一种CDs合成方法及利用CDs检测H2O2的方法与流程

一种cds合成方法及利用cds检测h2o2的方法
技术领域
1.本发明涉及纳米材料合成技术领域，具体涉及一种cds合成方法及利用cds检测h2o2的方法。


背景技术：

2.碳点(carbon dots，cds)是指粒径小于10nm的荧光纳米碳材料，其具有吸收激光并发射荧光的量子效应。自2004年xu等人偶然发现具有荧光性能的纳米碳材料以来，对碳点的研究逐渐深入。由于其具有化学惰性、稳定性、大的表面积、强的发光性能以及优异的生物相容性而受到越来越多的关注。碳点的合成方法可分为自下而上法和自上而下法。自下而上的方法是指通过高温高压等从分子前体制备碳点，例如微波合成技术、水热法和超声波法等；自上而下的方法是将较大的碳源裂解成纳米碳点，例如电弧放电法、激光销蚀法和电化学法等。其中，水热法经济环保，操作简单，可控性强，对仪器设备要求不高，且在密封性好的反应釜中进行，避免相关物质的挥发，是一种简单、便捷、绿色的合成方法，备受青睐。
3.目前，合成碳点的原料多种多样，例如蛋白、茶叶、l-抗坏血酸、柠檬酸等，其中天然物质因其清洁和可持续的特点而变得越来越有吸引力。使用天然物质符合绿色环保，健康发展的理念，绿色合成策略成为当前的研究热点。莴笋是生活中常见的蔬菜，但是人们生活中经常食用根部而弃叶，造成资源的浪费。
4.h2o2是生物体内代谢的重要产物，与许多疾病过程相关，因此检测生物体内h2o2在疾病的治疗诊断中具有重要意义。


技术实现要素：

5.基于上述内容，本发明提供一种cds合成方法及利用cds检测h2o2的方法。基于莴笋叶中富含碳元素，是合成碳点的良好材料，本发明选用莴笋叶为原料，利用水热合成法制备碳点，是一种便捷、经济、环保、可控的方法。同时将制备的cds用于荧光检测h2o2，构建一种新型的h2o2检测方法。
6.本发明的技术方案之一，一种cds合成方法，以莴笋叶为原料通过水热法合成。
7.进一步地，具体包括以下步骤：莴笋叶经粉碎后和水混合，在170～190℃条件下水热反应5～7h后过滤、透析得到所述cds。
8.进一步地，所述莴笋叶和水的料液比为1g∶0.9～1.1ml；所述过滤具体为微孔滤膜过滤，所述透析具体为使用500～1000道尔顿的透析袋透析20～28h。
9.本发明的技术方案之二，上述cds合成方法制备的cds。
10.本发明的技术方案之三，上述cds在荧光检测h2o2中的应用。
11.本发明的技术方案之四，一种荧光检测h2o2的方法，以上述的cds为荧光材料，以黑磷纳米片为淬灭剂。
12.具体包括，量取一定量cds，与黑磷纳米片混合，加入待测溶液，涡旋混合均匀后反
应1min以上，测定其荧光强度，实现h2o2的检测。
13.进一步地，所述荧光检测h2o2的方法的检出限56.9μm，优选的h2o2检测浓度范围为100～300μm；
14.进一步地，所述cds和黑磷纳米片的质量比为17～20∶1。
15.进一步地，测定其荧光强度时的激发波长为300～380nm。
16.进一步地，所述黑磷纳米片的制备方法包括以下步骤：
17.(1)黑磷晶体粉末和n-甲基吡咯烷酮混合后研磨至溶液呈黑色；再次加入n-甲基吡咯烷酮，静置得到上清液和沉淀物；
18.(2)沉淀物重复步骤(1)；
19.(3)步骤(1)和步骤(2)得到的上清液混合得到混合液；
20.(4)混合液去除空气后流动水超声，然后离心去除未溶解的黑磷晶体粉末；
21.(5)步骤(4)离心液再次离心，所得沉淀为浓缩的黑磷纳米片的n-甲基吡咯烷酮悬浮液；
22.(6)浓缩的黑磷纳米片的n-甲基吡咯烷酮悬浮液置于水中离心去除上清液，离心物加水得到黑磷纳米片。
23.进一步地，所述步骤(1)中：黑磷晶体粉末和n-甲基吡咯烷酮按照20mg∶0.9～1.1ml的比例混合后研磨至溶液呈黑色；再次按照黑磷晶体粉末∶n-甲基吡咯烷酮＝20mg∶25～35ml的比例加入n-甲基吡咯烷酮，静置得到上清液和沉淀物；
24.进一步地，所述步骤(2)中：重复次数为2～4次；
25.进一步地，所述步骤(4)中：离心条件3000～5000rpm，10～15min；
26.进一步地，所述步骤(5)中：离心条件11000～15000rpm，5-15min；
27.进一步地，所述步骤(6)中：浓缩的黑磷纳米片的n-甲基吡咯烷酮悬浮液和水的体积比为1∶6，所述离心条件13000rpm，10min。
28.本发明的技术方案之五，一种cds/bpnss复合材料，由上述cds和黑磷纳米片复合而成。
29.进一步地，所述cds/bpnss复合材料中cds和黑磷纳米片的质量比为17～20∶1。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果：
31.本发明以莴笋叶为原料水热法一步合成碳点，避免了使用昂贵/有毒的化学品和复杂的后处理过程，材料广泛易得、成本低廉，方法操作简单，所制备的碳点毒性低、安全性高，属于绿色安全材料，在生物传感器、生物医学成像和药物传递方面具有潜在的价值。
32.黑磷纳米片是一种新型二维材料，具有宽的吸收范围，可以有效淬灭cds的荧光，同时黑磷纳米片具有易氧化的性质，能够被h2o2氧化，导致其结构被破坏，从而使其对碳点的淬灭效应降低，碳点荧光恢复。本发明以莴笋叶制备的cds为荧光材料，以黑磷纳米片为淬灭剂，可以实现对h2o2的有效检测。
附图说明
33.图1为本发明实施例1步骤(2)中cds的透射电子显微镜图；
34.图2为本发明实施例1步骤(3)中cds的红外图谱；
35.图3为本发明实施例1步骤(4)中不同激发波长cds的荧光光谱；
36.图4为本发明实施例1步骤(6)中bpnss对cds荧光淬灭效果结果图；其中a为bpnss的紫外-可见吸收光谱图，b为cds与不同体积bpnss复合的荧光光谱，从上到下bpnss的体积分别为0μl、100μl、200μl、300μl和400μl；
37.图5为本发明实施例1步骤(7)中加入不同体积的h2o2后cds/bpnss的荧光光谱；
38.图6为本发明实施例1步骤(8)中h2o2检测方法的灵敏度检测结果图，其中a为cds/bpnss复合物在不同浓度h2o2存在下的荧光光谱图，从下到上h2o2的浓度分别为100μm、150μm、200μm、250μm和300μm；b为h2o2的浓度-体系荧光强度线性校正曲线。
具体实施方式
39.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
40.应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
41.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
42.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
43.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
44.实施例1
45.(1)合成cds：称取30g莴笋叶，洗净剪碎，和30ml超纯水一起加入100ml反应釜中，分别于180℃中反应6h。自然冷却后用微孔滤膜过滤，再用500～1000道尔顿的透析袋透析24h，成品于4℃以下保存。
46.(2)利用透射电子显微镜对所合成的cds进行表征。cds的透射电子显微镜图见图1，结果显示，碳点是球形的，颗粒尺寸约为8.9nm，证实了cds的成功合成，但是在图像上并不能明显看出cds的晶格，说明该cds可能是无定型碳结构。
47.(3)傅里叶变换红外光谱表征(ft-ir)：通过傅里叶变换红外光谱仪对cds进行表征。取适量的样品粉末与kbr在玛瑙研钵中研磨均匀，压片，进行表征。cds的红外图见图2。该红外光谱在3454cm-1
处有特征峰，归属于o-h的伸缩振动，2835cm-1
处特征峰对应于c-h的伸缩振动，1583cm-1
和1372cm-1
处特征峰归属于c＝o和c-n伸缩振动，1100cm-1
处特征峰为c-o伸缩振动，而783cm-1
处特征峰则归属于c-h的弯曲振动。
48.(4)荧光激发波长选择：测定不同激发波长的cds荧光发射光谱，结果见图3。从图
中可以看出，所制备的cds随着激发波长的改变峰位会有移动，具有一定的激发依赖性，激发波长为360nm时，发射波长的强度最佳，因此，在后续实验过程中均采用360nm作为激发波长。
49.(5)黑磷纳米片(bpnss)的合成：取20mg黑磷晶体粉末于50ml烧杯中，加入1ml n-甲基吡咯烷酮(nmp)，用玻璃杯研磨至溶液呈黑色，加入nmp至30ml，混匀静置，取上清液倒入玻璃瓶中，沉淀物继续研磨，然后继续加入nmp至30ml，再静置取上清液，重复上述操作步骤。往玻璃管中通入氮气除空气，再放入超声仪中，用流动水超声8h。超声完毕离心，先以4000rpm离心10min去除未溶解的黑磷晶体粉末，再以12000rpm离心15min取沉淀的bpnss，制得浓缩的bpnss的nmp悬浮液，于冰箱中冷藏保存。
50.使用前要进行nmp的去除：将0.5ml bpnss的nmp悬浮液和3ml超纯水加入离心管中，13000rpm离心10min。弃去上清液，再加水至2ml，得到bpnss。
51.(6)bpnss对cds荧光淬灭效果研究：检测所合成bpnss其紫外-可见吸收光谱，结果如图4a所示。从图中可以看出bpnss在200nm～900nm具有宽吸收，能够有效覆盖cds的发射光谱，可能实现对cds荧光的有效淬灭。接着，取不同体积bpnss与1mlcds混合，检测cds/bpnss复合物的荧光光谱，结果如图4b所示。bpnss确实能够有效淬灭cds的荧光，随着bpnss用量的增加，荧光淬灭效果越显著；加入400μl bpnss时，荧光降低了83.9％，该比例所形成的荧光淬灭较为完全，因此，采用cds∶bpnss＝1ml∶400μl的加入量进行h2o2的检测，此时cds/bpnss复合物中cds的浓度是6.336mg/ml，bpnss的浓度是0.343mg/ml。
52.(7)基于cds/bpnss复合物的h2o2检测方法的可行性研究：量取一定量cds，与bpnss以5∶2的体积比例混合，加入不同体积的h2o2，涡旋混合均匀后反应1min以上，测定其荧光强度。结果如图5所示，随着h2o2体积的增加，bpnss逐渐被氧化完全，cds的荧光也随之恢复，证实该方法用于检测h2o2的可行性。
53.(8)h2o2检测方法的灵敏度研究：量取一定量cds，与bpnss以5∶2的体积比例混合，加入不同浓度的h2o2，测定其荧光光谱，结果如图6所示，在100～300μm范围内，随着h2o2的浓度的增加，荧光强度逐渐恢复，h2o2的浓度与荧光强度成良好线性，线性方程为f＝0.16814c
h2o2
364.04，检测限为56.9μm，此时cds浓度为6.336mg/ml。
54.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。