一种碳量子点的合成方法、碳量子点及检测Ag与流程

一种碳量子点的合成方法、碳量子点及检测ag

的方法
技术领域
1.本发明涉及碳纳米材料的制备及离子检测技术领域，特别涉及一种碳量子点的合成方法、碳量子点及检测ag

的方法。


背景技术：

2.银是人体组织中的微量元素之一，微量的银离子对人体并无危害，根据who最新发布的《世界卫生组织饮用水质量指导标准》第四版，饮用水中银离子浓度低于0.1ppm不会对人体造成不良影响。过多摄取银离子会导致人体蛋白体以及各种酶变性，引起内脏器官水肿等。
3.而近年来电子、感光、化学化工行业迅猛发展，银在其中也起到不可或缺的作用。在电接触材料、复合材料、焊接材料中，银有着难以取代的地位。相应的，随着这类行业的广泛应用，导致工业废水中存在着大量的银离子。
4.传统的分析银离子的方法有很多，例如原子吸收光谱法、电化学法、等离子体质谱法，但这些检测方法都存在一定的缺陷，精密昂贵的仪器设备，繁琐的前置准备环节，并且设计原理过于复杂，导致方法精密度不够，灵敏度普遍较低。检测过程复杂、耗时长，对工作人员要求高等缺点影响了这类分析方法在现实中的运用。
5.近年来，荧光碳基材料引起了广泛关注，它主要包括碳量子点、石墨烯量子点，荧光石墨烯，纳米钻石和富勒烯。其中碳量子点作为新型纳米材料，其具有良好的光电性能与化学性质，得到了多种领域的科学家的广泛关注，且碳量子点具有的低毒性、良好的生物相容性。所以考虑利用碳量子点检测银离子。而目前的碳量子点制备方法有两种：物理法和化学法。主要包括电弧放电、激光刻蚀法、电化学法、超声合成法、溶剂热法、微波辐射法，这一类方法大多比较复杂且成品会对环境产生一定的污染。


技术实现要素：

6.针对上述现存技术存在的缺点，本发明的目的在提供一种碳量子点及碳量子点的合成方法，可以快速准确检测水中的ag

，且合成方法操作简单，制备过程环保、不会对环境产生危害，本发明的另一目的在于提供一种检测ag离子的方法，检测操作简单，对ag

选择性强，且检测灵敏度高、检测速度快。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
8.一种碳量子点的合成方法，包括如下步骤：
9.(1)制备聚对苯二胺：
10.取2.0g对二苯胺溶于50ml 1mol/l的盐酸溶液中，置于250ml烧杯中80℃水浴，搅拌20min使其充分溶解；取4.2g硫酸铵溶于10ml蒸馏水中配成溶液；将硫酸铵溶液以3s/滴的速度加入对二苯胺溶液中，滴完之后，聚合体系在80℃中保温反应8h；反应结束后，抽滤分离反应产物，分别用去离子水、1:1氨水和无水乙醇润洗，收集洗涤后的产物并放入60℃烘箱中烘至恒重约，得到黑色固体粉末为聚对苯二胺；
11.(2)合成碳量子点：
12.取30mg聚对二苯胺和100mg柠檬酸三钠溶于10ml水中，充分搅匀，在30ml反应釜中200℃反应3h；反应结束后，冷却至室温，用透析袋透析48h后，得到碳量子点，将合成的碳量子点置于4℃下储存备用。
13.进一步的，所述透析袋的截留分子量为500—1000。
14.一种碳量子点，所述碳量子点由权利要求1
‑
2任一所述的合成方法制得。
15.进一步的，该碳量子点的xrd衍射图谱显示2θ在26
°
附近有明显的宽吸收峰。
16.进一步的，该碳量子点的粒径的大小为1
‑
3nm。
17.进一步的，该碳量子点的傅里叶变换红外光谱图显示在3442cm
‑1和1399cm
‑1处的尖峰分别为n
‑
h/o
‑
h的伸缩振动峰和o
‑
h弯曲振动峰，而位于1582cm
‑1的峰可能与羧酸阴离子的不对称拉伸振动或n
‑
h的弯曲振动有关，而1128cm
‑1的峰归属于c
‑
n的伸缩振动峰。
18.一种基于上述碳量子点的检测ag

的方法，包括如下步骤：
19.(1)取20个5ml的样品瓶，每个样品瓶中均加入实验室用去离子水3ml；
20.(2)向每个样品瓶中分别加入2μl权利要求1制得的碳量子点，然后再分别加入硝酸银溶液，配制成银离子摩尔浓度为2x10
‑8，4x10
‑8，6x10
‑8,8x10
‑8,1x10
‑7，...，3.8x10
‑7，4x10
‑7的混合溶液，室温放置3min后，以360nm为激发波长，分别测定40个样品的荧光发射光谱变化图；
21.(3)根据20个样品的荧光发射光谱变化图中荧光强度的变化情况作出对应的荧光强度随铁离子浓度变化的拟合曲线，该曲线所对应的线性方程为y＝833.2 1.968x，r2＝0.9937，线性范围为6x10
‑8～4x10
‑7；cds的激发程度与ag

二者之间有良好的的线性关系r2＝0.9937，根据3δ/s，δ为空白样品的标准偏差，s为标准曲线的斜率，根据三组碳点样品的空白荧光峰值得出碳点的标准偏差为2.017，该方法的最低检测限为3.074x10
‑8m。
22.相对于现有技术，本发明具有以下优势：
23.(1)相比于现有的检测技术，本发明中的碳量子点合成路线非常简单，且合成方法绿色环保，后处理方便；
24.(2)制备出的碳量子点易于保存，存储在4℃冰箱中便可存储，进行荧光检测时所需碳量子点用量少，同时检测ag

时灵敏度高；
25.(3)根据碳点与银离子结合反应的荧光强度变化的线性方程可以得出碳量子点对银离子的检测限为3.074x10
‑8m，而《世界卫生组织饮用水质量指导标准》第四版，饮用水中银离子浓度低于0.1ppm不会对人体造成不良影响，这个含量明显高于本碳量子点对银离子的检测限，所以该碳量子点有望于检测水中是否含有银离子。
附图说明
26.图1为碳量子点的xrd衍射图谱；
27.图2为碳量子点的透射电镜图谱；
28.图3为碳量子点的傅里叶变换红外光谱图；
29.图4为碳量子点在不同浓度的银离子时的光谱变化图；
30.图5为碳量子点对不同浓度银离子的浓度变化的线性方程图；
31.图6为各种金属离子对碳量子点的反应变化图；
32.图7为各种金属离子对银离子是否存有干扰性。
具体实施方式
33.如图1
‑
7所示：一种碳量子点的合成方法、碳量子点及检测ag 的方法,碳量子点的合成方法包括如下步骤：
34.(1)制备聚对苯二胺：
35.取2.0g对二苯胺溶于50ml 1mol/l的盐酸溶液中，置于250ml烧杯中80℃水浴，搅拌20min使其充分溶解。取4.2g硫酸铵溶于10ml蒸馏水中配成溶液。将硫酸铵溶液以3s/滴的速度加入对二苯胺溶液中，滴完之后，聚合体系在80℃中保温反应8h。反应结束后，抽滤分离反应产物，分别用去离子水、1:1氨水和无水乙醇润洗，收集洗涤后的产物并放入60℃烘箱中烘至恒重约，得到黑色固体粉末为聚对苯二胺。
36.(2)合成的碳量子点：
37.取30mg聚对二苯胺和100mg柠檬酸三钠溶于10ml水中，充分搅匀，在30ml反应釜中200℃反应3h。反应结束后，冷却至室温，用截留分子量为500
‑
1000的透析袋透析48h后，得到碳量子点，将合成的碳量子点置于4℃下储存备用。
38.图1为碳量子点的xrd衍射图谱，从图中可以看出2θ在26
°
附近有明显的宽吸收峰。
39.图2为碳量子点的透射电镜图谱，从图中可以看出碳量子点的粒径的大小在3nm左右。
40.图3为碳量子点的傅里叶变换红外光谱图，从图中可以看出在3442cm
‑1和1399cm
‑1处的尖峰分别为n
‑
h/o
‑
h的伸缩振动峰和o
‑
h弯曲振动峰，而位于1582cm
‑1的峰可能与羧酸阴离子的不对称拉伸振动或n
‑
h的弯曲振动有关，而1128cm
‑1的峰归属于c
‑
n的伸缩振动峰。
41.采用制备好的碳量子点检测ag

的方法，步骤如下：
42.(1)取20个5ml的样品瓶，每个样品瓶中均加入实验室用去离子水3ml；
43.(2)向每个样品瓶中分别加入2μl权利要求1制得的碳量子点，然后再分别加入硝酸银溶液，配制成银离子摩尔浓度为2x10
‑8，4x10
‑8，6x10
‑8,8x10
‑8,1x10
‑7，...，3.8x10
‑7，4x10
‑7的混合溶液，室温放置3min后，以360nm为激发波长，分别测定20个样品的荧光发射光谱变化图；图4为不同ag

浓度时的碳量子点荧光变化，该碳点的荧光激活反应随着ag

的浓度增加而增加。
44.(3)根据20个样品的荧光发射光谱变化图中荧光强度的变化情况，如图5，作出对应的荧光强度随银离子浓度变化的拟合曲线，该曲线所对应的线性方程为y＝833.2 1.968x，r2＝0.9937，线性范围为6x10
‑8～4x10
‑7，最低检测限为3.074x10
‑8m。
45.取13个5ml样品瓶，分别加入3ml实验室用去离子水，再向各个样品瓶中分别加入浓度为3.0x10
‑2m的ag

,al
3
,ba
2
,cr
3
,cu
2
,k

,fe
3
,mg
2
,mn
2
,na

,ni
2
,pb
2
,zn
2
的4μl溶液，然后再取13次2μl的碳量子点分别加入13个样品瓶中，于室温下静置3min。测定13个样品在360nm下的荧光发射图谱，结果如图6所示。图6的测试结果表明：在实验用去离子水中ag

的加入可使碳量子点的荧光有所激发，并有明显的变化，而其他金属离子加入后并无明显变化且不影响碳量子点的荧光强度，说明碳量子能够有效识别ag

。