基于碳量子點(diǎn)熒光淬滅檢測(cè)生蠔中銅離子的含量

基于碳量子點(diǎn)熒光淬滅檢測(cè)生蠔中銅離子的含量【摘要】目的：建立一種基于碳量子點(diǎn)熒光淬滅檢測(cè)銅離子的方法。方法：采用一鍋合成法合成醛基碳量子點(diǎn)，研究銅離子淬滅醛基碳量子點(diǎn)的淬滅效率，并分別對(duì)反應(yīng)時(shí)間、溫度、pH值進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果：銅離子可以顯著淬滅醛基碳量子點(diǎn)熒光并在0-400μM呈現(xiàn)良好線性關(guān)系,最低檢測(cè)限達(dá)0.29μM,回收率為：88.9%-113.4%。結(jié)論：本法具有靈敏度高、選擇性強(qiáng)，應(yīng)用于生蠔的銅離子濃度檢測(cè)取得了較好的結(jié)果。【關(guān)鍵詞】碳量子點(diǎn);熒光淬滅;銅離子AcarbonquantumdotsbasedfluorescencequenchingmethodtodeterminethecontentofcopperioninFreshOyster【Abstract】Purpose:Establishmentofacarbonquantumdots(CQDs)basedfluorescencequenchingmethodtodetectcopperion.Method:Onepotsynthesismethodwasusedtosynthesizealdehydiccarbonquantumdotstoexplorethequenchingabilityofcopperiontothefluorescenceemittedbyaldehydiccarbonquantumdots.Andthereactiontime,temperatureandpHvalueonthequenchingprocesshavealsobeenoptimizedinthisstudy.Results:Copperiondemonstratedasignificantquenchingeffectwithagoodlinearrelationshipbetweenfluorescencequenchingefficiencyandtheconcentrationofthecopperionrangingfrom0-400μM.Thelowestdetectionlimitis0.29μM.Thequantitativerecoveryisbetween88.9%and113.4%Conclusion:Themethoddevelopedinthisstudyissensitiveandselectivetodetectthecopperion.Agoodresultwasobtainedwhenitwasusedtodeterminethecontentofthecopperionoffreshoyster.【Keywords】carbonquantumdots,fluorescencequenching,copperion目錄基于碳量子點(diǎn)熒光淬滅檢測(cè)生蠔中銅離子的含量 1誠(chéng)信聲明 2基于碳量子點(diǎn)熒光淬滅檢測(cè)生蠔中銅離子的含量 31前言 51.1銅離子檢測(cè)的意義 51.2分析檢測(cè)銅離子的方法 51.2.1電感耦合等離子體發(fā)射光譜法與電感耦合等離子體質(zhì)譜法 51.2.2原子吸收光譜法 61.2.3熒光光譜法 61.3碳量子點(diǎn)的性質(zhì) 61.3.1碳量子點(diǎn)簡(jiǎn)介 61.3.2碳量子點(diǎn)的熒光特性 81.4碳量子點(diǎn)熒光探針 92實(shí)驗(yàn)部分 102.1儀器與試劑 102.2實(shí)驗(yàn)方法 112.2.1醛基碳量子點(diǎn)制備 112.2.2銅離子的檢測(cè) 123結(jié)果與討論 123.1碳量子點(diǎn)材料表征 123.2碳量子點(diǎn)熒光光譜 143.3碳量子點(diǎn)在不同濃度銅離子情況下的熒光光譜圖 143.4實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化 153.5選擇性考察 193.6抗干擾性考察 193.7線性考察 203.8樣品測(cè)定及回收率 214結(jié)論 22參考文獻(xiàn) 23致謝 261前言1.1銅離子檢測(cè)的意義銅(Cu)是人類必須的微量元素之一，在許多生命活動(dòng)過程中具有非常重要的作用，如血紅蛋白水平的調(diào)節(jié)、神經(jīng)元功能、線粒體呼吸和細(xì)胞代謝等[1]，銅離子的缺乏會(huì)帶來一系列健康問題如腦細(xì)胞中的色素氧化酶減少、活力下降，進(jìn)而導(dǎo)致記憶衰退、思維紊亂等。但是銅作為一種重金屬離子如果攝入過量也會(huì)對(duì)人體造成極大的危害，急性銅離子中毒會(huì)引起胃腸道中毒癥狀，慢性銅離子中毒會(huì)導(dǎo)致肝、腎和神經(jīng)系統(tǒng)受損，溶血、血紅蛋白降低，血清乳酸脫氫酶升高以及腦組織病變[2]，因此，對(duì)食品中的銅離子含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，而要實(shí)現(xiàn)對(duì)食品銅離子含量的檢測(cè)最基本的要求是要有檢測(cè)銅離子含量的技術(shù)手段，尤其是快速、低成本的檢測(cè)食品中銅離子濃度對(duì)于食品監(jiān)督非常有價(jià)值。1.2分析檢測(cè)銅離子的方法目前銅離子檢測(cè)主要方法包括電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法、原子吸收光譜法以及熒光光譜法等。1.2.1電感耦合等離子體發(fā)射光譜法與電感耦合等離子體質(zhì)譜法電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ＩＣＰ－ＡＥＳ）是以電感耦合等離子體炬（ＩＣＰ）為激發(fā)光源的光譜分析法，可同時(shí)測(cè)定包括銅在內(nèi)的多種元素[3]。電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ＩＣＰ－ＭＳ）是以ＩＣＰ為電離源，電離產(chǎn)生的離子通過接口裝置進(jìn)入質(zhì)譜儀，再對(duì)元素進(jìn)行測(cè)定，可對(duì)μｇ·Ｌ－１級(jí)或以下的元素含量進(jìn)行測(cè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)包括銅在內(nèi)的多種元素的同時(shí)測(cè)定。[3]MojtabaShamsipur等[4]采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對(duì)預(yù)富集水樣中的銅離子進(jìn)行定量，檢出限為0.078ng/mL。吳學(xué)倩等[5]采用微波消解提取啤酒用糖漿中的銅離子，隨后用電感等離子體質(zhì)譜法對(duì)銅離子進(jìn)行檢測(cè)，精密度可達(dá)0.40%-2.78%。此方法缺點(diǎn)是成本高，一般的實(shí)驗(yàn)室難以采用。1.2.2原子吸收光譜法原子吸收光譜法（AAS）是利用原子的中外層電子不穩(wěn)定，可以吸收一定波長(zhǎng)的光輻射，使電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)的現(xiàn)象而建立的一種元素分析方法[6]。GuoqiangXiang等人[7]采用火焰原子發(fā)射光譜法FAAS對(duì)大豆殼樣品中痕量的Cu2+進(jìn)行測(cè)定。該方法對(duì)Cu2+的檢出限為0.8ngmL-1。于剛[8]等用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定解聚糖膜樣品中銅離子的含量，檢測(cè)限為0.096mg/g。此方法的缺點(diǎn)是操作繁瑣，前處理麻煩，導(dǎo)致應(yīng)用受到了限制。1.2.3熒光光譜法熒光光譜法是指利用原子外層電子吸收光子后,由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài),再回到較低能級(jí)或者基態(tài)時(shí),會(huì)發(fā)射出一定波長(zhǎng)熒光的現(xiàn)象而建立的一種分析方法[9]。王鵬[10]報(bào)道采用新型羅丹明B-色氨酸熒光探針對(duì)銅離子進(jìn)行檢測(cè)，線性范圍為:0～1.2μM范圍呈現(xiàn)良好線性關(guān)系，最低檢測(cè)限為128nM。梁國(guó)熙等[11]利用合成的紅色熒光碳量子點(diǎn)對(duì)銅離子進(jìn)行定量檢測(cè)，他們的研究證實(shí)該銅離子在濃度范圍0.01~150μM區(qū)間對(duì)該紅色碳量子點(diǎn)有明顯的熒光強(qiáng)度淬滅響應(yīng)，檢測(cè)限為3.4nM。相較于前述兩種方法，熒光光譜法具有靈敏度高、選擇性強(qiáng)、樣品量少，操作方便且環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，正因?yàn)闊晒夤庾V法有這些優(yōu)點(diǎn)，因此，本項(xiàng)目也將采用熒光光譜法進(jìn)行檢測(cè)。本項(xiàng)目所使用的熒光光譜法是以碳量子點(diǎn)作為熒光探針來進(jìn)行檢測(cè)的。1.3碳量子點(diǎn)的性質(zhì)1.3.1碳量子點(diǎn)簡(jiǎn)介量子點(diǎn)（QuantumDots,QDs）作為一種全新概念的納米級(jí)半導(dǎo)體發(fā)光粒子，最早是由俄羅斯固體物理學(xué)家AlexeyI.Ekimov發(fā)現(xiàn)的[12]，量子點(diǎn)材料三個(gè)維度尺寸均在納米數(shù)量級(jí)，由Ⅱ～Ⅳ族或Ⅲ～Ⅴ族元素組成，一般含有數(shù)百到數(shù)萬(wàn)個(gè)原子組成的原子簇，粒徑約為１～１００ｎｍ，小于或接近激子玻爾半徑[113]，QDs根據(jù)其核心種類，可分為以下3種類型:基于鎘(Cd)的金屬Q(mào)Ds、無(wú)鎘的金屬Q(mào)Ds和無(wú)金屬的QDs[14-15]，傳統(tǒng)的以鎘為核心的QDs包括碲化鎘（CdTe）、硒化鎘(CdSe）、硫化鎘（CdS）等；無(wú)鎘金屬Q(mào)Ds主要有：硒化銀（Ag2Se）QDs、磷化銦(InP)QDs和氧化鋅（ZnO）QDs；無(wú)金屬Q(mào)Ds材料的發(fā)展。無(wú)鎘金屬Q(mào)Ds主要有：硒化銀（Ag2Se）QDs、磷化銦（InP）QDs和氧化鋅（ZnO）ＱDs,無(wú)金屬的QDs主要有：基于硅的QDs和基于碳的QDs[16]。金屬量子點(diǎn)由于存在制備條件比較苛刻、試劑成本高、毒性較大等缺點(diǎn)，使人們對(duì)無(wú)金屬Q(mào)D的研究產(chǎn)生了濃厚的興趣，其中，碳量子點(diǎn)（CarbonQuantumDots,CQDs）由于其具有低毒、水溶性好、易于功能化和光穩(wěn)定性等優(yōu)異性能，是碳納米家族中的一顆閃亮的明星。碳量子點(diǎn)的研究最早可追溯至2004年XuXY等[17]的研究工作，隨后，孫亞平等[18]在2006年也獲得了這種熒光碳納米顆粒，2007年，LiuH等[19]制備出具有不同發(fā)光特性的碳量子點(diǎn)。同年，又有文獻(xiàn)報(bào)道制備出發(fā)藍(lán)光的碳量子點(diǎn)（CarbonQuantumDots，CQDs）[20]。此后，多種碳量子點(diǎn)制備技術(shù)和方法如：電化學(xué)氧化石墨法，碳纖維法，石墨烯和碳黑制備法等被先后開發(fā)出來，現(xiàn)在，碳量子點(diǎn)一般泛指一類粒徑小于10nm，具有熒光性質(zhì)，以碳為主體的、富含表面基團(tuán)的碳納米顆粒。根據(jù)碳量子內(nèi)核的不同可將碳量子點(diǎn)分為石墨烯量子點(diǎn)（graphenequantumdots,GQD）和無(wú)定形碳量子點(diǎn)（amorphousquantumdots,AQD）[21]。石墨烯量子點(diǎn)由小于十層石墨烯晶格組成，具有比石墨烯更大的比表面積更多的表面活性中心和更易接近的邊緣，由于量子限制和邊緣效應(yīng)，GQD具有高速電子傳輸和優(yōu)異的導(dǎo)電性，因此在電化學(xué)方面的應(yīng)用廣泛，一般是以石墨或石墨烯作為前驅(qū)體合成[22]。無(wú)定形碳量子點(diǎn)的核心是準(zhǔn)球形碳納米顆粒，由不同比例的石墨和渦輪層狀碳組成，尺寸范圍在2～10nm之間。AQD通常具有非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，是由sp3與sp2雜化的混合結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成，合成原料來源廣泛。作為一種新型的熒光材料，碳量子點(diǎn)具有毒性小、生物相容性好、具有寬而連續(xù)的激發(fā)光譜、發(fā)光波長(zhǎng)可調(diào)、熒光性能穩(wěn)定，并且可以通過化學(xué)修飾的手段實(shí)現(xiàn)功能化等突出優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注，與有機(jī)染料相比，碳量子點(diǎn)的粒徑和分子量更小，因而被廣泛應(yīng)用于像熒光光譜檢測(cè)，藥物遞送，細(xì)胞成像等諸多領(lǐng)域[23]，近年來，碳量子點(diǎn)熒光材料在這些領(lǐng)域的研究報(bào)道也日漸增多，為這些領(lǐng)域帶來了很多新的研究機(jī)遇和研究方向，促進(jìn)了這些領(lǐng)域的發(fā)展。1.3.2碳量子點(diǎn)的熒光特性與傳統(tǒng)的發(fā)光納米粒子相比，碳量子點(diǎn)具有很多優(yōu)越的性能，碳量子點(diǎn)毒性低、生物相容性好同時(shí)具有寬而連續(xù)的激發(fā)光譜、發(fā)光波長(zhǎng)可調(diào)、熒光性能穩(wěn)定，并且可以通過化學(xué)修飾的手段實(shí)現(xiàn)功能化等突出優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)上，碳量子點(diǎn)通常被認(rèn)為是由碳核和表面有機(jī)基團(tuán)構(gòu)成，碳核一般由SP2雜化碳形成的無(wú)定形或晶體碳結(jié)構(gòu)，又或者是兩者的混合結(jié)構(gòu)。其表面含有許多含氧官能團(tuán)（羥基、羧基等），因此，碳量子點(diǎn)一般具有很好的水溶性，碳量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特征決定了碳量子點(diǎn)具有優(yōu)異的光學(xué)特性，如光學(xué)吸收、光致發(fā)光、化學(xué)致發(fā)光和電化學(xué)致發(fā)光，這些光學(xué)性能使得碳量子點(diǎn)能廣泛應(yīng)用于許多不同的領(lǐng)域。碳量子點(diǎn)比較明顯的一個(gè)光譜特征是在紫外光區(qū)有較強(qiáng)的吸收峰[24]，并且延伸到可見光區(qū)。其紫外吸收峰大多集中在260～320nm，通常表現(xiàn)出熒光最大發(fā)射波長(zhǎng)、激發(fā)波長(zhǎng)依賴性等光學(xué)特征。有些光譜中還出現(xiàn)了吸收肩，可能的原因是碳量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的C=C鍵的π→π*躍遷和C=O鍵的n→π*躍遷[24]。碳量子點(diǎn)另一個(gè)光譜特征是它具有光致發(fā)光的特性，一般而言，具有良好水溶性的碳量子點(diǎn)在光照下，其自身會(huì)發(fā)出明亮的熒光，而且，它的光學(xué)穩(wěn)定性很好[24]。傳統(tǒng)的量子點(diǎn)熒光特征是尺寸相關(guān)的光學(xué)吸收和熒光發(fā)射。目前，碳量子點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)中關(guān)于熒光產(chǎn)生機(jī)理仍不清晰存在一些爭(zhēng)議，近年來的一些研究表明碳量子點(diǎn)尺寸、結(jié)構(gòu)和表面修飾等是影響碳量子點(diǎn)熒光特性的主要因素，而在一定尺寸和特定的合成條件下，影響碳量子點(diǎn)性能的關(guān)鍵因素是其表面基團(tuán)，一般來說，量子點(diǎn)表面進(jìn)行鈍化修飾可以增加碳量子點(diǎn)熒光量子產(chǎn)率。1.4碳量子點(diǎn)熒光探針近年來，碳量子點(diǎn)作為新型的熒光納米材料被認(rèn)為是最有前途的熒光納米材料之一，已經(jīng)被廣泛報(bào)道應(yīng)用于金屬離子檢測(cè)，現(xiàn)有的基于熒光碳量子點(diǎn)熒光探針檢測(cè)金屬離子的方法大致可以分為兩類，一類是利用金屬離子對(duì)某些碳量子點(diǎn)熒光材料具有熒光增強(qiáng)的效果，并且這種效果是有一定的金屬離子濃度依賴性，例如：2017年，柴芳團(tuán)隊(duì)[25]報(bào)道了一種生物相容性熒光氮摻雜碳量子點(diǎn)熒光探針用于檢測(cè)Hg2+離子，其對(duì)Hg2+離子的檢測(cè)具有良好的靈敏性和選擇性，檢測(cè)限為4.8nnmol/L。另一類方法是利用金屬離子可以濃度依賴性的淬滅某些碳量子點(diǎn)材料所激發(fā)的熒光。熒光淬滅通常可以分為靜態(tài)淬滅和動(dòng)態(tài)淬滅，靜態(tài)淬滅過程中，碳量子點(diǎn)和目標(biāo)分析物結(jié)合形成非熒光基態(tài)納米復(fù)合物[26-28］，被激發(fā)的納米復(fù)合物可以返回基態(tài)而無(wú)需發(fā)射光子，靜態(tài)淬滅機(jī)理可能與以下幾種條件相關(guān)：（１）碳量子點(diǎn)的壽命變化；（２）基態(tài)納米絡(luò)合物的形成；（３）溫度的升高降低了基態(tài)納米絡(luò)合物的穩(wěn)定性，從而減少了靜態(tài)淬火[29]。而動(dòng)態(tài)淬滅可以解釋為激發(fā)態(tài)的碳量子點(diǎn)與分析物碰撞后回到基態(tài)，導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)移。由于動(dòng)態(tài)淬滅只發(fā)生在激發(fā)態(tài)，所以吸收光譜沒有變化。這個(gè)過程也會(huì)影響碳量子點(diǎn)的熒光壽命[30-32]。例如Omer等[33]采用水熱合成法制備了磷、氮摻雜的碳量子點(diǎn)熒光探針，并發(fā)現(xiàn)Fe3+可使熒光猝滅，線性濃度響應(yīng)范圍為Fe3+在0.1～0.9M，檢測(cè)限為50nM。，這些探索研究表明基于碳量子點(diǎn)熒光探針檢測(cè)金屬離子具有潛在的可行性。然而，如何開發(fā)高選擇性、特異性、線性范圍寬且檢測(cè)速度快的基于碳量子點(diǎn)淬滅技術(shù)的金屬離子檢測(cè)方法仍需要更多的研究與探索。在本文所研究的Cu2+檢測(cè)領(lǐng)域也有相關(guān)的碳量子點(diǎn)熒光探針的研究報(bào)道，例如：Murugan等[34]報(bào)道了Cu2+對(duì)碳量子點(diǎn)的熒光淬滅率與Cu2+濃度在0～100μM范圍內(nèi)呈線性相關(guān)，檢測(cè)限達(dá)10nm，同時(shí)，進(jìn)一步的機(jī)理研究證明Cu2+對(duì)該碳量子點(diǎn)熒光材料的淬滅屬于靜態(tài)熒光淬滅，又如：鐘世龍等[35]報(bào)道了以N-氨乙基-3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和無(wú)水檸檬酸為原料，合成了對(duì)Cu2+具有選擇性熒光響應(yīng)的碳量子點(diǎn)熒光探針，然后基于此碳量子點(diǎn)熒光探針制備了吸附型納米熒光探針CD-MSN，Cu2+線性檢測(cè)范圍為在0～10.0μmol/L，檢測(cè)靈敏度為0.22μmol/L。盡管這些報(bào)道的方法在一定程度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)Cu2+的檢測(cè)，但其也存在線性范圍較窄，選擇性較差及穩(wěn)定性不足等問題，迫切需要開發(fā)出新型的選擇性強(qiáng)的碳量子點(diǎn)熒光探針用于銅離子的分析檢測(cè)。2實(shí)驗(yàn)部分2.1儀器與試劑主要儀器儀器名稱型號(hào)生產(chǎn)產(chǎn)家超聲波清洗器KQ-500M東莞市科橋超聲波設(shè)備有限公司電熱鼓風(fēng)干燥箱GZX-9240MBE上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠冷凍干燥機(jī)LGJ-10C北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司熒光分光光度計(jì)LF-1804005賽默飛世爾科技公司pH計(jì)PB-10賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司磁力攪拌器ZD267北京京偉欣業(yè)電子天平JA2003上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司手動(dòng)移液器Toppette大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器（北京）有限公司臺(tái)式離心機(jī)LD4-2A北京金立離心機(jī)有限公司主要試劑試劑名稱純度生產(chǎn)產(chǎn)家戊二醛50%上海晶純生化科技股份有限公司無(wú)水乙醇分析純天津市大茂化學(xué)試劑廠聚乙烯亞胺99%上海易恩化學(xué)技術(shù)有限公司多巴胺98%上海麥克林生化科技股份有限公司乙酸99.8%上海玻爾化學(xué)試劑有限公司三水合乙酸鈉分析純江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司磷酸二氫鈉分析純上海麥克林生化科技股份有限公司磷酸氫二鈉分析純福晨（天津）化學(xué)試劑有限公司2.2實(shí)驗(yàn)方法2.2.1醛基碳量子點(diǎn)制備（1）將4.5ml戊二醇與9ml無(wú)水乙醇于150℃水熱反應(yīng)180分鐘得到醛基碳量子點(diǎn)（CHO-CQDs）。（2）量取200ml水隨后加入2mlCHO-CQDs攪拌溶解。另將含有12.5gPEI、0.125gDA的無(wú)水乙醇加入上述溶液中反應(yīng)6小時(shí)得到醛基碳量子點(diǎn)組裝體。（3）將醛基碳量子點(diǎn)組裝體透析8小時(shí)，抽濾并旋蒸，隨后將溶液在-20度冷凍約8小時(shí)（4）冷凍好的溶液再用凍干機(jī)進(jìn)行凍干（5）將凍干得到的固體加去離子水溶解得到醛基碳量子點(diǎn)組裝體溶液且濃度為10mg/ml。2.2.2銅離子的檢測(cè)以二水合氯化銅為原料配制1μM濃度的的銅離子溶液將800μl10mg/m的醛基碳量子點(diǎn)溶液加入比色管中，加入去離子水使總體積為4ml，分別用330nm、340nm、350nm、360nm、370nm、380nm、390nm、400nm、410nm、420nm的熒光掃描醛基碳量子點(diǎn)溶液找出發(fā)射波長(zhǎng)和激發(fā)波長(zhǎng)。分別加入800μl10mg/ml的醛基碳量子點(diǎn)溶液至19根比色管中，其中一根比色管中加入去離子水至總體積為4ml，其余18根比色管中分別加入一定量的1mM或10nM銅離子母液，隨后補(bǔ)加去離子水至總體積4ml，銅離子含量分別為1μM、120μM、160μM、200μM、250μM、300μM、350μM、400μM、450μM、500μM、600μM，檢測(cè)不同濃度銅離子對(duì)醛基碳量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度的淬滅情況。3結(jié)果與討論3.1碳量子點(diǎn)材料表征透射電鏡是研究物質(zhì)形貌與粒徑大小的重要技術(shù)，在本工作中，我們也對(duì)合成出的樣品進(jìn)行了透射電鏡研究，結(jié)果如圖1所示，從電鏡結(jié)果看，我們得到的碳量子點(diǎn)大小均一，粒徑大約在5nm左右，具有良好的分散性，形狀近似為球形的納米顆粒。圖1碳量子點(diǎn)的TEM圖紅外分光光度計(jì)可對(duì)物質(zhì)表面的官能團(tuán)進(jìn)行分析。其主要官能團(tuán)-OH，-CHO及-C=CH的紅外吸收特征峰見圖2醛基=C-H振動(dòng)峰醛基=C-H振動(dòng)峰醛基C=O振動(dòng)峰-OH振動(dòng)峰圖2碳量子點(diǎn)的FTIR圖3.2碳量子點(diǎn)熒光光譜為了研究銅離子對(duì)醛基碳量子點(diǎn)熒光淬滅率線性關(guān)系，首先對(duì)醛基碳量子點(diǎn)的熒光特性進(jìn)行了研究，熒光激發(fā)波長(zhǎng)的選擇對(duì)于熒光檢測(cè)信號(hào)的靈敏度及信噪比比較重要，因此，我們首先選擇了在330-420nm范圍內(nèi)的10個(gè)不同波長(zhǎng)作為激發(fā)波長(zhǎng)，對(duì)醛基碳量子點(diǎn)的熒光特性進(jìn)行了發(fā)射波長(zhǎng)掃描，從圖3結(jié)果可見當(dāng)用370nm波長(zhǎng)激發(fā)時(shí)，發(fā)射波形比較尖銳，最強(qiáng)熒光波長(zhǎng)為500nm，雖然用380nm及390nm波長(zhǎng)激發(fā)時(shí)，500nm處熒光強(qiáng)度比370nm時(shí)略強(qiáng)，但峰形沒有370nm時(shí)尖銳，所以，在本項(xiàng)工作中我們最終選擇了370nm波長(zhǎng)作為激發(fā)波長(zhǎng)，500nm波長(zhǎng)作為發(fā)射波長(zhǎng)。圖3碳量子點(diǎn)在不同激發(fā)波長(zhǎng)下的熒光光譜圖3.3碳量子點(diǎn)在不同濃度銅離子情況下的熒光光譜圖分別加入800μl10mg/ml的醛基碳量子點(diǎn)溶液至19根比色管中，其中一根比色管中加入去離子水至總體積為4ml，其余18根比色管中分別加入一定量的1mM或10nM銅離子母液，隨后補(bǔ)加去離子水至總體積4ml，銅離子含量分別為1μM、120μM、160μM、200μM、250μM、300μM、350μM、400μM、450μM、500μM、600μM，結(jié)果見圖4。實(shí)驗(yàn)表明隨著銅離子濃度的改變，熒光強(qiáng)度也隨之發(fā)生改變，并呈濃度依賴性變化。當(dāng)銅離子濃度為600μM時(shí)，500nm處熒光信號(hào)非常弱，可以認(rèn)為基本淬滅了醛基碳量子點(diǎn)熒光信號(hào)，因此，我們最終選擇了0-600μM為銅離子濃度范圍。圖4碳量子點(diǎn)在不同濃度銅離子情況下的熒光光譜圖3.4實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化為了進(jìn)一步研究銅離子對(duì)醛基碳量子點(diǎn)的淬滅是否受淬滅時(shí)間、溫度及pH值的影響，探究最佳的檢測(cè)條件，本研究中我們分別設(shè)計(jì)了不同的淬滅時(shí)間、溫度及pH值條件研究銅離子對(duì)醛基碳量子點(diǎn)的淬滅的影響。淬滅時(shí)間的研究分別選擇了0,1,5,10,20,30,45,60min來進(jìn)行研究，從圖5A及5B所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，1min反應(yīng)時(shí)間就已經(jīng)大幅降低了500nm的熒光強(qiáng)度，5min時(shí)間就基本達(dá)到了最大熒光淬滅率，所以，本方法是一種快速檢測(cè)銅離子濃度的方法。這里我們選擇了5min作為實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)時(shí)間。圖5A.反應(yīng)時(shí)間對(duì)醛基碳量子點(diǎn)熒光淬滅的影響圖5B.反應(yīng)時(shí)間對(duì)醛基碳量子點(diǎn)熒光淬滅的影響反應(yīng)溫度的研究分別選擇了30℃、35℃、40℃、50℃來進(jìn)行研究。圖6A及6B是溫度對(duì)銅離子熒光淬滅的影響數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)結(jié)果看，在室溫（30℃）到50℃溫度范圍內(nèi)，銅離子溫度對(duì)銅離子熒光淬滅基本沒有差別，說明醛基碳量子點(diǎn)檢測(cè)銅離子濃度的溫度范圍比較廣，檢測(cè)方法對(duì)溫度不敏感。最終我們選擇了30℃作為反應(yīng)溫度。圖6A.反應(yīng)溫度對(duì)銅離子淬滅醛基碳量子點(diǎn)熒光的影響圖6B.反應(yīng)溫度對(duì)銅離子淬滅醛基碳量子點(diǎn)熒光的影響pH值的研究分別選擇了4、4.4、5、5.6、6、6.4、7、7.6和8來進(jìn)行研究從pH值對(duì)檢測(cè)的影響看（圖7A及7B），銅離子對(duì)醛基碳量子點(diǎn)淬滅的影響在pH4.4-8的范圍內(nèi)基本沒有太大差別，但當(dāng)pH=4時(shí)，熒光強(qiáng)度的下降明顯比其他pH條件下降要更大，所以，用醛基碳量子點(diǎn)熒光淬滅法檢測(cè)銅離子濃度的方法可以適用于一個(gè)較大的pH范圍（pH4.4-8)。同時(shí)，相比較而言pH5.6在500nm處峰最強(qiáng)，因此，選擇了pH5.6作為我們后面檢測(cè)用的pH值。圖7ApH值對(duì)銅離子淬滅醛基碳量子點(diǎn)熒光的影響圖7BpH值對(duì)銅離子淬滅醛基碳量子點(diǎn)熒光的影響3.5選擇性考察取800μl醛基碳量子點(diǎn)溶液并加入1mMCu2+、K+、Ba2+、Zn2+、Cd2+、Ca2+、Na+、Pb2+、Ag+、Mg2+母液與去離子水配制成4ml溶液并且使得離子濃度為200μM，測(cè)得只有Cu2+有淬滅如圖8，故而該方法選擇性較好。圖8碳量子點(diǎn)熒光淬滅法的選擇性3.6抗干擾性考察取800μl醛基碳量子點(diǎn)溶液并分別加入Cu2與K+、Cu2+與Ba2+、Cu2+與Zn2+、Cu2+與Cd2+、Cu2+與Ca2+、Cu2+與Na+、Cu2+與Pb2+、Cu2+與Ag+、Cu2+與Mg2+配制成4ml溶液，如圖9測(cè)得結(jié)果結(jié)果能淬滅，證明醛基碳量子點(diǎn)熒光探針抗干擾性很好。圖9銅離子對(duì)醛基碳量子點(diǎn)熒光淬滅的抗干擾性3.7線性考察分別加入800μl2mg/ml的醛基碳量子點(diǎn)溶液至19根比色管中，其中一根比色管中加入pH為5.6的緩沖溶液至總體積為4ml，其余18根比色管中分別加入一定量的1mM或10nM銅離子母液，加入pH5.6的緩沖溶液至總體積4ml，銅離子含量分別為1μM、2μM、4μM、8μM、16μM、20μM、40μM、80μM、120μM、160μM、200μM、250μM、300μM、350μM、400μM、450μM、500μM、600μM，檢測(cè)結(jié)果如圖10，計(jì)算得到在0-400μM時(shí)存在線性關(guān)系為y=0.0371+0.0021x，其中y為熒光淬滅效率，x為Cu2+濃度，檢測(cè)限為0.29μM。圖10銅離子濃度與醛基碳量子點(diǎn)熒光淬滅率的線性關(guān)系3.8樣品測(cè)定及回收率將生蠔樣品放入冰箱冷藏8小時(shí)，之后將生蠔樣品取出放入凍干機(jī)凍干，將凍干樣品研磨成粉狀，稱取2.5克樣品，接著將樣品放入電爐170℃碳化至無(wú)煙，移入馬弗爐于510℃灰化6小時(shí)，放冷，用3%硝酸溶解過濾，用pH為5.6的緩沖溶液定容至25ml。加入800μl10mg/ml的醛基碳量子點(diǎn)溶液于試管，接著加入樣品溶液至總體積為4ml，再配制空白對(duì)照，在370nm激發(fā)波長(zhǎng)條件下進(jìn)行熒光掃描。根據(jù)上述線性關(guān)系得出銅離子濃度為295μM。隨后又進(jìn)行了加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示回收率為88.9%～113.4%,表明本實(shí)驗(yàn)開發(fā)的檢測(cè)方法可用于實(shí)際生蠔樣品的檢測(cè)。Table1.DeterminationresultsofCu2+offreshoyster加入量Added（μM)碳量子點(diǎn)熒光探針CQDsfluorescentprobe測(cè)得值Found(μM)回收率Recovery(%)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD(%,n=3)300280.293.41.2200177.888.95.6100113.4113.494結(jié)論綜上所述，本論文采用水熱法合成的碳量子點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)該碳量子點(diǎn)以激發(fā)波長(zhǎng)370nm、發(fā)射波長(zhǎng)500nm產(chǎn)生的熒光能被銅離子淬滅，進(jìn)一步優(yōu)化條件選擇pH值5.6時(shí)，可檢測(cè)銅離子的線性濃度范圍為0-400μM，檢測(cè)范圍能滿足國(guó)家規(guī)定的食品中銅離子的濃度范圍。同時(shí)該合成工藝綠色環(huán)保（回收率為88.9%～113.4%），靈敏度高（檢測(cè)限為0.29μM），檢測(cè)速度快，反應(yīng)5分鐘即可達(dá)最大淬滅效率，為檢測(cè)生蠔中的重金屬殘留提供了一個(gè)快速、高靈敏的新方法。參考文獻(xiàn)[1]吳茂江，涂長(zhǎng)信．微量元素與健康研究，2005，22(5):64-65．[2]楊雅茹,鐘瑤,李帥東,鄧夢(mèng)玲,楊希妍,楊雅茂,姚怡萍.水產(chǎn)品中重金屬對(duì)人體的危害研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備,2020(10):55-56.[3]黃常青,鄧金花,秦惠,黃報(bào)亮.水中痕量鐵的測(cè)定方法的研究進(jìn)展[J].理化檢驗(yàn)(化學(xué)分冊(cè)),2018,54(11):1359-1364.[4]MojtabaShamsipur,OmidRezaHashemi,AfsanehSafavi.Flotation-separationandICP-AESdeterminationofultratraceamountsofcopper,cadmium,nickelandcobaltusing2-aminocyclopentene-1-dithiocarboxylicacid[J].AnalyticalSciences,2005,21:1063-1066.[5]吳學(xué)倩,賈建華,劉月琴.微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）檢測(cè)啤酒用糖漿中的鐵、錳、銅離子[J].中外酒業(yè)·啤酒科技,2019(03):24-28.[6]張恒維.電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定地質(zhì)樣品中銀和銅的應(yīng)用研究[D].中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京),2018.[7]GuoqiangXiang,YingmingZhang,XiumingJiang,etal.Determinationoftracecopperinfoodsamplesbyflameatomicabsorptionspectrometryaftersolidphaseextractiononmodifiedsoybeanhull[J].JournalofHazardousMaterials,2010,179:521-525.[8]于剛,秦朋,陳丕茂,秦傳新,楊賢慶.微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定殼聚糖膜中銅離子含量[J].食品科學(xué),2015,36(02):201-203.[9]曹志俊，徐丹，邵鈺茹，陳豐同步熒光光譜法在分析化學(xué)中的應(yīng)用研究綜述科學(xué)管理2020,12[10]王鵬新型羅丹明B-色氨酸熒光探針合成及用于銅離子的檢測(cè)研究西華師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2018,12,390-394[11]梁國(guó)熙，潘常剛，盧慶等熒光碳量子點(diǎn)的制備及其在Cu2+檢測(cè)中的應(yīng)用江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2020,4,440-445[12]EkimovAI,OnushchenkoAA(1981)Quantumsizeeffectinthree-dimensionalmicroscopicsemiconductorcrystals.JETPLett34(6):345–349[13]BrunchezMJr,MoronneM,GinP,etal.Semiconductornanocrystalsasfluorescentbiologicallabels.Science,1998,281(5386):2013-2016[14]MateaCT,MocanT,TabaranF,etal.Quantumdotsinimaging,drugdeliveryandsensorapplications.IntJNanomedicine,2017,12:5421-5431[15]OhE,LiuR,NelA,etal.Meta-analysisofcellulartoxicityforcadmium-containingquantumdots.NatNanotechnol,2016,11(5):479-486[16]劉飛，陳雙紅，陳思潔，唐瑛，量子點(diǎn)標(biāo)記在生物成像中的應(yīng)用研究進(jìn)展華南國(guó)防醫(yī)學(xué)雜志2021Vol359:697-701[17]XuXY，RayR，GuYL，et.al.Electrophoreticanalysisandpur-ificationoffluorescentsingle-walledcarbonnanotubefragments[J].JournaloftheAmericanChemicalSociety，2004，126（40）：12736～12737[18]SunY-P，ZhouB，LinY，et.al.Quantum-sizedcarbondotsforbrightandcolorfulphotoluminescence[J].JournaloftheA-mericanChemicalSociety，2006，128（24）：7756～7757.[19]LiuH,YeT,MaoC.Fluorescentcarbonnanoparticlesderivedfromcandlesoot.AngewandteChemieInternationalEdition.2007.46(34):6437.[20]ZhouJ,BookerC,LiR,etal.Anelectrochemicalavenuetoblueluminescentnanocrstalsformmultiwalledcarbonnanotubes.JournaloftheAmericanChemicalSociety,2007,129(4):744-745.[21]WareingT.C.,GentileP.,PhanA.N.Biomass-basedcarbondots:currentdevelopmentandfutureperspectives.ACSNano,2021,15(10):15471-15501[22]LuoW.K.,ZhangL.L.,YangZ.Y.et.Al.,Herbalmedicinederivedcarbondots:synthesisandapplicationsintherapeutics,bioimagingandsensing.JournalofNanobiotechnology2021,19(1):1-30.[23]黃李綱，呂沖，李欣欣等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