可调谐发光碳点的制备及其在抗生素,环境污染物检测中的应用

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chengyao54321
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碳点(CDs)因具有优越的光学性质,较好的水溶性、稳定性、抗光漂白性、低毒性、原料易得、生物相容性等优点,因此被广泛应用于食品环境检测、化学分析、催化剂制备、能源开发等领域,具有较好的应用前景。在食品环境监测领域中,目前对有毒有害物质检测仪器主要包括高效液相色谱-质谱联用仪,电化学仪,荧光或紫外紫外可见分光光度计等。其中荧光分析法因仪器操作简单、成本低、灵敏度高等优点,被广泛应用于分析检测。CDs是一种发光效率高的荧光探针,因原料不同,合成的CDs表面所含官能团的差异化及自身粒径结构影响,对抗生素,环境污染物和pH具有特异性荧光响应,利用该特点可构建荧光传感平台实现抗生素、重金属及环境水中pH的实时监测。本文在科研工作者已开展工作的基础上,参考大量相关文献后,采用含有不同官能团位点的有机小分子作为碳源,通过掺杂N元素或改变溶液酸碱性等方法合成具有可调谐发射波长的荧光CDs,用于食品或环境中有毒有害物质的检测。具体内容如下:(1)绿色荧光CDs的制备及应用于裸眼识别和检测三种四环素以邻苯二甲酸和乙二胺为原料,采用一步水热处理成功合成了绿色荧光CDs(G-CDs)。该G-CDs具有较高的荧光量子产率,高达39.22%,展示出优良的光学性能、水溶性和稳定性。该G-CDs可以裸眼识别并定量检测四环素(TC),土霉素(OTC),金霉素(CTC)。TC由于内滤效应而猝灭了G-CDs在500 nm处的荧光,而当检测体系加入OTC时,G-CDs在500 nm的发射峰红移到515nm。相反,将CTC引入G-CDs溶液反应一段时间后,G-CDs的荧光被增强,并且发射峰蓝移至450 nm。带隙跃迁和静电相互作用是G-CDs分别检测OTC和CTC的反应机理。据此建立了TC,OTC和CTC的定量荧光分析法,该方法的宽线性范围,检出限分别为50 nM,36 nM和373 nM。此外,该体系构建的荧光探针已用于复杂样品中四环素的检测且得到令人满意的回收率(93.2-114%),同时将G-CDs设计为便携式试纸条传感器,用于对蜂蜜样品中四环素含量的实时现场检测。该体系的纳米荧光探针的制备过程简单,环境友好,并且该探针具有对四环素的特异性识别能力。该G-CDs为快速,有效和视觉实时检测实际复杂样品中的四环素提供了新的方向。(2)蓝色发光CDs的制备及应用于Cr(Ⅵ)和对硝基苯酚的传感在这项工作中,蓝色发光CDs(B-CDs)被用作发光传感平台,用于定量检测Cr(Ⅵ)和对硝基苯酚(p-NP)。以间苯二甲酸和乙二胺为反应前驱体,通过水热法合成了发射强蓝色荧光的B-CDs,荧光量子产率为17.9%。因B-CDs的激发光谱与Cr(Ⅵ)和p-NP的吸收光谱有较好的重合度,由内滤效应(IFE)引起了B-CDs的荧光猝灭。所制备的B-CDs的表面因含有丰富的氨基,可充当H+受体,当加入p-NP后,由于B-CDs与p-NP之间的静电相互作用,因此使对硝基苯酚变成对硝基苯酚离子,溶液会从无色变成黄色,实现了对硝基苯酚比色法检测。B-CDs不仅在0.2-80μM的浓度范围内与Cr(Ⅵ)具有良好的线性响应,检测限为89 nM;而且在0.2-140μM的宽线性范围内与对硝基苯酚也有较好的荧光响应,检测限为74 nM。此外,合成的B-CDs已用于自来水,湖水和牛奶样品中Cr(Ⅵ)和p-NP的定量监测且回收率在93.2%-102%之间。该体系构建的分析方法为实现低成本,快捷,方便检测工业排放中的有害物质提供了新的研究思路。(3)基于红色发射荧光CDs用于比色和荧光通道检测pH采用一步水热法合成了红色发射荧光CDs(R-CDs),该荧光探针是通过水热法热解邻苯二胺和浓盐酸而得。经优化温度、时间、盐酸浓度等条件后制备的R-CDs发射红色荧光,在400 nm-600 nm范围内有较强的特征吸收峰,其荧光量子产率为25.4%。该R-CDs具有抗光漂白性及耐盐性强,且水溶性较好等优点。R-CDs对pH具有较高的荧光响应,在荧光模式下对pH的响应线性范围为3-10;而在紫外模式下对pH的响应线性范围为2-11。该R-CDs对pH的特异性响应是源于R-CDs的聚集态和分散态之间的变化或表面质子化程度来切换调控的。该R-CDs已经成功应用于水质pH的监测,以上研究表明制备的R-CDs为环境水源监测或生物医学成像上的应用提供了巨大的潜力。
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