)的荧光性质,结合金属离子——铜离子(Cu~(2+))的催化活性、荧光共振能量转移(FRET)原理、铜镜反应,发展了一系列简单、灵敏以及快速的纳米光学传感新方法用于金属离子和葡萄糖的检测。论文初步讨论了纳米材料与这些目标分析物之间的作用机理,并探索了这些探针在实际样品中的应用。具体内容如下:(1)以富含半胱氨酸的中国草鱼鱼鳞为原材料,利用微波水热法制备碳量子点,由于硫亲汞这一性质,硫原子对汞离子有更高的亲和性和更快的结合过程,因此,制备得到的CGCS-CQDs可以对汞离子进行特异性检测。随后,我们对CGCS-CQDs进行了HR-TEM,XRD,FT-IR和XPS表征。CGCS-CQDs的光学性质通过紫外图谱和荧光图谱进行了描述。另外,通过荧光图谱,pH和盐离子浓度对CGCS-CQDs光学性质的影响也进行了研究。在优化条件下,CGCS-CQDs的荧光强度的猝灭与汞离子的浓度在0-30μmol/L范围内有很好的线性关系,计算得到的Hg~(2+)最低检测限为0.1403μmol/L。同时,其它与汞离子可能共存的金属离子对CGCS-CQDs的荧光强度的影响也进行了研究。结果显示出CGCS-CQDs对汞离子的检测有很强的选择特异性。最后,CGCS-CQDs被应用于湖水,化妆品中汞离子的检测,显示出它作为荧光探针对Hg~(2+)的检测应用的潜质。(2)一个基于N,O-CQDs和Cu~(2+)形成的N,O-CQDs/Cu~(2+)复合纳米材料被提出,作为一种新型荧光探针用来检测葡萄糖。制备得到的N,O-CQDs,进行了HR-TEM,XRD,FT-IR和XPS表征。随后,N,O-CQDs的光学性质通过紫外图谱和荧光图谱进行了阐述。该方法主要包含三个步骤,N,O-CQDs的荧光被Cu~(2+)猝灭;葡萄糖与Cu~(2+)发生氧化还原反应,葡萄糖被氧化为葡萄糖酸,Cu~(2+)被还原成过氧化铜;铜离子脱离N,O-CQDs的表面从而使N,O-CQDs的荧光恢复。在N,O-CQDs/Cu~(2+)荧光探针体系,表面能量从N,O-CQDs(能量供体)转移到Cu~(2+)(能量受体),使N,O-CQDs荧光猝灭。铜离子催化氧化葡萄糖发生铜镜反应,使Cu~(2+)被还原为Cu_2O,因此Cu~(2+)从N,O-CQDs表面脱离并恢复了N,O-CQDs的荧光强度。因此,N,O-CQDs的荧光强度根据铜离子和葡萄糖的浓度变化而变化,在优化条件下,葡萄的最低检测限可达到0.455μM。尤其值得注意的是,N,O-CQDs/Cu~(2+)作为一种非酶检测葡萄糖的方法,可检测较低浓度的葡萄糖。该复合纳米材料具有简单易制备,灵敏度高,成本低等优点。
【图文】：

纳米尺度

纳米尺度概念的直观图

示意图,金属纳米粒子,表面等离子体共振,球形

球形金属纳米粒子的表面等离子体共振示意图
【学位授予单位】：辽宁大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.3

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