[发明专利]一种巯基修饰的青色荧光碳量子点及其快速检测水中砷离子的应用

说明书

本发明公开了一种巯基修饰的青色荧光碳量子点及其快速检测砷离子的应用，该量子点是以酒石酸与半胱氨酸为原料，经水热反应合成的尺寸介于4～10nm的棕色固体粉末。该量子点最大激发波长为320nm，最大发射波长为405nm，具有良好的水溶性、光稳定性及生物兼容性。本发明量子点在PBS缓冲溶液体系条件下，利用荧光强度变化，可实现对金属砷离子的快速检测，具有操作简单、灵敏度高、特异性好、检出限低、稳定性高、响应快、重复性好等优点，其中砷离子的检出限为0.03ppb。该量子点制备方法简单，操作重复性高，成本较低，可投入工业化生产，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料制备和化学分析检测技术领域，具体涉及一种巯基修饰的青色荧光碳量子点及其快速检测水中砷离子的应用。

背景技术

砷在自然界以As^3-、As⁰、As³⁺和As⁵⁺四种形态存在，是常见的污染物之一。其中，As(III)的危害最大。砷的毒性可以诱导肿瘤细胞的增殖，长时间暴露在无机砷中，将造成人体相应部位产生癌变。砷还能够穿透胎盘粘膜进入未出生婴儿代谢系统，导致畸形；另外，砷还可以引发缺血性心脏病与心血管疾病。科研工作者对As(III)的一些化学性质进行了研究。研究发现As(III)容易与生物体中的酶蛋白的巯基-SH配位结合，产生抑制酶促反应的作用。由于以上危害，世界卫生组织(WHO)规定，水中As(III)离子浓度不能超过10ppb。目前，检测As(III)的方法有原子吸收光谱法(AAS)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)、原子荧光光谱(AFS)等，这些检测方法需要借助大型设备，仪器造价昂贵，需要专人维护，检测成本较高，且样品预处理复杂，工作效率较低。因此，发展一种快速、灵敏且成本低廉的As(III)检测手段非常必要。

发明内容

本发明的目的是在于针对目前技术存有的不足，提供一种能够快速检测水中砷离子的巯基修饰的青色荧光碳量子点。利用巯基修饰的碳量子点可与砷离子形成配位化合物导致荧光增强，从而达到检测砷离子的目的。

为实现上述目的，本发明巯基修饰的青色荧光碳量子点是以酒石酸与半胱氨酸为原料，经水热反应合成的尺寸介于4～10nm的棕色固体粉末；该量子点的最大激发波长为320nm、最大发射波长为405nm。

本发明巯基修饰的青色荧光碳量子点的制备方法为：将酒石酸水溶液和半胱氨酸水溶液混合均匀，所得混合液加入到水热反应釜中，在密闭条件下200～220℃反应10～12小时；反应完后冷却至室温，取出反应后的产物，透析，冷冻干燥，得到的巯基修饰的青色荧光碳量子点。

上述制备方法中，所述半胱氨酸水溶液的浓度为0.2～0.3g/mL，所述酒石酸水溶液的浓度为0.05～0.2g/mL。

上述制备方法中，优选所得混合液中酒石酸与半胱氨酸的质量比为1:2～5。

本发明巯基修饰的青色荧光碳量子点在快速检测水中砷离子的应用，具体方法如下：

1、将巯基修饰的青色荧光碳量子点分散于PBS缓冲溶液中，静置1～2分钟，采用荧光分光光度计检测所得分散液的荧光强度，记为F₀；然后加入不同已知浓度的As³⁺离子标准溶液，静置1～2分钟，再次检测所得溶液的荧光强度，记为F₁；建立荧光强度变化F₁-F₀/F₀与As³⁺离子浓度C之间的线性关系，得到关于As³⁺离子浓度的标准曲线及方程。

2、按照步骤1的方法，将巯基修饰的青色荧光碳量子点分散于上述PBS缓冲溶液中，然后加入含As³⁺离子的待测样品溶液，静置1～2分钟，检测所得溶液的荧光强度，根据步骤1确定的标准方程即可确定待测样品溶液中As³⁺离子的浓度。