碳量子点的制备及其对金属离子的荧光检测研究

发布时间：2017-10-07 23:26

  本文关键词：碳量子点的制备及其对金属离子的荧光检测研究

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【摘要】：重金属污染与环境和人类的健康密切相关。重金属可以通过食物链或者直接接触的方式进入人体,并在体内累积,造成神经系统、消化系统、呼吸系统等病变,严重者可致死亡。随着人们健康意识和环保意识的增强,重金属检测技术的研究越来越受到重视。迄今为止,已有多种检测方法可以实现灵敏的重金属离子检测,如原子吸收光谱法、原子荧光发射法、电感耦合等离子质谱法和荧光探针法等。其中,原子吸收、原子发射和电感耦合等离子体质谱法虽然具有较高的检测灵敏度,但这些设备较为昂贵,便携性差,在重金属污染水体实时快速定性定量检测方面的应用受到限制。荧光探针法因分析速度快,操作简单,仪器比较便宜,便携性好等优点,在近几年受到研究们者的广泛关注。荧光探针主要分为有机荧光探针、荧光量子点探针(半导体量子点/元素量子点)两大类。有机荧光探针本身易发生光漂白,稳定性差;半导体量子点大多是油溶性,需要经过进一步修饰才能溶于水溶液中,毒性较大。相比之下,碳量子点水溶性、光稳定性好,合成方法便捷绿色,毒性较低,且易于化学改性,在水溶液中的重金属离子快速定性定量检测方面具有极大的研究开发价值。本文基于荧光碳量子点和表面修饰设计了两种汞离子的荧光传感器,一种铁离子的荧光传感器,并对水溶液中汞离子和铁离子的荧光检测进行了详细研究,主要内容分为以下几个部分:(1)以柠檬酸和碳酸氢铵为原料,用水热法一步制得羧基修饰的碳量子点(CQDs)。通过左旋色氨酸中氨基与碳量子点表面羧基之间的酰胺化反应,将左旋色氨酸修饰到碳量子点表面(L-CQDs)。所得的L-CQDs的粒径尺寸均一,约为5 nm,最佳激发波长为350 nm,最大发射波长为440 nm,量子产率为0.25。L-CQDs对汞离子具有单一选择性,没有汞离子存在时,L-CQDs能够发出明亮的蓝光,当往L-CQDs中逐渐增加汞离子浓度时,L-CQDs的荧光强度逐渐降低,当汞离子浓度达到10μM时L-CQDs的荧光强度几乎为零。该探针对汞离子的检测限为11 nM。(2)以葡萄糖和尿素为原料,用水热法制备氨基化碳量子点(NQDs)。制备的碳量子点最佳激发波长为360 nm,最大发射波长为450 nm,量子产率约为0.15。该碳量子点对汞离子具有单一选择性,没有汞离子存在时,NQDs能够发出明亮的蓝光,当往NQDs中逐渐增加汞离子浓度时,NQDs的荧光强度逐渐降低,且当汞离子浓度达到0.2mM时NQDs的荧光强度几乎为零。该探针对汞离子的检测限为0.175μM。(3)以壳聚糖和柠檬酸为原料,用水热法制备氨基和羧基化碳量子点(CNQDs)。制备的碳量子点最佳激发波长为360 nm,最大发射波长为450 nm,量子产率为0.11。该碳量子点对铁离子具有单一选择性,没有铁离子存在时,CNQDs能够发出明亮的蓝光,当往CNQDs中逐渐增加铁离子浓度时,CNQDs的荧光强度逐渐降低,且当铁离子浓度达到2.4 mM时CNQDs的荧光强度几乎为零。CNQDs对铁离子检测限为1.68μM。
【关键词】：荧光传感器 碳量子点 汞离子 铁离子
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 重金属的污染与危害10
• 1.2 重金属离子的检测方法10-13
• 1.2.1 原子吸收光谱法（AAS）10-11
• 1.2.2 原子荧光法（AFS）11
• 1.2.3 电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）11-12
• 1.2.4 荧光量子点法12-13
• 1.3 碳量子点的研究进展13-20
• 1.3.1 碳量子点的性质14-16
• 1.3.1.1 紫外吸收14
• 1.3.1.2 荧光发射14-15
• 1.3.1.3 上转荧光换性质15-16
• 1.3.2 碳量子点的制备方法16-18
• 1.3.3 碳量子点的应用18-20
• 1.3.3.1 化学传感18-19
• 1.3.3.2 生物检测19
• 1.3.3.3 生物成像19-20
• 1.4 本文研究意义和主要内容20-22
• 第2章 实验原料及仪器22-25
• 2.1 实验主要原材料和仪器22-23
• 2.2 表征方法23-25
• 2.2.1 紫外-可见吸收光谱分析23
• 2.2.2 光致发光分析23-24
• 2.2.3 结构表征24
• 2.2.4 表面结构分析24-25
• 第3章 左旋色氨酸修饰的碳量子点对汞离子的荧光检测25-40
• 3.1 实验部分25-28
• 3.1.1 羧基化碳量子点（CQDs）的制备25
• 3.1.2 左旋色氨酸的修饰25-26
• 3.1.3 量子产率的测定26-27
• 3.1.4 L-CQDs对金属离子的选择性测试27
• 3.1.5 L-CQDs对汞离子的检测27-28
• 3.2 结果与讨论28-39
• 3.2.1 紫外吸收、荧光发射和表面形貌分析28-30
• 3.2.2 量子产率30-33
• 3.2.3 FT-IR表征33-34
• 3.2.4 pH对L-CQDs的荧光发射强度的影响34-35
• 3.2.5 L-CQDs对Hg~(2+)的荧光检测性能35-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第4章 氨基和羟基共修饰的碳量子点对汞离子的检测40-51
• 4.1 实验部分40-42
• 4.1.1 碳量子点的制备40
• 4.1.2 量子产率的测定40-41
• 4.1.3 NQDs对金属离子的选择性测试41
• 4.1.4 NQDs对汞离子的检测41-42
• 4.2 结果与讨论42-50
• 4.2.1 荧光发射42
• 4.2.2 量子产率42-45
• 4.2.3 FT-IR表征45
• 4.2.4 p H对碳量子点光学性能的影响45-46
• 4.2.5 碳量子点对Hg~(2+)的荧光检测性能46-50
• 4.3 本章小结50-51
• 第5章 氨基和羧基共修饰的碳量子点对铁离子的检测研究51-60
• 5.1 实验部分51-52
• 5.1.1 氨基和羧基共修饰碳量子点（CNQDs）的制备51
• 5.1.2 量子产率的测定51
• 5.1.3 CNQDs对金属离子的选择性测试51-52
• 5.1.4 对Fe~(3+)的检测52
• 5.2 结果与讨论52-59
• 5.2.1 荧光发射52-53
• 5.2.2 CNQDs的量子产率53-54
• 5.2.3 FT-IR表征54
• 5.2.4 pH对CNQDs荧光的影响54-55
• 5.2.5 CNQDs对铁离子的荧光检测性能55-59
• 5.3 本章小结59-60
• 第6章 结论60-62
• 参考文献62-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士学位期间的研究成果69

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本文编号：990703