一种以氮掺杂碳点为荧光探针检测环境水体中Fe3+的方法

技术领域

本发明涉及一种以氮掺杂碳点为荧光探针检测环境水体中Fe

背景技术

三价铁离子(Fe

传统的Fe

荧光法具有灵敏度高、操作简单、成本低和省时等优点。利用荧光纳米材料作为荧光探针进行检测，极大地提高了检测的灵敏度，且检测具有操作简单、检测时间短和灵敏度高的优点，目前荧光光谱技术已广泛地应用于环境、化学、医药食品等领域，也有一些学者提出使用荧光光谱技术对水体Fe

发明内容

[技术问题]

目前检测Fe

[技术方案]

针对上述问题，本发明提供了一种以氮掺杂碳点为荧光探针检测环境水体中Fe

本发明提供了一种以氮掺杂碳点为荧光探针定量检测水体中Fe

(1)将半胱氨酸、乙二胺加入到水中，混匀，获得混合物；然后将混合物加入到高压釜中，加热进行水热反应；结束后，浓缩反应液，并通过柱色谱法进行纯化，得到提纯液，进一步浓缩，得到N-CDs浓缩物，再用水稀释，得到碳点溶液；

(2)在水体中加入可溶性铁盐，配制得到一系列已知Fe

(3)采集不加入Fe

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，半胱氨酸相对乙二胺的用量条件为(0.1-0.5)g/mL；具体可选0.2g/mL。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，半胱氨酸在混合物中的浓度为0.01-0.05g/mL；具体可选0.02g/mL。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中水热反应的温度为200-220℃；具体可选210℃。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中水热反应的时间为8-15h；具体可选10h。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中水热反应是在含有四氟乙烯内衬的高压釜中进行的。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，提纯液进一步浓缩的程度为浓缩至提纯液体积的四分之一。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，柱色谱法进行纯化的参数为：固定相是硅胶，流动相是甲醇和二氯甲烷的混合物，甲醇和二氯甲烷的体积比为1:8。

在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中N-CDs浓缩物用水稀释的倍数为100倍。

在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，碳点溶液与标准水样的体积比为1：2。

在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，可溶性铁盐选自：六水三氯化铁。

在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，水体为去离子水、自来水、或者湖水等。

在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，配置的含有Fe

在本发明的一种实施方式中，步骤(4)中利用采用英国Edinburg生产的FLS980型荧光光谱仪测量荧光发射光谱，激发波长为315nm，峰值波长为383nm，激发和发射狭缝宽度分别为2.5nm和2.5nm。

在本发明的一种实施方式中，所述方法具体包括：

(1)将半胱氨酸、乙二胺加入到水中，混匀，获得混合物；然后将混合物加入到高压釜中，并在电炉中从室温加热至210℃并保持10小时，得到碳点原液；

(2)反应结束后，纯化，获得氮掺杂碳点(N-CDs)；将得到的N-CDs稀释至所需浓度后得到碳点水溶液，储存在冰箱(4℃)中等待后续使用；

(3)利用在去离子水中、过滤后的自来水和湖水中加入Fe

(4)采集不加入Fe

本发明提供了上述方法在环境检测领域的应用。

[有益效果]：

1.本发明使用的N-CDs的荧光发射在紫外波段，斯托克斯位移小，能量利用率较高。且N-CDs的荧光激发与Fe

2.本发明中使用的N-CDs浓度经过优化，在过滤后的实际水样中直接添加具有较好的效果，从而增加了检测的灵敏度。

3.本发明方法首次使用以半胱氨酸和乙二胺为原料合成的N-CDs荧光探针实现了对环境水体中Fe

4.本发明首先在去离子水中构建线性模型，线性范围为0.3-20μM，标准曲线方程为C＝0.02782I+0.0282(C为碳点荧光的猝灭程度与I为Fe

附图说明

图1为N-CDs检测环境水样中Fe

图2为实施例1中N-CDs水溶液的吸收光谱、荧光激发光谱和发射光谱。

图3(a)为在去离子水样品中，Fe

图4(a)为在自来水样品中，Fe

图5(a)在湖水样品中，Fe

图6为将5μM和10μM的Fe

图7为N-CDs检测Fe

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。

实施例1氮掺杂碳点的制备

对氮掺杂碳点的制备，包括如下步骤：

(1)将0.8g的半胱氨酸混合在4mL乙二胺中，加入超纯水至混合溶液总体积至40mL。将混合物移至100毫升四氟乙烯衬里的高压釜中，并在电炉中从室温加热至210℃并保持10小时。

(2)加热完成后将反应产物冷却至室温，将产物在真空浓缩至原始体积的五分之一；然后进行纯化；N-CDs的纯化通过柱色谱法进行(纯化的参数为：固定相是硅胶，流动相是体积比为1:8的甲醇和二氯甲烷的混合物)，获得提纯液；浓缩至提纯液原始体积的四分之一，得到N-CDs浓缩物；

(3)将提纯浓缩得到的N-CDs浓缩物用水稀释100倍，获得碳点溶液，储存在4℃冰箱中以待后续使用。

(4)N-CDs的吸收光谱、荧光激发光谱和发射光谱如图2所示。

实施例2检测模型的构建

一种基于实施例1所述的以氮掺杂碳点为荧光探针检测环境水体中Fe

(1)以去离子水、或者分别使用0.22μm微孔膜过滤后的自来水和湖水样品作为溶剂，向其中加入Fe

将1mL实施例1所得的碳点溶液分别与2mL去离子水-Fe

(2)将(1)中的样品进行荧光光谱检测，扫描条件：激发波长为315nm，发射波长扫描范围为330-530nm，每隔1nm扫描一次，狭缝宽度设为2.5/2.5nm(激发狭缝/发射狭缝)，得到在383nm处荧光强度峰值F；将Fe

(3)添加不同Fe

(4)添加不同Fe

(5)添加不同Fe

实施例3加标回收验证

将1mL实施例1所得的碳点溶液和2mL表1中所示的不同加标浓度的样品混合，并在室温下静置。同实施例2中相同的方法测定浓度。具体的检测结果如表1所示。

从表1可以看出：检测结果准确、可行。

表1中为N-CDs方法检测环境水样中Fe

实施例4碳点浓度对检测的变化

为了使检测方法更加灵敏与准确，进行了N-CDs的浓度即稀释倍数的优化。

将N-CDs原液分别稀释至10、40、70、100、150、200倍，向各份中分别加入等量的去离子水、5μM和10μM的Fe

实施例5检测模型在体系中的抗干扰能力

测量了N-CDs与14种常见金属离子混合后的荧光猝灭情况，以验证N-CDs检测Fe

对比例1

对本发明检测模型与目前已公开的检测方案果进行了比较，结果如表2所示。

表2不同碳点检测Fe

比较结果表明，与使用其他原料的方法相比，使用半胱氨酸与乙二胺为原料的该检测方法能够得到较低的检测限，在灵敏度方面有比较大的进步。而与已公开的两种使用氮掺杂碳点检测Fe