碳量子点荧光试纸片的研制及其在水中重金属检测的应用

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水环境中重金属的污染对生态环境和人类健康危害极大。目前重金属的检测存在设备昂贵、操作繁琐及前处理复杂等缺点,难以应用到日常水环境中微量重金属的现场检测。因此,建立一种灵敏、准确、快捷和经济的水中重金属检测方法具有重要意义。试纸法是将化学反应从玻璃器皿转移到试纸上进行的一种快速检测方法,本文利用碳量子点的荧光特性,建立了碳量子点荧光试纸片的重金属检测方法,实现了对水中Hg(Ⅱ)等重金属的灵敏检测。论文包括以下三部分:一、基于氮掺杂碳量子点荧光试纸片检测水中Hg(Ⅱ)。以无水柠檬酸、尿素为原料通过水热法合成氮掺杂碳量子点(NCD)。TEM结果表明合成的NCD平均粒径为2.2 nm。在pH7的醋酸-醋酸钠(HAc-NaAc)缓冲液中,NCD浓度为102μg·mL-1时,5 min之内可完成对汞的检测,线性范围为0-5μmol·L-1(R2>0.99),检出限为0.076μmol·L-1(n=9)。对自来水和湖水中Hg(Ⅱ)检测的加标回收率分别为84.8%-101.9%和109.2%-118.6%。通过简单的浸泡法将尼龙66滤膜制成NCD荧光试纸片。在Hg(Ⅱ)浓度1-5μmol·L-1内可在紫外灯下通过肉眼进行可视化检测。二、基于NCD和罗丹明B(RhB)比率荧光试纸片检测水中Hg(Ⅱ)。Zeta电位表明NCD与RhB可通过静电结合,并保留各自的荧光特性,而且RhB的荧光强度不随汞浓度的变化而改变。因此,可构建NCD@RhB比率荧光探针。在1 mmol·L-1HAc-NaAc缓冲液(pH 7.0)中,Hg(Ⅱ)的检测范围为0-3μmol·L-1,检出限为2.7 nmol·L-1(n=9)。对自来水和湖水中Hg(Ⅱ)检测的加标回收率分别为92.5%-117.9%和91.9%-108.1%。将其构建为双色比率荧光试纸片,随着Hg(Ⅱ)浓度的增大,可观测到试纸荧光从蓝紫色-紫色-橙色的颜色变化,对水中Hg(Ⅱ)的裸眼检测可低至10 nmol·L-1。三、基于碳量子点荧光试纸片同时检测水中Cr(Ⅵ)、Fe(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)。通过制备4种分别对Cr(Ⅵ)、Fe(Ⅲ)、Cu(Ⅱ)和Hg(Ⅱ)有特异荧光猝灭的碳量子点,在20 mmol·L-1PBS缓冲液(pH=7)下,Cr(Ⅵ)的检测线性范围为0-70μmol·L-1,试纸片蓝绿色荧光由亮到暗发生变化;在20 mmol·L-1HAc-NaAc缓冲液(pH=4)下,Fe(Ⅲ)的检测范围为0-100μmol·L-1,试纸片蓝色荧光由亮到暗变化;在25 mmol·L-1HEPES缓冲液(pH=7.4)下,Cu(Ⅱ)的检测范围为0-50μmol·L-1,试纸片荧光由淡蓝紫色到暗紫色变化;在1 mmol·L-1HAc-NaAc缓冲液(pH=7)下,Hg(Ⅱ)的检测范围为0-3μmol·L-1,试纸片荧光由蓝紫色到橙色变化。分别将这4种碳量子点制作成试纸片,一次加样可同时检测水中Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)和Hg(Ⅱ)的含量,方法灵敏、便捷。
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