CN106596481A - 一种利用硼氮掺杂的荧光碳点探针检测Pb2+的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用硼氮掺杂的荧光碳点探针检测Pb²⁺的方法，包括以下步骤：(1)制备荧光碳点:以包含硼、氮的碳源为基础，采用水热法合成荧光碳点。(2)取多份探针溶液，并往其中加入不同含量的Pb²⁺，通过含有不同浓度的Pb²⁺的溶液的荧光强度的不同，建立检测线性关系。(3)往含有Pb²⁺的待测溶液中加入与标准溶液含量相同的探针溶液，测其荧光强度，从而得到待测溶液中Pb²⁺的含量。本发明中提供的荧光碳点探针具有生物毒性低，生物相容性好，性能稳定，价格便宜，合成条件简单等特点，并且将其用于检测Pb²⁺时，检测过程简单，能耗低，选择性高，灵敏度高等。

Description

一种利用硼氮掺杂的荧光碳点探针检测Pb2+的方法

技术领域

本发明属于纳米材料领域，涉及一种利用硼氮掺杂的荧光碳点探针检测Pb²⁺的方法。

背景技术

作为人体唯一不需要的微量元素，稳定而不可降解的污染物，铅的含量严格监控是十分必要的。研究表明，铅能使大脑中的活性蛋白变形失活，使相关功能紊乱或停止，甚至使脑死亡。铅积蓄在人体骨骼中，会对人体的血液***、免疫***、消化***、神经***等产生影响。因此，建立一种检测铅含量的方法十分迫切。目前，检测铅的方法主要有原子吸收光谱法(AAS)，电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)，电化学阻抗法，但这些方法存在耗时长，能耗大，及不经济等特点，而荧光光谱法作为一种低能耗，灵敏度高，选择性好的方法，近年来得到广泛关注。

碳点是一种分散性的、尺寸小于10nm的类球形荧光碳纳米颗粒，除具有传统量子点的优良光学性能外，它还具有良好的生物相容性、低毒性及廉价易得等特点，被广泛应用于生物标记、生物传感、生物检测、光电子器件、环境监测和催化等领域。硼、氮是元素周期表中与碳相邻的元素，与碳具有相似的原子半径。掺入硼氮后，可以有效的修饰碳点表面缺陷，改善其性能。目前，已经报道了许多含氮的碳点，很少能与Pb²⁺作用，但Pb²⁺却能使硼氮掺杂碳点的荧光强度大大增强，利用这个性质，可以发展一种检测Pb²⁺的方法。并且，目前鲜少有以碳点作为探针来检测Pb²⁺的工作，因此，以碳点为基础发展一种检测Pb²⁺的方法有一定的应用前景。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种利用硼氮掺杂的荧光碳点探针检测Pb²⁺的方法，其检测限较低，提升了探针对Pb²⁺的选择性，降低了背景的干扰。

本发明提供的技术方案：一种利用硼氮掺杂的荧光碳点探针检测Pb²⁺的方法，包括以下步骤：

(1)制备荧光碳点:以含硼、氮和碳的化合物作为原料，含硼、氮和碳的化合物原料为氨基苯硼酸或者硼酸、尿素和葡萄糖的混合物，将其溶于超纯水中，再加入NaOH溶液；

(2)将所述步骤(1)中得到的混合溶液放入聚四氟乙烯的反应釜中，水热温度为120～200℃，加热时间为2～8h，利用水热法反应，再离心透析，制备得到荧光碳点探针溶液；

(3)标准工作溶液的配制：取不同体积的Pb²⁺原液，并分别往其中加入10μL所述步骤(2)得到的荧光碳点探针溶液，再用pH为4的PBS缓冲溶液将其稀释至体积为2mL，形成一系列标准工作溶液；

(4)用荧光光度计在一定的激发波长下，所述荧光光度计测量Pb²⁺的激发波长为360nm，或激发波长为460nm，分别测出上述标准工作溶液的荧光强度，得到荧光光谱图，并以Pb²⁺浓度为横坐标，标准工作溶液的荧光强度为纵坐标作图，得到工作标准曲线；

(5)样品中Pb²⁺的测定：往含有Pb²⁺的待测溶液中加入与标准工作溶液含量相同的荧光碳点探针溶液，并测其荧光强度，从而得到待测溶液中Pb²⁺的含量。

进一步的，步骤(1)中，所述氨基苯硼酸或者硼酸、尿素和葡萄糖的混合物的加入量为0.1～1g。

进一步的，所述步骤(1)中NaOH溶液的浓度为0.1～1mol/L。

进一步的，所述标准工作溶液中Pb²⁺的浓度范围是9～55nM，检测限是0.18nM。

进一步的，所述步骤(4)中和步骤(5)中选用的荧光光度计测量Pb²⁺的激发波长为360nm，发射波长为430nm，或激发波长为460nm，发射波长为530nm。

本发明的有益效果：

(1)本发明合成的水溶性碳点具有价格便宜、性能稳定、无毒等优点，作为一种潜在的荧光标记物有望应用于光成像、生物标记、化学传感器等领域，并且它在环境分析、生化分析、食品安全等领域也具有较为广阔的应用前景。

(2)本发明所述以硼氮掺杂荧光碳点为探针检测Pb²⁺的方法，检测过程简单，灵敏度高，检出限低。

(3)本发明与传统荧光法检测Pb²⁺不同的是，本探针可在发射波长为430nm和530nm即蓝光和绿光两个区域内对Pb²⁺有响应，大大提升了探针对Pb²⁺的选择性，降低了背景的干扰。

附图说明

图1为本发明实施例1的制备得到碳点的荧光发射图谱；

图2为本发明实施例2的制备得到碳点的紫外-可见吸收光谱；

图3为本发明实施例3的制备得到碳点用作探针检测Pb²⁺的标准曲线图。

图4为本发明实施例2的制备得到碳点用作探针检测Pb²⁺的选择性测试。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

硼氮掺杂的荧光碳点的制备方法，包括如下步骤：

(1)将0.1g尿素、0.1g硼酸和0.1g葡萄糖溶于20mL的超纯水中，搅拌。往以上溶液中加入1mol/L的NaOH溶液1mL，并将混合后的溶液转移至反应釜中。

(2)加热至200℃，反应4h后，离心透析待用。所得碳点具有独特的荧光性质，发射光谱随激发光波长变化而变化，参照图1。

标准曲线的建立，包括如下步骤：

(1)取不同体积的Pb²⁺原液，并分别往其中加入10μL探针溶液，再用pH为4的PBS缓冲溶液将其稀释至体积为2mL，形成标准溶液。

(2)用荧光光度计在360nm的激发波长下，分别测出上述标准溶液的荧光强度，得到荧光光谱图。并以Pb²⁺浓度为横坐标，标准溶液的荧光强度为纵坐标作图，得到标准曲线。

实际样品的测定，包含如下步骤：

将待测溶液、pH为4的PBS溶液和10μL探针溶液混合，使用荧光分光光度计在360nm的激发波长下，检测待测溶液的荧光强度，将其带入标准曲线中，得到待测溶液中Pb²⁺的含量。

实施例2

硼氮掺杂的荧光碳点的制备方法，包括如下步骤：

(1)将0.5g氨基苯硼酸溶于20mL的超纯水中，搅拌。往以上溶液中加入1.5mol/L的NaOH溶液0.8mL，并将混合后的溶液转移至反应釜中。

(2)加热至180℃，反应6h后，离心透析待用。通过紫外-可见吸收光谱图中位于235nm和294nm处的碳点特征吸收峰，参照图2，证明碳点的合成。

标准曲线的建立，包括如下步骤：

(1)取不同体积的Pb²⁺原液，并分别往其中加入10μL探针溶液，再用pH为4的PBS缓冲溶液将其稀释至体积为2mL，形成标准溶液。

(2)用荧光光度计在460nm的激发波长下，分别测出上述标准溶液的荧光强度，得到荧光光谱图。并以Pb²⁺浓度为横坐标，标准溶液的荧光强度为纵坐标作图，得到标准曲线。

实际样品的测定，包含如下步骤：

将待测溶液、pH为4的PBS溶液和10μL探针溶液混合，使用荧光分光光度计在460nm的激发波长下，检测待测溶液的荧光强度，将其带入标准曲线中，得到待测溶液中Pb²⁺的含量。

同时对制备得到的荧光碳点探针溶液对不同金属离子的检测做进一步的选择性测试，其结果如图4所示，采用本发明制备得到的荧光碳点探针只对Pb²⁺有显著的正相关响应，只有Pb²⁺能够使本探针的荧光强度增强，以上实验结果表明，采用本发明制备的荧光碳点探针溶液检测Pb²⁺的检出限低，相较于一般荧光探针本发明能检测出更低含量的Pb²⁺，且检测结果准确。

实施例3

硼氮掺杂的荧光碳点的制备方法，包括如下步骤：

(1)将0.2g氨基苯硼酸溶于20mL的超纯水中，搅拌。往以上溶液中加入1mL 1.2M的NaOH，并将混合后的溶液转移至反应釜中。

(2)加热至160℃，反应8h后，离心透析待用。

标准曲线的建立，包括如下步骤：

(1)取不同体积的Pb²⁺原液，并分别往其中加入10μL探针溶液，再用pH为4的PBS缓冲溶液将其稀释至体积为2mL，形成标准溶液。

(2)用荧光光度计在460nm的激发波长下，分别测出上述标准溶液的荧光强度，得到荧光光谱图。并以Pb²⁺浓度为横坐标，标准溶液的荧光强度为纵坐标作图，得到标准曲线。标准曲线参照图3。

实际样品的测定，包含如下步骤：

将待测溶液、pH为4的PBS溶液和10μL探针溶液混合，使用荧光分光光度计在360nm的激发波长下，检测待测溶液的荧光强度，将其带入标准曲线中，得到待测溶液中Pb²⁺的含量。

与已报道的氮掺杂碳点比较，硼氮掺杂的碳点在Pb²⁺检测方面具有明显优势。本发明硼氮掺杂的荧光碳点在蓝光、绿光的波长范围内，使其荧光增强，而已报道的文献中的氮掺杂的碳点一般只在蓝光内响应，但在检测Pb²⁺有的不响应，有的甚至会使荧光猝灭，基本不能用来检测Pb²⁺，将本发明制备的硼氮掺杂的荧光碳点检测Pb²⁺具有很好的效果，检测限低，测定结果准确。

以上所述仅为本发明的具体实施方案的详细描述，并不以此限制本发明，凡在本发明的设计思路上所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用硼氮掺杂的荧光碳点探针检测Pb²⁺的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)制备荧光碳点:以含硼、氮和碳的化合物作为原料，含硼、氮和碳的化合物原料为氨基苯硼酸或者硼酸、尿素和葡萄糖的混合物，将其溶于超纯水中，再加入NaOH溶液；

(2)将所述步骤(1)中得到的混合溶液放入聚四氟乙烯的反应釜中，水热温度为120～200℃，加热时间为2～8h，利用水热法反应，再离心透析，制备得到荧光碳点探针溶液；

(3)标准工作溶液的配制：取不同体积的Pb²⁺原液，并分别往其中加入10μL所述步骤(2)得到的荧光碳点探针溶液，再用pH为4的PBS缓冲溶液将其稀释至体积为2mL，形成一系列标准工作溶液；

(4)用荧光光度计在一定的激发波长下，所述荧光光度计测量Pb²⁺的激发波长为360nm，或激发波长为460nm，分别测出上述标准工作溶液的荧光强度，得到荧光光谱图，并以Pb²⁺浓度为横坐标，标准工作溶液的荧光强度为纵坐标作图，得到工作标准曲线；

(5)样品中Pb²⁺的测定：往含有Pb²⁺的待测溶液中加入与标准工作溶液含量相同的荧光碳点探针溶液，并测其荧光强度，从而得到待测溶液中Pb²⁺的含量。

2.根据权利要求1所述的利用硼氮掺杂的荧光碳点探针检测Pb²⁺的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述氨基苯硼酸或者硼酸、尿素和葡萄糖的混合物的加入量为0.1～1g。

3.根据权利要求1所述的利用硼氮掺杂的荧光碳点探针检测Pb²⁺的方法，其特征在于：所述步骤(1)中NaOH溶液的浓度为0.1～1mol/L。

4.根据权利要求1-3任一项所述的利用硼氮掺杂的荧光碳点探针检测Pb²⁺的方法，其特征在于：所述标准工作溶液中Pb²⁺的浓度范围是9～55nM，检测限是0.18nM。