一种碲化镉量子点的合成方法及其应用与流程

1.本发明涉及量子点合成技术领域，具体涉及一种碲化镉量子点的合成方法及其应用。


背景技术：

2.量子点(quantum dots)又称半导体纳米晶体(semiconductor nanocrystal)，是一种发光纳米颗粒。与传统的有机荧光染料相比，量子点具有荧光量子产率高、光化学稳定性好等优良的光学特性，是一种很有发展潜力的荧光探针。
3.如今，将量子点作为荧光探针进行研究应用，已成为了研究的聚焦点，并快速地推动了量子点在各个研究领域的发展，如化学和生物分析、医学诊断等领域。近年来，水相量子点因其合成方法简单，成本低廉，生物相容性较好，将其作为荧光标记物在基因组学、细胞生物学、蛋白质组学、药物筛选及其靶向性研究等领域都展示出了广阔的应用前景。
4.现有技术中，关于碲化镉量子点合成方法，存在有通过水相合成法制备出具碲化镉量子点的方式，其制备碲源(碲氢化钾溶液)的步骤，通常需要碲粉与硼氢化钠在室温下反应3小时以上，耗时较长。传统的水相合成法在常压回流条件下进行，反应时间长，所得量子点半峰宽大、量子产率低；同时，合成的碲化镉量子点稳定性和荧光性能较弱。
5.因此，本发明旨在设计一种碲化镉量子点的合成方法，以解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种碲化镉量子点的合成方法及其应用，本发明以巯基乙酸作为修饰剂合成碲化镉量子点，并在合成过程中优化了碲氢化钾前驱体的加入量、溶液的ph、巯基乙酸的加入量及加热回流时间等合成条件，使得合成出的碲化镉量子点的稳定性好，且荧光量子产率高；同时，合成反应条件温和易控制，反应时间短，便于合成高质量的碲化镉量子点；同时，合成的碲化镉量子点用于水体中铜离子的检测灵敏度高。
7.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种碲化镉量子点的合成方法，具体包括以下步骤：
8.s1、配制碲氢化钾溶液，将0.1276g碲粉和0.1618g硼氢化钾置于10ml比色管中，向比色管中通入氮气以除去比色管中的空气，然后向比色管中加入5ml二次水，并在向比色管中通入氮气的条件下，将比色管中的混合溶液在40℃的温度下反应至溶液为透明紫色为止，制备得碲氢化钾溶液，并将制备的碲氢化钾溶液密封保存于4℃的冰箱中备用；
9.s2、合成碲化镉量子点cdteqds，取250ml三颈瓶，依次加入1ml浓度为0.1mol
·
l
‑1的cdcl2溶液、180ml的去离子水和巯基乙酸(tga)，并使其在三颈瓶内充分混合，然后采用1.0mol
·
l
‑1的naoh将三颈瓶内的溶液的ph调节至8.6
‑
10.2，并向三颈瓶内通入氮气以除氧30min，然后向三颈瓶内迅速加入新配制的碲氢化钾溶液0.125
‑
0.750ml，并将三颈瓶于100℃的条件下进行加热回流，且加热回流时间为3.0
‑
5.5小时，制备得碲化镉量子点cdteqds
溶液，并将其配制成5.62
×
10
‑4mol/l的碲化镉量子点cdteqds储备液。
10.进一步地，步骤s2中所述的巯基乙酸(tga)的体积为13.16μl。
11.进一步地，步骤s2中采用1.0mol
·
l
‑1的naoh将三颈瓶内的溶液的ph调节至9.4。
12.进一步地，步骤s2中向三颈瓶内迅速加入新配制的碲氢化钾溶液0.25ml。
13.进一步地，步骤s2中所述的加热回流时间为3.0小时。
14.本发明还提供一种碲化镉量子点的合成方法的应用，将制备的碲化镉量子点cdteqds溶液应用于水体中cu
2
的测定。
15.进一步地，具体测定cu
2
的方法为：在10ml的比色管中分别加入碲化镉量子点cdteqds溶液和铜离子溶液，用ph值为8.2的tris
‑
hcl试剂将比色管中的溶液定容至5ml，并将比色管于漩涡混合器上进行混匀，待比色管中溶液反应10min后，采用荧光分光光度计对其进行荧光检测。
16.综上所述，本发明具有以下有益效果：
17.1、本发明以巯基乙酸作为修饰剂合成碲化镉量子点，并在合成过程中优化了碲氢化钾前驱体的加入量、溶液的ph、巯基乙酸的加入量及加热回流时间等合成条件，使得合成出的碲化镉量子点的稳定性好，且荧光量子产率高；
18.2、本发明的合成方法的合成反应条件温和易控制，反应时间短，便于合成高质量的碲化镉量子点；
19.3、本发明合成的碲化镉量子点用于水体中铜离子的检测灵敏度高。
附图说明
20.图1是本发明实施例中的流程图；
21.图2是本发明实施例中khte加入量对cdte量子点荧光强度的影响数据曲线图；
22.图3是本发明实施例中ph值对cdte qds荧光强度的影响数据曲线图；
23.图4是本发明实施例中tga加入量对cdte qds荧光强度的影响数据曲线图；
24.图5是本发明实施例中rhb的吸收光谱及cdte的荧光光谱图(其中，λex(cdte)＝365nm；λ(rhb)＝553nm)；
25.图6是本发明实施例中cdte在不同浓度的rhb溶液中的荧光光谱图；
26.图7是本发明实施例中rhb在不同浓度的cdteqds溶液中的荧光光谱图；
27.图8是本发明实施例中不同ph值对cdte
‑
rhb与cu
2
反应体系的影响折线图(其中，c
cdte
＝0.28
×
10
‑4mol/l；c
rhb
＝0.47
×
10
‑5mol/l；c
cu2
＝4.0
×
10
‑6mol/l)；
28.图9是本发明实施例中反应时间对cdte
‑
rhb与cu
2
反应体系的影响折线图；
29.图10是本发明实施例中cu
2
对cdte量子点荧光猝灭的光谱图；
30.图11是本发明实施例中cu
2
测定的工作曲线(其中，c
cdte
＝0.28
×
10
‑4mol/l；c
rhb
＝0.47
×
10
‑5mol/l；c
cu2
＝4.0
×
10
‑6mol/l)。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
32.实施例：一种碲化镉量子点的合成方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
33.s1、配制碲氢化钾溶液，将0.1276g碲粉和0.1618g硼氢化钾置于10ml比色管中，向比色管中通入氮气以除去比色管中的空气，然后向比色管中加入5ml二次水，并在向比色管中通入氮气的条件下，将比色管中的混合溶液在40℃的温度下反应至溶液为透明紫色为止，制备得碲氢化钾溶液，并将制备的碲氢化钾溶液密封保存于4℃的冰箱中备用。
34.s2、合成碲化镉量子点cdteqds，取250ml三颈瓶，依次加入1ml浓度为0.1mol
·
l
‑1的cdcl2溶液、180ml的去离子水和巯基乙酸(tga)，并使其在三颈瓶内充分混合，然后采用1.0mol
·
l
‑1的naoh将三颈瓶内的溶液的ph调节至8.6
‑
10.2，并向三颈瓶内通入氮气以除氧30min，然后向三颈瓶内迅速加入新配制的碲氢化钾溶液0.125
‑
0.750ml，并将三颈瓶于100℃的条件下进行加热回流，其反应方程式为：khte cdcl2→
cdte hcl kcl，待加热回流3.0
‑
5.5小时后，制备得碲化镉量子点cdteqds溶液，并将其配制成5.62
×
10
‑4mol/l的碲化镉量子点cdteqds储备液。
35.其中，步骤s2中所述的巯基乙酸(tga)的体积为13.16μl。
36.其中，步骤s2中采用1.0mol
·
l
‑1的naoh将三颈瓶内的溶液的ph调节至9.4。
37.其中，步骤s2中向三颈瓶内迅速加入新配制的碲氢化钾溶液0.25ml。
38.其中，步骤s2中所述的加热回流时间为3.0小时。
39.本发明的一种碲化镉量子点的合成方法的应用，将制备的碲化镉量子点cdteqds溶液应用于水体中cu
2
的测定。
40.具体测定cu
2
的方法为：在10ml的比色管中分别加入碲化镉量子点cdteqds溶液和铜离子溶液，用ph值为8.2的tris
‑
hcl试剂将比色管中的溶液定容至5ml，并将比色管于漩涡混合器上进行混匀，待比色管中溶液反应10min后，采用荧光分光光度计对其进行荧光检测。
41.在本实施例中，本发明通过以巯基乙酸作为修饰剂合成碲化镉量子点，并在合成过程中优化了碲氢化钾前驱体的加入量、溶液的ph、巯基乙酸的加入量及加热回流时间等合成条件，使得合成出的碲化镉量子点的稳定性好，且荧光量子产率高。同时，合成反应条件温和易控制，反应时间短，便于合成高质量的碲化镉量子点。并且，将本发明合成的碲化镉量子点用于水体中铜离子的检测灵敏度高。
42.以下通过实验及实验结果对本实施例做进一步说明。
43.一、碲化镉量子点的合成条件优化
44.1、验证前驱体的加入量对cdte qds荧光强度的影响：
45.将碲氢化钾前驱体的加入量按照：0.125，0.25，0.375，0.5，0.625，0.75ml加入，实验方法按照步骤s2进行，三颈瓶于100℃的条件下进行加热回流沸腾后每隔0.5h取10ml待测样液，以此来考察前驱体碲氢化钾加入量对碲化镉量子点cdteqds荧光强度的影响。如图3
‑
1所示，在固定cd
2
浓度不变的情况下比较不同cd
2
与te2‑
摩尔比对cdte量子点制备的影响。cd
2
与te2‑
浓度对cdteqds荧光强度的影响很显著，根据经典的核理论的gibbs
‑
thompson方程可知cdte的核数量依赖于cd
2
与te2‑
浓度。但是过多的cd
2
与te2‑
可能会造成无效的cdte量子点表面钝化缺陷从而引起荧光强度的下降。根据图2，当碲氢化钾前驱体的加入量为0.25ml时，量子点的荧光产率最大，因此，采用该量来进行cdteqds的合成，便于合成荧光产率最大的碲化镉量子点。
46.2、ph对cdte qds荧光强度的影响
47.以巯基乙酸(tga)为稳定剂的cdte量子点需控制体系的ph值在一定的范围内，以确保cd
2
和te2‑
与tga配位化合物的形成。在体系ph分别为8.6、9.0、9.4、9.8、10.2情况下，考察ph值对cdte量子点的影响。由图3可知当ph为9.4时cdteqds的荧光强度最强。引起这一现象的原因可能是ph值越高，tga中的
‑
sh的解离程度越大，cd
2
与tga的配合物越容易形成。
48.3、tga的加入量对cdteqds荧光强度的影响
49.由图4可以看出，随着tga量的增加cdte量子点的荧光强度逐渐增大，当tga的量达到13.16μl时荧光强度最大，再增加tga量时荧光强度减小，这可能是因为cd
2
被大量tga包裹，阻碍了cd
2
和te2‑
的结合，使得量子点的生长速率降低。
50.二、cdte与rhb间荧光共振能量转移
51.发生有效的fret，首先必须满足cdte的发射光谱与能量受体的吸收光谱重叠。其次，能量供体与受体之间的距离足够近，从图5中可知，rhb的特征吸收峰在553nm处。cdte的荧光发射峰在540nm处，cdte的发射光谱和rhb的吸收光谱有较大的重叠。
52.固定量子点的浓度，改变罗丹明b的浓度，就得到了如图6的荧光光谱。随着罗丹明b浓度的增加，量子点的荧光强度不断降低，而罗丹明b的荧光强度不断增强。并且量子点的荧光峰位有轻微的蓝移，这主要是因为在不同浓度的罗丹明b溶液中，量子点周围的微环境发生了改变所致。由于供
‑
受体均在纳米数量级，量子点也具有巨大的比表面积，极易发生团聚。在碱性范围内，罗丹明b的羧基完全电离，主要为负电荷，此时混合溶液并未产生浑浊，可推知，量子点与罗丹明b之间达到了一种各种力作用的平衡。随着浓度的增加，量子点周围的罗丹明b分子越来越多，荧光共振能量转移发生的概率增强，综合表现为量子点荧光强度的降低，罗丹明b荧光的增强。罗丹明b的荧光峰位也有少许的红移，这和罗丹明b单独存在时，随着浓度增加峰位红移的现象一致，所以单从图6得出溶液存在荧光共振能量转移现象的证据并不充分。
53.为此我们固定罗丹明b的浓度，改变量子点的浓度，如图7所示。我们发现量子点的峰位不再移动，这主要是因为量子点周围的微环境的改变非常轻微，不足以扰动其峰位置的移动。随着量子点浓度的增加，量子点和罗丹明b的荧光强度同时增加，但罗丹明b的浓度并未增加，这就充分说明了混合溶液中存在着荧光共振能量转移。
54.三、碲化镉量子点测定铜离子
55.1、测定cu
2
的条件优化
56.如图8所示，验证ph范围为7.5～8.6的tris
‑
hcl缓冲溶液对该实验体系的影响，结果表明，cdte
‑
rhb与cu
2
的反应在偏碱性的条件下更灵敏。当ph＝8.2时，δf＝f0‑
f的差值最大。
57.分别实验了反应时间为5、10、15、20、30、40、60min对该实验体系的影响。由图9可知，10min是该体系的最佳反应时间。
58.2、cu2 测定的分析结果
59.在上述最优的条件下，对cu
2
进行测定。cu
2
对cdte量子点荧光猝灭光谱图，如下图10所示，加入cu
2
前后的猝灭率f/f0与c
cu2
呈良好的线性关系如图11，方程为：f/f0＝0.463c 0.046(相关系数为r＝0.9935)，其检测范围为5
×
10
‑7～2.0
×
10
‑6mol/l。
60.3、共存离子对cu
2
测定的干扰
61.如下表1所示，相对误差在
±
10％时，na

(2000倍)、k

(2000倍)、mg
2
(1000倍)、ca
2
(1000倍)、zn
2
(10倍)、al
3
(10倍)、pb
2
(1倍)、fe
3
(1倍)对测定基本无影响。其中zn
2
、al
3
干扰较大，对于fe
3
可以通过加入f
‑
加以掩蔽。
62.表1共存离子对荧光强度的影响
[0063][0064]
实验结果：本实验以巯基乙酸为修饰剂合成了碲化镉量子点，实验表明ph为9.4，cd
2
与te2‑
的摩尔比为1:0.5，cd
2
与tga摩尔比为1:2，反应时间为3h为合成碲化镉量子点的最佳条件。同时，在不添加任何表面活性剂的基础上碲化镉量子点与罗丹明之间的荧光共振能量转移，同时用合成的碲化镉量子点对水体中的铜离子进行测定，实验表明铜离子浓度在5
×
10
‑7～2.0
×
10
‑6mol/l之间时，f/f0与c
cu2
呈良好的线性关系。该检测方法简单、快速，具有良好的选择性。
[0065]
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。