基于葡萄糖碳點的新型碳點檢測金屬離子

汞是嚴重的環(huán)境毒性藥物，通常被稱為銀紅石。它是地球上毒性最大的重金屬離子之一。它是發(fā)芽率。它可以在室溫下蒸發(fā)并被污染。汞蒸汽具有高度的擴散性和高脂肪性。它可以通過呼吸道、皮膚或胃腸道進入人體。水生生物能直接從水中吸收和積累甲基丙酸鈉，并通過鏈轉化和積累最終進入人體。人體中積聚的少量廢水不能通過自身代謝排放，這直接導致身體和腎臟等多器官疾病，以及神經系統(tǒng)的紊亂，從而傷害器官和腎臟，傷害人類的生殖和發(fā)育。它可能導致畸形、突變和突變。碳點是近幾年發(fā)展起來的一種新型的熒光納米材料[6,7,8,9,10,11,12,13,14,15],具有優(yōu)良的熒光性能,如碳點的熒光強度基本保持不變且無光閃爍現象,也不會出現光漂白現象,而傳統(tǒng)的有機熒光材料在持續(xù)發(fā)光物的照射下熒光強度會迅速衰減;又如碳點具有毒性低、生物相容性好、分子量低和粒徑小等獨特的優(yōu)點,廣泛應用于生物成像等領域,相比之下,傳統(tǒng)的熒光量子點則含有重金屬,毒性很大,若用于細胞成像易導致細胞死亡,影響生命體或細胞的活性.汞及其化合物不僅對人類賴以生存的環(huán)境造成破壞,更是極大地威脅著人類的健康.因此,設計并開發(fā)一種快速、簡便、高效、實用性強的Hg2+檢測技術有著重要的實際意義.近年來,隨著熒光納米材料的不斷發(fā)展,利用熒光分子探針技術檢測金屬離子已經成為研究的熱點并逐漸被應用于環(huán)境科學、生命科學等領域.相比于傳統(tǒng)的汞檢測方法如分光光度法、電感耦合等離子體-質譜法、原子吸收光譜法、伏安法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法和高效液相色譜法等,熒光探針分析法因其使用方便、選擇性好、靈敏度高和所需儀器設備簡單等優(yōu)點而受到該領域研究者的廣泛關注.本實驗以一步法合成的熒光碳點為探針,建立了快速測定Hg2+的新方法(圖1).1實驗部分1.1實驗試劑和儀器葡萄糖(成都科龍化學試劑廠,AR),五氧化二磷(成都科龍化學試劑廠,AR),氯化高汞(貴州省銅仁市利祥汞業(yè)化工有限公司,AR),磷酸二氫鈉(重慶川東化學試劑廠,AR),磷酸氫二鈉(重慶川東化學試劑廠,AR),實驗用水均為超純水,所有試劑均為分析純.電子天平(上海精天電子儀器有限公司,BS124S),pH計(成都世紀方舟科技有限公司,PHS-3C),集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鄭州長城工貿有限公司,DF-101S),熒光分光光度計(Hitachi日立公司,F-7000),高倍透射電鏡(美國FEI公司,TecnaiG2F20),超聲波清洗器(昆山市超聲波儀器有限公司,KQ5200B),單道可調移液器(賽默飛世爾儀器有限公司,Freshman),純水機(優(yōu)普,UPT-II-5T型),離心機(上海安亭科學儀器廠,TGL-16C),透析袋(北京鼎國生物公司,1000WMCO)1.2熒光碳點的制備以葡萄糖為碳點原料,分別稱取0.4g葡萄糖和2.0g五氧化二磷置于潔凈的燒杯中(50mL),并將兩者混合均勻.量取20mL水一次性加入該燒杯中,得到黑色懸濁液,將其置于離心機中離心(9500rpm,15min)除去大顆粒物質,再以1000MWCO透析膜純化.所得熒光碳點4℃保存一個月并用于進一步的鑒定和使用.1.3熒光發(fā)射信號強度在1.5mL離心管中,依次加入50μL碳點儲備液,50μLpH9.0PBS緩沖溶液和50μL一定濃度的Hg2+,用水稀釋至500μL,渦旋混合均勻,70℃水浴加熱20min.在364nm激發(fā)下測定430nm處溶液體系的熒光發(fā)射信號強度,激發(fā)狹縫和發(fā)射狹縫均為5nm.2結果與討論2.1hg2+前后碳點的熒光強度用F-7000掃描碳點的熒光激發(fā)光譜和加Hg2+前后碳點的熒光發(fā)射光譜.結果表明,加入Hg2+后,碳點的熒光強度明顯降低,而發(fā)射波長沒有明顯變化(圖2).另外,該碳點溶液在λ=279nm處有紫外吸收峰(圖3),且隨著時間的變化,其熒光強度在160min內變化不明顯,表明該碳點的穩(wěn)定性良好(圖4).2.2碳點高倍透射電鏡的性能由電鏡圖(圖4)可以看出,碳點的分散性較好,且粒徑分布均勻,平均粒徑為4nm.2.3實驗條件優(yōu)化2.3.1ph對碳點熒光強度的引發(fā)作用本實驗考察了緩沖體系及pH值對碳點熒光強度猝滅效果的影響,結果表明在PBS緩沖液中的猝滅效果最好,按照實驗方法將碳點、Hg2+(1.0×10-4mol/L)和不同pH值的PBS緩沖液混合均勻后,測定熒光光譜,發(fā)現在pH=9.0時,Hg2+對碳點熒光強度的猝滅作用最強(圖5),因此此后所有實驗均在pH=9.0的PBS緩沖溶液中進行.2.3.2反應溫度對碳點熒光強度的影響為考察反應溫度對碳點熒光強度猝滅效果的影響,向碳點溶液中加入Hg2+(1.0×10-4mol/L)后,由圖6可知,隨著反應溫度的不同,Hg2+對碳點熒光強度的猝滅作用不同,當反應溫度為70℃時猝滅效果最好.因此,碳點定量檢測Hg2+體系的反應溫度定為70℃.2.3.3反應時間的選擇為考察反應時間對碳點熒光強度猝滅效果的影響,向碳點溶液中加入Hg2+(1.0×10-4mol/L)后,隨著反應時間的延長熒光強度發(fā)生變化.從圖7可以看出,在加入Hg2+20min后的熒光猝滅作用最強.因此,碳點定量檢測Hg2+體系的反應時間選為20min.2.4碳點熒光強度立法金屬對hg2+的選擇為檢驗該方法對Hg2+的選擇性,此實驗還考察了其他常見金屬離子(濃度均為1.0×10-4mol/L)對碳點熒光強度猝滅效果的影響,結果如圖8所示,除Hg2+外的其他常見金屬離子如Na+,Cd2+,Cu2+,Zn2+,K+,Ag+,Mg2+,Co2+,Ba2+,Ca2+,Pb2+,Mn2+,Ni2+,Fe2+,Fe3+對碳點溶液的熒光強度幾乎無猝滅作用.由此可知該方法檢測Hg2+的特異性較好.2.5方法的可行性在最優(yōu)條件下,隨著Hg2+濃度的不斷減小,猝滅效果越來越弱,如圖9所示,當Hg2+濃度范圍在8.010-7~6.010-4mol/L之間時,與碳點的相對熒光強度有良好的線性關系.ΔF=919.04+130.41logCQ,其中ΔF為加Hg2+前、后碳點熒光強度的差值,CQ為猝滅劑的濃度.線性回歸相關系數R2=0.9888,檢出限為1.010-7mol/L.為驗證本方法的可行性,在同樣條件下,測定樣品中Hg2+對碳點熒光強度的猝滅值ΔF.樣品為正常人尿液,經離心除去少量蛋白質等大分子物質后,進行Hg2+標準加入回收實驗,如圖10,實驗結果見表1.結果表明,本實驗方法是可行的,有較好的準確度和精密度.3熒光探針檢測hg2+的優(yōu)勢綜上所述,本研究以葡萄糖為碳源,在五氧化二磷作用下,構建了一步合成藍綠色熒光碳點的方法.該熒光碳點具