阅读说明：本技术 一种绿光发射的铽掺杂碳量子点制备方法及其产品和应用 (Preparation method of terbium-doped carbon quantum dots emitting green light, product and application thereof ) 是由 符剑刚 蓝强 欧阳征国 王晓波 赵迪 朱仁锋 李春林 于 2020-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种绿光发射的铽掺杂碳量子点的制备方法及其产品,制备方法包括：将间苯二铵和Tb(Cl)<Sub>3</Sub>·6H<Sub>2</Sub>O混合,经水热反应,离心后收集产物,得到铽掺杂碳量子点。该制备方法得到铽掺杂碳量子点荧光量子产率高、分散性好、且可控制,生产成本低,重现性好,通过控制原料用量和浓度及反应的温度和时间,形成均匀的形貌结构。且制备的铽掺杂碳量子点荧光强度的变化与ACT和CIP的线性依赖关系,相关系数良好,能实现对ACT和CIP的高灵敏、高选择性的传感。可以作为优秀的纳米探针用于ACT和CIP的测量,且检测不受其他物质干扰。对样品污水中的ACT含量测定,回收率在95％-105％之间结果具有一定实用性。(The invention relates to a preparation method of terbium-doped carbon quantum dots emitted by green light and a product thereof, wherein the preparation method comprises the following steps: m-phenylenediamine and Tb (Cl) 3 ·6H 2 And O, mixing, performing hydrothermal reaction, centrifuging and collecting a product to obtain the terbium-doped carbon quantum dot. The terbium-doped carbon quantum dots obtained by the preparation method have the advantages of high fluorescence quantum yield, good dispersibility, controllability, low production cost and good reproducibility, and the uniform morphology structure is formed by controlling the consumption and concentration of raw materials and the temperature and time of reaction. And the change of the fluorescence intensity of the prepared terbium-doped carbon quantum dot and ACTAnd the linear dependence relation of CIP and good correlation coefficient, and can realize high-sensitivity and high-selectivity sensing on ACT and CIP. Can be used as an excellent nanoprobe for measuring ACT and CIP, and the detection is not interfered by other substances. The result of the determination of the ACT content in the sample sewage with the recovery rate of 95-105% has certain practicability.)

一种绿光发射的铽掺杂碳量子点制备方法及其产品和应用

技术领域

本发明涉及纳米材料传感研究领域，具体地，涉及一种绿光发射的铽掺杂碳量子点制备方法及其产品和应用。

背景技术

近年来医药业迅速发展，使人们对药物的依赖性逐渐扩大，但是过多的使用药品也导致水体污染。比如对乙酰氨基酚(ACT)，是世界上最重要的解热镇痛药物之一，在生物医药中广泛使用。ACT常用于缓解牙痛、背痛、肌肉酸痛、头痛等轻微疼痛，还可减轻感冒、发烧和咳嗽等症状。法定剂量因年龄和体重而异。推荐剂量的ACT(成年人每天少于4000mg)是安全的，但是，经常过量服用这种药物的人会有严重的副作用，如严重的肝损害和肾功能衰竭。由于ACT的广泛使用从而造成的水体污染，监测其在生活用水样品中的浓度非常重要。

四环素(CIP)是常用的抗生素之一，它可以用作备禽饲养过程中的生长促进剂，在临床医学中可以治疗各种疾病，对阴性菌、格兰氏阳性、支原体和衣原体之类的微生物起到有效的杀菌作用，因此是我国畜禽饲养和临床治疗当中使用量最大的抗生素。人类对抗生素的过量使用，会引起胃肠道反应，导致肾毒性、肝毒性以及产生牙齿和骨骼发育不良等影响:长期使用，抗生素抗性基因频率不断上升，机体内会产生大量耐药菌，对人体的健康存在很大的危害。抗生素在使用过程中，由于不能被畜禽和人类完全吸收，一部分会以原型或者代谢后以尿液和粪便的形式排出在环境中。抗生素污染主要来源于长期对农用抗生素的滥用，抗生素在环境中长期的积累，部分降解转化无害物质，但大部分被土壤和日常废水吸收，导致环境中土壤和水资源的污染，因此制备简单传感器能对水体中CIP检测是非常必要的。特别是荧光强度波动的光学方法，由于具有良好的时空分辨率、高信噪比、快速响应、无创性和良好的灵敏度等优点，在传感测量中备受关注。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种简单可行的铽掺杂碳量子点的制备方法。本发明的目的之二提供一种绿光发射的铽掺杂碳量子点，其产率高、分散性好。本发明的目的之二提供利用上述的铽掺杂碳量子点作为探针检测对乙酰氨基酚(ACT)和四环素(CIP)的应用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1、一种铽掺杂碳量子点的制备方法，制备方法包括：将间苯二胺、Tb(Cl)3·6H2O和蒸馏水混合，经水热反应，离心后收集产物，得到铽掺杂碳量子点。

进一步，制备方法还包括纯化步骤，将反应收集得到的铽掺杂碳量子点，用1000Da透析袋透析10-16h，置于4℃贮存备用。

进一步，所述水热反应的条件为：温度为180-200℃，时间为7-9h。

进一步，所述水热反应的条件为：温度为190℃，时间为8h。

进一步，间苯二胺的浓度为0.09-0.10mol/L，Tb(Cl)3·6H2O的浓度为0.002-0.005mol/L。

2、由以上任一项铽掺杂碳量子点的制备方法得到的铽掺杂碳量子点，所述铽掺杂碳量子点为绿色发射。

3、铽掺杂碳量子点在作为探针在四环素或乙酰氨基酚检测中的应用。

进一步，铽掺杂碳量子点在作为探针在污水中四环素或乙酰氨基酚检测的应用。

4、一种利用铽掺杂碳量子点作为探针检测乙酰氨基酚方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将不同浓度的对乙酰氨基酚分别与PBS缓冲溶液、铽掺杂碳量子点溶液混合、定容，得到建立标准曲线的标准品溶液；待测样品同样与PBS缓冲溶液、铽掺杂碳量子点溶液混合、定容，得到待测样品溶液；

(2)将铽掺杂碳量子点溶液和PBS缓冲溶液混合、定容，得到空白溶液；

(3)分别测定各标准品溶液和空白溶液的最大荧光强度；

(4)以空白溶液的最大荧光强度和标准品溶液的最大荧光强度的差，再与空白溶液的最大荧光强度的比值为纵坐标，各标准品溶液中对乙酰氨基酚的浓度为横坐标，建立荧光发射光谱标准曲线方程；

(5)测定待检测对乙酰氨基酚的最大荧光强度，然后根据荧光发射光谱标准曲线方程计算得到待测样品中对乙酰氨基酚的浓度。

进一步，所述PBS缓冲溶液的浓度为0.008-0.012mol/L，pH为6.0-7.4。

为了进一步提高检测灵敏度和检测效果，最大荧光强度在25℃±1的温度条件下进行。

为了进一步提高检测灵敏度和检测效果，在380-650nm波长范围内进行最大荧光强度测定。

为了进一步提高检测灵敏度和检测效果，在测定最大荧光强度前，各待测溶液需静置2-10min。

本发明的有益效果在于：本发明提供的铽掺杂碳量子点制备方法，原料简单易得，在反应过程中，间苯二胺一是作为合成铽掺杂碳量子点的碳源和氮源，二是做为氨基的供给。本发明提供的铽掺杂碳量子点制备方法制备的铽掺杂碳量子点荧光量子产率高、分散性好、且可控制，生产成本低，重现性好，通过控制原料用量和浓度及反应的温度和时间，形成均匀的形貌结构；由于制备的铽掺杂碳量子点与对乙酰氨基酚之间存在静电强相互作用，诱导电子转移导致铽掺杂碳量子点荧光有下降，对于CIP是制备的铽掺杂碳量子点与四环素之间存在能量转移，将能量传给金属铽从而使得荧光强度增强。且制备的铽掺杂碳量子点荧光强度的变化与ACT和CIP的线性依赖关系，相关系数良好，能实现对ACT和CIP的高灵敏、高选择性的传感。因此，本发明制备的铽掺杂碳量子点可以作为优秀的纳米探针用于ACT和CIP的测量，且检测不受其他物质干扰，更可以作为中ACT和CIP的测量。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为实施例1中制备的铽掺杂碳量子点的透射电子显微镜照片(TEM)；

图2为实施例1中制备的铽掺杂碳量子点的荧光激发依赖图(Fluorescence)；

图3为实施例1中制备的铽掺杂碳量子点的紫外吸收图(Absorbance)；

图4为利用实施例1中制备的铽掺杂碳量子点检测对乙酰氨基酚的荧光发射光谱图；

图5为利用实施例1中制备的铽掺杂碳量子点检测对乙酰氨基酚的荧光强度线性图；

图6为加入不同浓度的对乙酰氨基酚后紫外灯下荧光亮度变化；

图7为利用实施例1中制备的铽掺杂碳量子点检测四环素的荧光发射光谱图；

图8为利用实施例1中制备的铽掺杂碳量子点；检测四环素的荧光强度线性图；

图9为不同与ACT相似类物质对铽掺杂碳量子点的荧光响应柱状图；

图10为不同物质对铽掺杂碳量子点的荧光响应柱状图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

将0.300g间苯二胺和0.050g Tb(Cl)₃·6H₂O溶解于30mL二次蒸馏水中，超声溶解，搅拌30分钟，得到均匀的混合溶液；混合溶液中间苯二胺的浓度为0.09-0.10mol/L，Tb(Cl)₃·6H₂O的浓度为0.002-0.005mol/L均可。将混合溶液转移至50ml不锈钢聚四氟乙烯的高温反应釜中，于190℃水热反应8h，取出反应釜自然冷却至室温，之后，通过离心收集产物，用1000Da透析袋透析12h，置于冰箱内4℃贮存备用；产物TEM照片如图1所示，从图中可以看出铽掺杂碳量子点尺寸大小分散较均匀，为接近球形的颗粒物，平均尺寸大小为2.55nm，和碳纳米材料尺寸分布特点相一致。从铽掺杂碳量子点的荧光激发依赖图(图2，其中曲线从上往下依次为380nm、390nm、400nm、410nm、420nm、430nm、440nm、450nm)和铽掺杂碳量子点的吸收图谱(图3)可以看出所制备的铽掺杂碳量子点与之前报道的碳量子点特征相一致。

实施例2

按照实施例1的方式进行，不同的是，水热反应的条件包括：温度为190℃，时间为7h；混合溶液中间苯二胺的浓度为0.052-0.06mol/L，Tb(Cl)₃·6H₂O的浓度为0.002-0.05mol/L。

实施例3

按照实施例1的方式进行，不同的是，水热反应的条件包括：温度为200℃，时间为9h；混合溶液中间苯二胺的浓度为0.052-0.06mol/L，Tb(Cl)₃·6H₂O的浓度为0.002-0.05mol/L。

以上述制备的铽掺杂碳量子点作为探针检测ACT和CIP。

实施例4

准确量取800μL的PBS缓冲溶液(0.01mol/L，pH＝6.0)，100μL纯化的铽掺杂碳量子点溶液和100μL不同浓度的ACT溶液依次加入2mL离心管中，定容，振荡混匀。随后，在25℃条件下恒温静置3min后，测定反应溶液的荧光发射光谱(激发波长为440nm)，如图4所示，图4中各曲线由上往下的ACT浓度依次为0μM、0.03μM、0.05μM、0.1μM、0.5μM、1μM、2μM、3μM、4μM、5μM、10μM、15μM、20μM。以空白无ACT存在下，空白溶液的518nm处的荧光强度与铽掺杂碳量子点518nm处荧光发射峰的荧光强度之差再与空白的比值为纵坐标，ACT浓度为横坐标，建立荧光发射光谱曲线的方程，得到温度为25℃条件下的荧光发射光谱曲线的方程为：y＝0.1441x(μmol/L)+0.0340，相关系数为0.994，如图5所示，从图5可以看出铽掺杂碳量子点检测ACT的线性检测范围(0.03-20μM)和检测限0.02μM。紫外灯下照片如图6所示随着浓度增加荧光亮度逐渐下降，与荧光仪所测相对应。

实施例5

按照实施例4的方式进行，不同的是，在检测中，PBS缓冲溶液的浓度为0.01mol/L，pH为6.5；在测定最大荧光强度前，各待测溶液静置3-5min。

实施例6

按照实施例4的方式进行，不同的是，在检测中，PBS缓冲溶液的浓度为0.012mol/L，pH为6.5；在测定最大荧光强度前，各待测溶液需静置3-5min。

实施例7

准确量取800μL的PBS缓冲溶液(0.01mol/L，pH＝6.5)，100μL纯化的铽掺杂碳量子点溶液和40μL不同浓度的CIP溶液(0.2、0.5、1、2、6、12、18、22、30μM)依次加入2mL离心管中，定容，振荡混匀。随后，在25℃条件下恒温静置3min后，测定反应溶液的荧光发射光谱(激发波长为440nm)，如图7所示(图中曲线自下而上依次为0、0.5、1、2、6、12、18、22、30μM)。以空白无CIP存在下，铽掺杂碳量子点的518nm处的荧光强度与空白518nm处荧光发射峰的荧光强度之差再与空白的荧光比值为纵坐标，CIP浓度为横坐标，建立荧光发射光谱曲线的方程，得到温度为25℃条件下的荧光发射光谱曲线的方程为：y＝0.0028x(μmol/L)+0.0820，相关系数为0.988，如图8所示，从图8可以看出铽掺杂碳量子点检测CIP的线性检测范围(0.2-30μM)和检测限0.15μM。

实施例8

为了研究该铽掺杂碳量子点探针对ACT和CIP检测的选择性，我们考察了阿司匹林(aspirin)、维生素C(Vc)、葡萄糖(Glucose)以及尿素(uricacid)、柠檬酸(citricacid)和其余与ACT相似类物质对铽掺杂碳量子点的响应。如图9所示，与其他干扰物质相比，ACT能使所制备的铽掺杂碳量子点的荧光有显著地荧光猝灭效果，而其他比ACT浓度大十倍的物质几乎不影响铽掺杂碳量子点的荧光。这一结果表明，所提出的铽掺杂碳量子点对ACT荧光传感体系具有很好的选择性。同理考察了Fe³⁺、Zn²⁺、Cu²⁺、NO^3-、cys等物质对碳点的影响，如图10所示，CIP能使所制备的铽掺杂碳量子点的荧光有显著增强效果，而其余物质几乎不影响此碳量子点的荧光。这一结果表明，所提出的铽掺杂碳量子点对CIP荧光传感体系具有很好的选择性。

实施例9

为研究真实样品水质中ACT的测定，我们取了三种不同来源样品水分别取①样品1：重庆市污处理中心的污水、②样品2：嘉陵江和长江交汇处水和③样品3：李子坝公园水，测定方法如下：

(1)各样品水准确量取20ml，进行除杂，用滤纸过滤三到四遍过滤掉过大沉淀物，超声处理15min，用10000转离心20min，取上清液，然后分别调整总容量为100mL，上清液通过0.22μM的孔径滤膜过滤，收集滤液；

(2)取(1)中三个处理后水样溶液分别与PBS缓冲溶液、实施例1制备的铽掺杂碳量子点溶液混合、定容，得到待测样品溶液；

(3)将不同浓度的对乙酰氨基酚分别与PBS缓冲溶液、铽掺杂碳量子点溶液混合、定容，得到建立标准曲线的标准品溶液；将铽掺杂碳量子点溶液和PBS缓冲溶液混合、定容，得到空白溶液；

(4)分别测定各标准品溶液和空白溶液的最大荧光强度；

(5)以空白溶液的最大荧光强度和标准品溶液的最大荧光强度的差，再与空白溶液的最大荧光强度的比值为纵坐标，各标准品溶液中对乙酰氨基酚的浓度为横坐标，建立荧光发射光谱标准曲线方程；

(5)测定待测样品溶液的最大荧光强度，然后根据荧光发射光谱标准曲线方程计算得到待测样品中对乙酰氨基酚的浓度。

各样品中ACT含量测定结果如表1，ACT的回收率为99.3％-105％，相对标准偏差(RSD)为1.2％-3.8％。这一结果表明，所提出的绿光发射的铽掺杂碳量子点对样品中ACT的荧光传感具有一定的实用价值。

表1

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。