CN106554775A - 一种基于碳量子点的荧光双水相的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于碳量子点的荧光双水相的制备及其应用于同时实现药物高效富集和高灵敏度检测的方法。该方法具体步骤是将离子液体和蒸馏水混合均匀，然后将其加入放有五氧化二磷的圆底烧瓶中进行加热反应，得到亲水性的碳量子点，然后加入一定量的磷酸二氢钠和水形成荧光双水相，最后基于荧光猝灭测定复杂基质中的痕量药物。
Description
技术领域
本发明涉及一种以离子液体为前驱体的碳量子点的制备，并构建荧光双水相，应用于同时实现药物高效富集和高灵敏度检测。
背景技术
液-液萃取(LLE)是化学工业和分析化学中常用的分离技术，在生物、医药、食品等领域的分离、制备和样品前处理中有广泛的应用。传统的液-液萃取体系主要是有机溶剂和水溶液形成的两相体系。然而，由于有机溶剂具有挥发性、可燃性和毒性等缺点，随着国际社会对环境问题的日趋重视，有机溶剂的使用受到了不同程度的限制。近年来，双水相萃取(ATPE)技术作为一种新型的分离技术，因其体积小，处理能力强，过程中不使用有毒的有机溶剂，使其在绿色化学领域受到人们的广泛关注。双水相***(ATPS)是指某些有机物之间，或有机物与无机盐之间，在水中以适当的浓度溶解后形成互不相容的两相或多相体系。ATPE与有机溶剂萃取的原理相似，都是依据物质在两相间的选择性分配，当物质进入ATPS后，由于静电作用、疏水作用和界面张力的影响，使其在上、下两相中的浓度不同，从而达到萃取的目的。
纳米材料特有的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和量子限域效应，使其在光、电、热、磁、机械、力学等方面表现出独特的性能，成为材料科学研究的热点。碳量子点是最近发现的一种新兴的碳纳米材料，一般粒径小于10nm，但是由于合成方法的不同也有例外。这是一种与传统半导体量子点具有相似光学性能及纳米尺寸的荧光纳米材料，其毒性低、生物相容性好、易于合成及功能化修饰、制备原料易于获得、制备成本低廉、反应仪器普通及制备条件温和等是传统半导体量子点所无法比拟的。碳量子点良好的各向同性、超细的维度、合成方法多样性等特点使其具有广泛的应用价值，在许多应用中碳量子点可以作为其他碳纳米材料(富勒烯、纳米钻石、碳纳米管)的替代物。
从合成方法角度看，进一步研究高性能和多功能的碳量子点，主要有以下几方面的工作：(1)尽量选用绿色无毒，低成本的碳源前驱体，简化操作流程；(2)提高已有碳量子点的光学性能，通过加入钝化剂使其外表凹陷部位得以填平或改善包覆合成的工艺增加表面发光基团等；(3)研制更多新型碳量子点，包括尽量扩充其荧光发射光谱范围，制备量子 产率更高、光稳定性更好的碳量子点。
从合成原材料角度看，离子液体具有良好的物理化学稳定性，几乎没有蒸汽压，
消除了挥发性有机溶剂对环境的污染问题，是传统挥发性有机溶剂的理想替代品，具有广阔的应用前景。
本专利提出以离子液体作为前驱体与五氧化二磷反应制备碳量子点，并对其荧光特性及形成双水相的成相条件进行***研究，然后将建立的荧光双水相***应用于同时实现药物的高效快速富集和高灵敏度检测。
发明内容
技术问题：
本发明要解决的技术问题是针对传统量子点的缺点，例如，合成材料都为贵金属或重金属、合成方法复杂、合成仪器较昂贵等，故选择绿色溶剂——离子液体作为前驱体与五氧化二磷通过湿化学法制备碳量子点，制备流程简单，同时还获得了较高的量子产率和较好的光稳定性。然后基于该碳量子点建立荧光双水相，通过综合考察影响成相条件的各种因素，最后获得最佳的荧光双水相并应用于药物的富集和检测。
技术方案：
1、本发明的技术解决方案为：
a、五氧化二磷湿化学法制备碳量子点：将一定量的离子液体加入一定量蒸馏水中，搅拌均匀，将混合溶液放入存有五氧化二磷的圆底烧瓶中加热一段时间，溶液由无色变为黄色，冷却至室温，得到碳量子点；
b、荧光双水相的建立：将一定量a中制备的碳量子点加入到一定量的蒸馏水中，再加入一定量的磷酸二氢钠，在一定温度条件下低速振摇一段时间后静置，得到荧光双水相。
2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，所用离子液体的量为0.08～0.4g，五氧化二磷的量为1.0～10.0g，蒸馏水的量为1～10mL，反应时间为1～10min。
3、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤b中，碳量子点的量为10～200μL，蒸馏水的加入量为1～10mL，磷酸二氢钠的量为0.4～4g，静置或振摇时间为5～60min，成相温度为0～50℃。
4、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim]BF4)、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐([Emim]OTF)、1-己基-3-甲基咪唑氯盐([Hmim]Cl)、1-丁基吡啶四氟硼酸盐([BPy]BF4)、1-十二烷基-3-甲基咪唑溴盐([C12mim]Br)、1-丁基-1-甲基哌啶氯盐([BMPi]Cl)、N-乙基吡啶四氟硼酸盐
([EPy]BF4)、1-十六烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C16mim]BF4)。
5、本发明的荧光双水相在药物检测中的应用，应用上述碳量子点溶于-定量蒸馏水然后加入一定量的磷酸二氢钠建立荧光双水相并将该荧光双水相应用于药物检测的方法是通过以下步骤进行的：在一定温度下，于若干10mL比色管中，依次加入一定量的制备的碳量子点、一定量的蒸馏水及一定量的磷酸二氢钠，不同浓度的黄酮类药物槲皮素，以pH 2.0的B-R缓冲溶液稀释至刻度，然后低速振摇一段时间后静置，最后取荧光双水相的上相在一定激发波长(λex＝370nm)下测定加入不同浓度的槲皮素溶液后的荧光强度，最后利用荧光猝灭程度表征槲皮素的加入量从而达到检测槲皮素的目的。
附图说明
图1是本发明五氧化二磷湿化学法制备碳量子点的合成路线示意图。
图2是本发明制得的碳量子点的红外图谱。
图3是本发明制得的荧光双水相相图。
图4是本发明制得的荧光双水相上、下相荧光强度对比图。
图5是本发明制备的荧光双水相与不同浓度的槲皮素作用后测得的上相荧光图谱，λex＝370nm；碳量子点的体积为120μL；蒸馏水体积为5mL；B-R缓冲溶液为4mL；磷酸二氢钠为0.95g；槲皮素的浓度：10-9，10-8，10-7，5×10-6，10-6，7×10-5，10-5，6×10-4，10-4，10-3mol L-1。
具体实施方案
制备实例
以下实施例为本发明的一些举例，不应被看做是对本发明的限定。
实施例1
a、五氧化二磷湿化学法制备碳量子点：将0.08g 1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim]BF4)加入4mL蒸馏水中，搅拌均匀，将混合溶液放入存有5g五氧化二磷的圆底烧瓶中加热5min，溶液由无色变为黄色，冷却至室温，得到碳量子点；
b、本发明的荧光双水相在药物检测中的应用，应用上述120μL碳量子点溶于5mL量蒸馏水然后加入1.5g的磷酸二氢钠建立荧光双水相并将该荧光双水相应用于药物检测的方法是通过以下步骤进行的：在室温下，于若干10mL比色管中，依次加入120μL制备的碳量子点、5mL蒸馏水及1.5g磷酸二氢钠，不同浓度的黄酮类药物槲皮素，以pH 2.0的B-R缓冲溶液稀释至刻度，然后低速振摇30min时间后静置10min，最后取荧光双水相的上相在一定激发波长(λex＝370nm)下测定加入不同浓度的黄酮类药物槲皮素的荧光强度。
实施例2
a、五氧化二磷湿化学法制备碳量子点：将0.40g 1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐([Emim]OTF)加入6mL蒸馏水中，搅拌均匀，将混合溶液放入存有4.5g五氧化二磷的圆底烧瓶中加热6min，溶液由无色变为黄色，冷却至室温，得到碳量子点；
b、本发明的荧光双水相在药物检测中的应用，应用上述180μL碳量子点溶于4mL量蒸馏水然后加入3.6g的磷酸二氢钠建立荧光双水相并将该荧光双水相应用于药物检测的方法是通过以下步骤进行的：在室温下，于若干10mL比色管中，依次加入180μL制备的碳量子点、4mL蒸馏水及3.6g磷酸二氢钠，不同浓度的黄酮类药物槲皮素，以pH 2.0的B-R缓冲溶液稀释至刻度，然后低速振摇40min时间后静置20min，最后取荧光双水相的上相在一定激发波长(λex＝370nm)下测定加入不同浓度的黄酮类药物槲皮素的荧光强度。
实施例3
a、五氧化二磷湿化学法制备碳量子点：将0.30g 1-己基-3-甲基咪唑氯盐([Hmim]Cl)加入1mL蒸馏水中，搅拌均匀，将混合溶液放入存有5.5g五氧化二磷的圆底烧瓶中加热5min，溶液由无色变为黄色，冷却至室温，得到碳量子点；
b、本发明的荧光双水相在药物检测中的应用，应用上述140μL碳量子点溶于8mL量蒸馏水然后加入3.8g的磷酸二氢钠建立荧光双水相并将该荧光双水相应用于药物检测的方法是通过以下步骤进行的：在室温下，于若干10mL比色管中，依次加入140μL制备的碳量子点、8mL蒸馏水及3.8g磷酸二氢钠，不同浓度的黄酮类药物槲皮素，以pH 2.0的B-R缓冲溶液稀释至刻度，然后低速振摇30min时间后静置30min，最后取荧光双水相的上相在一定激发波长(λex＝370nm)下测定加入不同浓度的黄酮类药物槲皮素的荧光强度。
实施例4
a、五氧化二磷湿化学法制备碳量子点：将0.25g 1-丁基吡啶四氟硼酸盐([BPy]BF4)加入3mL蒸馏水中，搅拌均匀，将混合溶液放入存有4.5g五氧化二磷的圆底烧瓶中加热2min，溶液由无色变为黄色，冷却至室温，得到碳量子点；
b、本发明的荧光双水相在药物检测中的应用，应用上述100μL碳量子点溶于6mL量蒸馏水然后加入4.6g的磷酸二氢钠建立荧光双水相并将该荧光双水相应用于药物检测的方法是通过以下步骤进行的：在室温下，于若干10mL比色管中，依次加入100μL制备的碳量子点、6mL蒸馏水及4.6g磷酸二氢钠，不同浓度的黄酮类药物槲皮素，以pH 2.0的B-R缓冲溶液稀释至刻度，然后低速振摇50min时间后静置10min，最后取荧光双水相的上相在一定激发波长(λex＝370nm)下测定加入不同浓度的黄酮类药物槲皮素的荧光强度。
实施例5
a、五氧化二磷湿化学法制备碳量子点：将0.35g 1-十二烷基-3-甲基咪唑溴盐([C12mim]Br)加入4mL蒸馏水中，搅拌均匀，将混合溶液放入存有3.5g五氧化二磷的圆底烧瓶中加热4min，溶液由无色变为黄色，冷却至室温，得到碳量子点；
b、本发明的荧光双水相在药物检测中的应用，应用上述190μL碳量子点溶于6mL量蒸馏水然后加入5.9g的磷酸二氢钠建立荧光双水相并将该荧光双水相应用于药物检测的方法是通过以下步骤进行的：在室温下，于若干10mL比色管中，依次加入190μL制备的碳量子点、6mL蒸馏水及5.9g磷酸二氢钠，不同浓度的黄酮类药物槲皮素，以pH 2.0的B-R缓冲溶液稀释至刻度，然后低速振摇30min时间后静置40min，最后取荧光双水相的上相在一定激发波长(λex＝370nm)下测定加入不同浓度的黄酮类药物槲皮素的荧光强度。
实施例6
a、五氧化二磷湿化学法制备碳量子点：将0.38g 1-丁基-1-甲基哌啶氯盐([BMPi]Cl)加入5mL蒸馏水中，搅拌均匀，将混合溶液放入存有5.5g五氧化二磷的圆底烧瓶中加热6min，溶液由无色变为黄色，冷却至室温，得到碳量子点；
b、本发明的荧光双水相在药物检测中的应用，应用上述180μL碳量子点溶于5mL量蒸馏水然后加入6.9g的磷酸二氢钠建立荧光双水相并将该荧光双水相应用于药物检测的方法是通过以下步骤进行的：在室温下，于若干10mL比色管中，依次加入180μL制备的碳量子点、5mL蒸馏水及6.9g磷酸二氢钠，不同浓度的黄酮类药物槲皮素，以pH 2.0的B-R缓冲溶液稀释至刻度，然后低速振摇20min时间后静置40min，最后取荧光双水相的上相在一定激发波长(λex＝370nm)下测定加入不同浓度的黄酮类药物槲皮素的荧光强度。
实施例7
a、五氧化二磷湿化学法制备碳量子点：将0.30g N-乙基吡啶四氟硼酸盐([EPy]BF4)加入4mL蒸馏水中，搅拌均匀，将混合溶液放入存有6.5g五氧化二磷的圆底烧瓶中加热6min，溶液由无色变为黄色，冷却至室温，得到碳量子点；
b、本发明的荧光双水相在药物检测中的应用，应用上述150μL碳量子点溶于6mL量蒸馏水然后加入5.7g的磷酸二氢钠建立荧光双水相并将该荧光双水相应用于药物检测的方法是通过以下步骤进行的：在室温下，于若干10mL比色管中，依次加入150μL制备的碳量子点、6mL蒸馏水及5.7g磷酸二氢钠，不同浓度的黄酮类药物槲皮素，以pH 2.0的B-R缓冲溶液稀释至刻度，然后低速振摇50min时间后静置5min，最后取荧光双水相的上相在一定激发波长(λex＝370nm)下测定加入不同浓度的黄酮类药物槲皮素的荧光强度。
实施例8
a、五氧化二磷湿化学法制备碳量子点：将0.40g 1-十六烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C16mim]BF4)加入5mL蒸馏水中，搅拌均匀，将混合溶液放入存有3.5g五氧化二磷的圆底烧瓶中加热3min，溶液由无色变为黄色，冷却至室温，得到碳量子点；
b、本发明的荧光双水相在药物检测中的应用，应用上述120μL碳量子点溶于5mL量蒸馏水然后加入5.8g的磷酸二氢钠建立荧光双水相并将该荧光双水相应用于药物检测的方法是通过以下步骤进行的：在室温下，于若干10mL比色管中，依次加入120μL制备的碳量子点、5mL蒸馏水及5.8g磷酸二氢钠，不同浓度的黄酮类药物槲皮素，以pH 2.0的B-R缓冲溶液稀释至刻度，然后低速振摇40min时间后静置30min，最后取荧光双水相的上相在一定激发波长(λex＝370nm)下测定加入不同浓度的黄酮类药物槲皮素的荧光强度。
Claims (6)
1.一种基于碳量子点的荧光双水相的制备方法，包括以下步骤：
a、五氧化二磷湿化学法制备碳量子点：将一定量的离子液体加入一定量蒸馏水中，搅拌均匀，将混合溶液加入放有五氧化二磷的圆底烧瓶中加热一段时间，溶液由无色变为黄色，冷却至室温，得到碳量子点；
b、荧光双水相的建立：将步骤a中制备的碳量子点加入到一定量的蒸馏水中，再加入一定量的磷酸二氢钠，在一定温度条件下低速振摇一段时间后静置，得到荧光双水相。
2.设计了一个同时实现高效富集和高灵敏度检测的分析流程，并将其应用于生物样品或环境样品中药物的富集和检测：在荧光双水相中加入一定量的待分析药物，低速振摇一定时间后静置，取一定体积的上相溶液用荧光分光光度计检测其荧光强度。
3.根据权利要求1所述的一种基于碳量子点的荧光双水相的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，所用离子液体的量为0.08～0.4g，五氧化二磷的量为1.0～10.0g，蒸馏水的量为1～10mL，反应时间为1～10min。
4.根据权利要求1所述的一种基于碳量子点的荧光双水相的制备方法，其特征在于：所述步骤b中，碳量子点的量为10～200μL，蒸馏水的加入量为1～10mL，磷酸二氢钠的量为0.4～4g，静置或振摇时间为5～60min，成相温度为0～50℃。
5.根据权利要求1所述的一种基于碳量子点的荧光双水相的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([Bmim]BF4)、1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐([Emim]OTF)、1-己基-3-甲基咪唑氯盐([Hmim]Cl)、1-丁基吡啶四氟硼酸盐([BPy]BF4)、1-十二烷基-3-甲基咪唑溴盐([C12mim]Br)、1-丁基-1-甲基哌啶氯盐([BMPi]Cl)、N-乙基吡啶四氟硼酸盐([EPy]BF4)、1-十六烷基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([C16mim]BF4)等。
6.根据权利要求2所述的分析流程，其特征在于：待分析药物为头孢噻吩、头孢曲松、依替米星、头孢克洛、新霉素、非洛地平、槲皮素、环丙沙星、土霉素等，振摇速度为10～1000min/r，移取上相溶液的体积为1～10mL。
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Address after: 211198 No. 639 Longmian Avenue, Jiangning District, Nanjing City, Jiangsu Province Applicant after: CHINA PHARMACEUTICAL University Applicant after: NANJING INSTITUTE OF ENVIRONMENTAL SCIENCES, MEE Address before: 211198 No. 639 Longmian Avenue, Jiangning District, Nanjing City, Jiangsu Province Applicant before: China Pharmaceutical University Applicant before: NANJING INSTITUTE OF ENVIRONMENTAL SCIENCES, MEP |
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Granted publication date: 20190903 Termination date: 20210928 |
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