碳量子点荧光探针的制备及其在重金属离子分析中的应用

【摘要】碳量子点作为一种新型的荧光探针材料，具有水溶性高、化学惰性强、毒性小、生物相容性好、光稳定性高等优点，在金属离子的识别和检测领域已经成为研究的热点。但它们存在一些问题，比如碳量子点的荧光强度不够高或是不能很好的被修饰，不利于进一步提高检测的灵敏性和选择性；碳量子点存在于液体中，无法实现回收再利用，造成成本的浪费和环境的二次污染。针对上述问题，本论文主要从以下两方面进行了改进：1）选用廉价的碳源制得碳量子点，并将其嫁接于海藻酸钙凝胶，实现了对碳量子点的固载；2）选用廉价的碳源制得碳量子点，并将其与罗丹明B复合构成荧光共振能量转移体系，实现了低荧光强度碳量子点的多元化应用，具体研究内容如下：1.选用廉价的碳黑作为原料，通过硝酸氧化的方式制得了碳量子点，并用硼氢化钠将其还原。将还原碳量子点嫁接到海藻酸钙，合成了含还原碳量子点的海藻酸钙薄膜荧光探针，该薄膜探针具有多孔结构。用荧光分光光度计和紫外-可见分光光度计对探针的荧光特性以及探针与金属离子的相互作用进行了研究。研究表明：改性后的荧光探针具有很高的荧光强度，可以根据探针荧光强度的变化实现对Cu2+的检测，并通过乙二胺四乙酸二钠（EDTA）的作用实现对铜离子的重复检测。实验发现，铜离子浓度在5×10-6-100×10-6M范围与该荧光探针的荧光猝灭强度呈良好的线性关系。此方法不仅实现对Cu2+检测，更实现对碳量子点的固载，该技术有望实现荧光探针材料的回收再利用。2.以低成本的乙二醇作为碳源，通过简单易行的水热法合成了碳量子点。该碳量子点粒径均匀，且具有石墨结构。通过研究发现碳量子点和罗丹明B之间具有荧光共振能量转移（FRET）效应，碳量子点可作为荧光供体，罗丹明B为荧光受体。同时探讨了碳量子点、罗丹明B的浓度和pH值对FRET体系的影响，从而确定出了最佳能量转移条件。还研究了罗丹明B修饰的碳量子点（RhB@CQDs）复合体系对铁离子的选择性和灵敏性。实验发现，只有三价铁离子可以阻碍FRET效应并且可以猝灭激态的光生电子，从而增加荧光猝灭的效率，使RhB@CQDs具有更高的选择性和灵敏性。通过研究表明，RhB@CQDs可以用于快速监测铁制设备和仪器的腐蚀过程。
【作者】赵清；
【导师】胡胜亮；
【作者基本信息】中北大学，材料学，2014，硕士
【关键词】碳量子点；荧光探针；海藻酸钙；罗丹明B；荧光共振能量转移；离子检测；

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