氮硫掺杂碳纳米点的制备及其作为荧光探针的应用

发布时间：2017-06-04 22:09

  本文关键词：氮硫掺杂碳纳米点的制备及其作为荧光探针的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碳纳米点已经成为近年来研究的热点之一,因其良好的光学特性、较强的化学惰性、绿色的合成过程、较低的生物毒性等特点。目前,碳纳米点已经被广泛应用于光电设备、生物传感、细胞成像等各个领域。碳纳米点还具有丰富的表面官能团,可实现对物质的高选择性检测,因此碳纳米点在分析化学领域具有重要的意义。另外,以荧光探针为基础的荧光分析法因具有高灵敏度、高选择性、简便、快速等特点,被广泛应用于生物和环境分析领域。本文利用微波法合成了两种新的掺杂硫氮碳纳米点,并以其为基础分别建立了测定抗坏血酸、2,4-二硝基酚和Cr(Ⅵ)的荧光探针新方法。主要研究工作如下:利用乙二胺作碳源,氨基磺酸作表面钝化剂,一步微波法快速合成了同时掺杂氮硫的碳纳米点(N,S-CDs)。并通过利用一系列技术对N,S-CDs的形态和特性进行了探索,包括高分辨率透射电子显微镜、傅里叶红外-拉曼光谱仪、X射线光电子能谱、紫外吸收光谱和荧光光谱。此碳纳米点不仅展现出了明亮的蓝色荧光,较高的荧光量子产率(28%),而且还具有良好的稳定性和水溶性。此外,根据抗坏血酸(AA)能够还原Cu~(2+)为Cu~+,Cu~+与N,S-CDs表面巯基配位导致电子或能量转移使N,S-CDs荧光猝灭,实现了对抗坏血酸的高灵敏检测。所构建的荧光传感体系对AA的检测范围为0.057~4.0μM,检出限可低至18 nM。N,S-CDs-Cu~(2+)作为荧光探针在可能存在的干扰物(尿酸,柠檬酸)中对AA显示了很高的选择性并成功用于尿样和人血清中AA含量的检测。基于在pH=8的BR缓冲溶液中,2,4-二硝基酚(2,4-DNP)可以使上述N,S-CDs荧光猝灭,建立了一种快速、简便测量2,4-DNP的新方法。内滤作用和二者之间氢键的形成所诱导的静态猝灭是导致N,S-CDs荧光猝灭的主要原因。当2,4-DNP的含量在0.1~4.0μg/mL范围内时,2,4-DNP的加入量与N,S-CDs的荧光猝灭程度呈良好的线性关系,检出限为31 ng/mL。该方法可用于湖水、自来水和尿样中2,4-DNP的检测,回收率在98.7~101.0%之间,具有良好的应用前景。利用乙二胺作碳源,硫酸作表面钝化剂,微波法快速合成了同时掺杂硫氮的碳纳米点(S,N-CDs),并利用透射电子显微镜、X射线光电子能谱、傅里叶红外-拉曼光谱仪、紫外和荧光光谱研究了S,N-CDs的形态和光学特性。此碳纳米点在紫外光照射下发出亮蓝色荧光,荧光量子产率可达27%。在pH=7的Na_2B_4O_7-KH_2PO_4缓冲溶液中,Cr(Ⅵ)的加入可以使S,N-CDs的荧光猝灭,据此建立了一种新的快速、简便测量Cr(Ⅵ)的方法。在所研究的体系中,Cr(Ⅵ)以CrO_4~(2-)形式存在,CrO_4~(2-)中的O可以与S,N-CDs氨基中的N形成氢键引起静态猝灭。此外,图谱分析与理论计算表明,内滤作用也是导致S,N-CDs荧光猝灭的原因之一。S,N-CDs的荧光猝灭程度在Cr(Ⅵ)浓度为0.2~12μg/mL范围内呈良好的线性关系,检出限为72 ng/mL。同时,S,N-CDs具有良好的抗干扰能力。该方法可用于水样中Cr(Ⅵ)的检测,回收率在98.3~103.1%之间,展示了实际应用价值。
【关键词】：掺杂氮硫碳纳米点 荧光探针 抗坏血酸 2 4-二硝基酚 Cr(Ⅵ)
【学位授予单位】：河南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3;TQ127.11
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 碳纳米点的概述11
• 1.2 碳纳米点的特点11-12
• 1.2.1 抗光漂白性强11
• 1.2.2 激发发射可调11-12
• 1.2.3 生物毒性低12
• 1.2.4 稳定性高12
• 1.3 碳纳米点的发光机理12-14
• 1.3.1 尺寸效应12-13
• 1.3.2 表面状态13
• 1.3.3 发色团和碳核的共同作用13-14
• 1.4 碳纳米点的制备方法14-16
• 1.4.1 电弧放电法14
• 1.4.2 激光消融法14
• 1.4.3 电化学/化学氧化法14-15
• 1.4.4 微波法15
• 1.4.5 超声法15
• 1.4.6 水热法15-16
• 1.5 碳纳米点的应用16-18
• 1.5.1 荧光探针16-17
• 1.5.2 光催化17
• 1.5.3 光电设备17
• 1.5.4 生物成像和细胞成像17
• 1.5.5 癌细胞识别17-18
• 1.5.6 药物运输与临床诊断18
• 1.6 论文选题意义及研究内容18-21
• 1.6.1 论文选题意义18-19
• 1.6.2 研究内容19-21
• 第二章 微波法快速合成掺杂氮硫碳纳米点作为高灵敏度、高选择性荧光探针检测抗坏血酸21-37
• 2.1 引言21-22
• 2.2 实验部分22-24
• 2.2.1 试剂22-23
• 2.2.2 仪器23
• 2.2.3 N,S-CDs的合成23
• 2.2.4 抗坏血酸的检测23-24
• 2.3 结果讨论24-37
• 2.3.1 N,S-CDs合成条件的优化24
• 2.3.2 N,S-CDs的表征24-26
• 2.3.3 N,S-CDs的光学性质26-30
• 2.3.4 Cu~(2+)-N,S-CDs对抗坏血酸的响应30-31
• 2.3.5 最佳检测条件的优化31-32
• 2.3.6 分析性能32-33
• 2.3.7 共存物质的干扰33-34
• 2.3.8 分析应用34-37
• 第三章 氮硫掺杂碳纳米点用于痕量 2,4-二硝基酚的检测37-47
• 3.1 引言37-38
• 3.2 实验部分38
• 3.2.1 试剂与仪器38
• 3.2.2 实验方法38
• 3.3 结果与讨论38-47
• 3.3.1 荧光猝灭机理38-43
• 3.3.2 N,S-CDs-2,4-DNP体系最佳反应条件的优化43-44
• 3.3.3 N,S-CDs-2,4-DNP体系的工作曲线44
• 3.3.4 共存物质对N,S-CDs-2,4-DNP体系的影响44-45
• 3.3.5 N,S-CDs-2,4-DNP体系的分析应用45-47
• 第四章 微波法合成掺杂硫氮碳纳米点用于Cr(Ⅵ)的检测47-61
• 4.1 引言47-48
• 4.2 实验部分48-49
• 4.2.1 试剂和仪器48-49
• 4.2.2 S,N-CDs的合成49
• 4.2.3 荧光法检测Cr(Ⅵ)49
• 4.3 结果与讨论49-61
• 4.3.1 S,N-CDs合成条件的优化49-50
• 4.3.2 S,N-CDs的特性50-52
• 4.3.3 S,N-CDs的光学特性52-54
• 4.3.4 S,N-CDs对Cr（Ⅵ）的响应54
• 4.3.5 S,N-CDs对Cr(Ⅵ)的荧光响应机理54-57
• 4.3.6 体系检测条件的优化57-58
• 4.3.7 分析性能58
• 4.3.8 共存物质干扰58-59
• 4.3.9 分析应用59-61
• 第五章 结论与展望61-63
• 5.1 结论61-62
• 5.2 展望62-63
• 参考文献63-73
• 致谢73-74
• 攻读学位期间发表的学术论文目录74-75

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