本發(fā)明屬于化學(xué)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以乙二胺、硝酸為原料微波加熱條件下合成碳點(diǎn)溶液；利用碳點(diǎn)溶液與不同濃度的cr(vi)反應(yīng)后溶液的熒光值不同，可以檢測(cè)出溶液中cr(vi)的濃度。

背景技術(shù)：

熒光碳點(diǎn)是繼富勒烯、碳納米管及石墨烯之后最熱門的碳納米材料之一。該種納米材料克服了傳統(tǒng)量子點(diǎn)的某些缺點(diǎn)，不僅具有優(yōu)良的光學(xué)性能與小尺寸特性，而且具有良好的生物相容性，易于實(shí)現(xiàn)表面功能化，在生化傳感、成像分析、環(huán)境檢測(cè)、光催化技術(shù)、金屬離子檢測(cè)及藥物載體等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用潛力。合成方法包括電化學(xué)法，水熱法，微波法，超聲法等。

六價(jià)鉻離子(cr(vi))在電鍍、冶金、顏料生產(chǎn)、皮革鞣制和木材防腐等工業(yè)生產(chǎn)過程中被廣泛應(yīng)用，它是對(duì)環(huán)境具有嚴(yán)重危害的金屬污染物之一，可以通過水、空氣和食物等途徑進(jìn)入人體而對(duì)健康造成危害。研究表明，cr(vi)具有致癌性，它的強(qiáng)氧化性可以損傷dna并且干擾dna的修復(fù)，同時(shí)它還能破壞肝細(xì)胞的骨架，甚至導(dǎo)致肝細(xì)胞的死亡，長期接觸高濃度的cr(vi)會(huì)導(dǎo)致患呼吸癌的概率大大提高。因此，探索高效準(zhǔn)確檢測(cè)cr(vi)的方法對(duì)于人類健康、環(huán)境治理及臨床醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要意義。目前，已報(bào)道的cr(vi)的檢測(cè)方法有紫外分光光度法、離子交換法、熒光光譜法、伏安法、原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法、吸附劑吸附法、光催化降解法和電感耦合等離子體-質(zhì)譜法等。這些方法雖然靈敏度和選擇性較高，但有的仍存在探針合成過程復(fù)雜，檢測(cè)方法麻煩等問題。在這些方法中，熒光光譜法因?yàn)榫哂徐`敏度高、選擇性好、響應(yīng)快和操作簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的是對(duì)于現(xiàn)有碳點(diǎn)的合成和cr(vi)的檢測(cè)技術(shù)和方法所表現(xiàn)出來的一些缺陷，提出一種利用乙二胺、硝酸為原料，結(jié)合微波法合成技術(shù)制備均勻性良好的碳點(diǎn)并用于cr(vi)的檢測(cè)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案：一種以乙二胺和硝酸為原料微波快速合成碳點(diǎn)溶液檢測(cè)cr(vi)的方法，包括步驟：

(1)以乙二胺、硝酸為原料，微波加熱條件下合成碳點(diǎn)溶液，經(jīng)離心和減壓過濾處理后得到碳點(diǎn)溶液；

(2)碳點(diǎn)溶液與不同濃度的cr(vi)反應(yīng)后，檢測(cè)碳點(diǎn)溶液的熒光值；

(3)根據(jù)溶液中cr(vi)的濃度與碳點(diǎn)溶液的熒光值之間的關(guān)系，即可檢測(cè)出溶液中cr(vi)的濃度。

具體來講，步驟(1)是以乙二胺、硝酸為原料，微波加熱條件下合成碳點(diǎn)溶液，具體合成過程包括：將18ml3.0mol/l的乙二胺溶液和2.0ml1.0mol/l的硝酸溶液混合，將混合溶液置于微波爐中，中低火處理12min后至燒干，再用10ml二次水溶解，得到碳點(diǎn)粗溶液。

步驟(1)所述碳點(diǎn)粗溶液的后續(xù)處理過程包括：將得到的碳點(diǎn)粗溶液置于離心管里，并進(jìn)行離心處理，轉(zhuǎn)速為10000轉(zhuǎn)/分鐘，離心10分鐘后，取上清液進(jìn)行減壓過濾處理，最終得到黃褐色透明的碳點(diǎn)溶液。

步驟(2)和步驟(3)所述檢測(cè)cr(vi)的濃度范圍為0.2-200μmoll-1。

步驟(3)所述檢測(cè)cr(vi)濃度的檢出限為1.69′10-7moll-1。

所述以乙二胺和硝酸為原料微波快速合成碳點(diǎn)溶液檢測(cè)cr(vi)的方法可用于檢測(cè)環(huán)境水樣中cr(vi)的含量。

所述的合成的碳點(diǎn)平均粒徑為：1.5nm。

所述的合成的碳點(diǎn)具有熒光特性，稀釋后最大激發(fā)波長為351nm，最大發(fā)射波長為433nm。

本發(fā)明用簡(jiǎn)單易得的乙二胺、硝酸為原料，微波條件下快速合成了具有強(qiáng)熒光特征的碳點(diǎn)溶液?；谛潞铣傻奶键c(diǎn)為熒光探針，建立了簡(jiǎn)易的檢測(cè)cr(vi)的方法。本方法具有碳點(diǎn)合成速度快，cr(vi)檢測(cè)操作簡(jiǎn)單等特征。用于檢測(cè)環(huán)境水樣中cr(vi)的含量測(cè)定，結(jié)果可靠。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例制備的碳點(diǎn)溶液的熒光光譜圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例制備的碳點(diǎn)溶液的afm圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例制備的碳點(diǎn)溶液的afm圖中高度分布圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例制備的碳點(diǎn)溶液檢測(cè)不同濃度cr(vi)的熒光強(qiáng)度變化圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例制備的碳點(diǎn)溶液的熒光強(qiáng)度相關(guān)值的比值與體系cr(vi)的濃度之間的線性關(guān)系圖。

具體實(shí)施例：

以下實(shí)施例旨在進(jìn)一步說明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步限定。

(1)碳點(diǎn)的制備

將乙二胺溶液、硝酸在錐形瓶中按一定比例混合，將錐形瓶轉(zhuǎn)移至微波爐中，中低火，微波加熱12min。反應(yīng)結(jié)束后取出錐形瓶，用10ml水溶解，所得溶液為碳點(diǎn)粗溶液。將碳點(diǎn)粗溶液先以10000轉(zhuǎn)/分鐘離心10分鐘，取上清液，再用孔徑0.2μm的濾膜真空減壓過濾得到碳點(diǎn)溶液。如圖1所示，新制碳點(diǎn)經(jīng)稀釋后的最大激發(fā)波長為351nm，最大發(fā)射波長為433nm。并對(duì)碳點(diǎn)溶液的形貌等進(jìn)行了afm表征，如圖2所示，合成的碳點(diǎn)分散性好，且較為均勻。粒徑分布結(jié)果(如圖3)表明碳點(diǎn)大小在1.5nm左右。

(2)碳點(diǎn)的制備條件優(yōu)化

探討了乙二胺溶液的濃度、硝酸的濃度、乙二胺溶液和硝酸的總體積和微波加熱的火力對(duì)合成碳點(diǎn)的影響，主要從對(duì)合成的碳點(diǎn)溶液的熒光強(qiáng)度影響進(jìn)行考察。

乙二胺溶液的濃度對(duì)碳點(diǎn)溶液的熒光強(qiáng)度有影響，探討的乙二胺的濃度分別為2.1mol/l、2.4mol/l、2.7mol/l、3.6mol/l、4.5mol/l時(shí)對(duì)合成的碳點(diǎn)溶液的熒光強(qiáng)度的影響。當(dāng)乙二胺的濃度為2.7mol/l時(shí)，碳點(diǎn)溶液的熒光最強(qiáng)，最終優(yōu)選濃度為2.7mol/l。

硝酸的濃度對(duì)碳點(diǎn)溶液的熒光強(qiáng)度有影響，探討的硝酸的濃度分別為0.05mol/l、0.075mol/l、0.1mol/l、0.2mol/l時(shí)對(duì)合成的碳點(diǎn)溶液的熒光強(qiáng)度的影響。當(dāng)硝酸的濃度為0.1mol/l時(shí)，碳點(diǎn)溶液的熒光最強(qiáng)，最終優(yōu)選濃度為0.1mol/l。

乙二胺溶液和硝酸的總體積對(duì)碳點(diǎn)溶液的熒光強(qiáng)度也有一定影響，探討了乙二胺溶液和硝酸的總體積分別為10ml、20ml、25ml、30ml對(duì)合成的碳點(diǎn)溶液的熒光強(qiáng)度的影響。當(dāng)乙二胺溶液和硝酸的總體積為20ml時(shí)碳點(diǎn)溶液的熒光最強(qiáng)，最終優(yōu)選體積為20ml。

微波火力對(duì)碳點(diǎn)溶液的熒光強(qiáng)度有影響。探究了微波火力分別為中低火、中火、中高火、高火時(shí)對(duì)合成碳點(diǎn)溶液的熒光強(qiáng)度的影響。當(dāng)微波火力為中低火時(shí)，碳點(diǎn)溶液的熒光最強(qiáng)，最終優(yōu)選微波火力為中低火。

(3)碳點(diǎn)對(duì)cr(vi)的檢測(cè)參數(shù)

取11支2.0ml的離心管，分別標(biāo)上a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k號(hào)，向a-k離心管中分別加入800μl提前稀釋過50倍的碳點(diǎn)溶液和200μlbritton-robinson緩沖溶液（ph=6.8），再向a-k離心管中依次加入400μl不同濃度的cr(vi)的溶液，cr(vi)的濃度分別為1000、700、500、300、100、70、30、10、5.0、1.0、0μmoll-1，最后加入二次蒸餾水定容至2.0ml。在4℃的條件下，待反應(yīng)45min后，將各個(gè)離心管中的溶液依次在熒光分光光度計(jì)中測(cè)試，記錄碳點(diǎn)在不同濃度的cr(vi)存在下的熒光光譜值，結(jié)果見圖4，體系的相關(guān)熒光強(qiáng)度的比值(ifo-if)/if與溶液中cr(vi)的濃度之間的定量關(guān)系為：(ifo-if)/if=-0.0524+0.0119c。

(4)碳點(diǎn)應(yīng)用于環(huán)境水樣中cr(vi)的檢測(cè)

在湖南科技大學(xué)明湖和化學(xué)樓旁邊荷花池取得水樣，對(duì)水樣進(jìn)行離心、抽濾處理，然后將20μl10-3moll-1的cr(vi)標(biāo)準(zhǔn)溶液加入到2.0ml處理后的水樣中，再對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)(ifo-if)/if=-0.0524+0.0119c，按照上述檢測(cè)cr(vi)的方法，將cr(vi)溶液換做加標(biāo)處理后的水樣，對(duì)加標(biāo)處理后的水樣中cr(vi)的含量進(jìn)行了測(cè)定，得到結(jié)果如表1所示。由表1可知，明湖水樣和荷花池水樣的回收率分別為107.74%和108.49%，rsd分別為4.43%和4.50%，結(jié)果令人滿意，說明該方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境水樣中cr(vi)含量的測(cè)定。

還需要說明的是，本發(fā)明的具體實(shí)施例只是用來示例性說明，并不以任何方式限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，本領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)人員可以根據(jù)上述一些說明加以改進(jìn)或變化，但所有這些改進(jìn)和變化都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。



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技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明屬于化學(xué)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以乙二胺和硝酸為原料微波快速合成的碳點(diǎn)溶液檢測(cè)Cr()的方法，步驟是：以乙二胺、硝酸為原料，微波加熱條件下，合成碳點(diǎn)溶液，得到具有熒光特性的碳點(diǎn)溶液；合成的碳點(diǎn)具有熒光特性，稀釋50倍后最大激發(fā)波長為351nm，最大發(fā)射波長為433nm；碳點(diǎn)溶液與Cr(VI)反應(yīng)后，碳點(diǎn)溶液的相關(guān)熒光強(qiáng)度的比值與Cr(VI)的溶液濃度之間呈線性關(guān)系，即：((IFo?IF)/IF=?0.0524+0.0119c)，檢測(cè)的線性范圍為0.2?200μmolL?1?；诖司€性關(guān)系，可以檢測(cè)出實(shí)際樣品中Cr(VI)的濃度。將本方法應(yīng)用于檢測(cè)環(huán)境水樣中Cr(VI)的含量結(jié)果可靠。

技術(shù)研發(fā)人員：龍?jiān)骑w;彭笑笑;李晨晨;張玉彬;陳述

受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南科技大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2018.11.19

技術(shù)公布日：2019.02.12