以乙二胺和硝酸为原料微波快速合成碳点溶液检测Cr(VI)的方法与流程

1557 编辑：中冶有色技术网来源：湖南科技大学

2023-09-19 15:48:59

本发明属于化学应用技术领域，具体涉及一种以乙二胺、硝酸为原料微波加热条件下合成碳点溶液；利用碳点溶液与不同浓度的cr(vi)反应后溶液的荧光值不同，可以检测出溶液中cr(vi)的浓度。

背景技术：

荧光碳点是继富勒烯、碳纳米管及石墨烯之后最热门的碳纳米材料之一。该种纳米材料克服了传统量子点的某些缺点，不仅具有优良的光学性能与小尺寸特性，而且具有良好的生物相容性，易于实现表面功能化，在生化传感、成像分析、环境检测、光催化技术、金属离子检测及药物载体等领域具有很好的应用潜力。合成方法包括电化学法，水热法，微波法，超声法等。

六价铬离子(cr(vi))在电镀、冶金、颜料生产、皮革鞣制和木材防腐等工业生产过程中被广泛应用，它是对环境具有严重危害的金属污染物之一，可以通过水、空气和食物等途径进入人体而对健康造成危害。研究表明，cr(vi)具有致癌性，它的强氧化性可以损伤dna并且干扰dna的修复，同时它还能破坏肝细胞的骨架，甚至导致肝细胞的死亡，长期接触高浓度的cr(vi)会导致患呼吸癌的概率大大提高。因此，探索高效准确检测cr(vi)的方法对于人类健康、环境治理及临床医学等领域具有重要意义。目前，已报道的cr(vi)的检测方法有紫外分光光度法、离子交换法、荧光光谱法、伏安法、原子吸收光谱法、原子发射光谱法、吸附剂吸附法、光催化降解法和电感耦合等离子体-质谱法等。这些方法虽然灵敏度和选择性较高，但有的仍存在探针合成过程复杂，检测方法麻烦等问题。在这些方法中，荧光光谱法因为具有灵敏度高、选择性好、响应快和操作简单等优势而备受关注。

技术实现要素：

本发明的主要目的是对于现有碳点的合成和cr(vi)的检测技术和方法所表现出来的一些缺陷，提出一种利用乙二胺、硝酸为原料，结合微波法合成技术制备均匀性良好的碳点并用于cr(vi)的检测。

本发明采用的技术方案：一种以乙二胺和硝酸为原料微波快速合成碳点溶液检测cr(vi)的方法，包括步骤：

(1)以乙二胺、硝酸为原料，微波加热条件下合成碳点溶液，经离心和减压过滤处理后得到碳点溶液；

(2)碳点溶液与不同浓度的cr(vi)反应后，检测碳点溶液的荧光值；

(3)根据溶液中cr(vi)的浓度与碳点溶液的荧光值之间的关系，即可检测出溶液中cr(vi)的浓度。

具体来讲，步骤(1)是以乙二胺、硝酸为原料，微波加热条件下合成碳点溶液，具体合成过程包括：将18ml3.0mol/l的乙二胺溶液和2.0ml1.0mol/l的硝酸溶液混合，将混合溶液置于微波炉中，中低火处理12min后至烧干，再用10ml二次水溶解，得到碳点粗溶液。

步骤(1)所述碳点粗溶液的后续处理过程包括：将得到的碳点粗溶液置于离心管里，并进行离心处理，转速为10000转/分钟，离心10分钟后，取上清液进行减压过滤处理，最终得到黄褐色透明的碳点溶液。

步骤(2)和步骤(3)所述检测cr(vi)的浓度范围为0.2-200μmoll-1。

步骤(3)所述检测cr(vi)浓度的检出限为1.69′10-7moll-1。

所述以乙二胺和硝酸为原料微波快速合成碳点溶液检测cr(vi)的方法可用于检测环境水样中cr(vi)的含量。

所述的合成的碳点平均粒径为：1.5nm。

所述的合成的碳点具有荧光特性，稀释后最大激发波长为351nm，最大发射波长为433nm。

本发明用简单易得的乙二胺、硝酸为原料，微波条件下快速合成了具有强荧光特征的碳点溶液。基于新合成的碳点为荧光探针，建立了简易的检测cr(vi)的方法。本方法具有碳点合成速度快，cr(vi)检测操作简单等特征。用于检测环境水样中cr(vi)的含量测定，结果可靠。

附图说明

图1是本发明实施例制备的碳点溶液的荧光光谱图。

图2是本发明实施例制备的碳点溶液的afm图。

图3是本发明实施例制备的碳点溶液的afm图中高度分布图。

图4是本发明实施例制备的碳点溶液检测不同浓度cr(vi)的荧光强度变化图。

图5是本发明实施例制备的碳点溶液的荧光强度相关值的比值与体系cr(vi)的浓度之间的线性关系图。

具体实施例：

以下实施例旨在进一步说明本发明，而不是对本发明的进一步限定。

(1)碳点的制备

将乙二胺溶液、硝酸在锥形瓶中按一定比例混合，将锥形瓶转移至微波炉中，中低火，微波加热12min。反应结束后取出锥形瓶，用10ml水溶解，所得溶液为碳点粗溶液。将碳点粗溶液先以10000转/分钟离心10分钟，取上清液，再用孔径0.2μm的滤膜真空减压过滤得到碳点溶液。如图1所示，新制碳点经稀释后的最大激发波长为351nm，最大发射波长为433nm。并对碳点溶液的形貌等进行了afm表征，如图2所示，合成的碳点分散性好，且较为均匀。粒径分布结果(如图3)表明碳点大小在1.5nm左右。

(2)碳点的制备条件优化

探讨了乙二胺溶液的浓度、硝酸的浓度、乙二胺溶液和硝酸的总体积和微波加热的火力对合成碳点的影响，主要从对合成的碳点溶液的荧光强度影响进行考察。

乙二胺溶液的浓度对碳点溶液的荧光强度有影响，探讨的乙二胺的浓度分别为2.1mol/l、2.4mol/l、2.7mol/l、3.6mol/l、4.5mol/l时对合成的碳点溶液的荧光强度的影响。当乙二胺的浓度为2.7mol/l时，碳点溶液的荧光最强，最终优选浓度为2.7mol/l。

硝酸的浓度对碳点溶液的荧光强度有影响，探讨的硝酸的浓度分别为0.05mol/l、0.075mol/l、0.1mol/l、0.2mol/l时对合成的碳点溶液的荧光强度的影响。当硝酸的浓度为0.1mol/l时，碳点溶液的荧光最强，最终优选浓度为0.1mol/l。

乙二胺溶液和硝酸的总体积对碳点溶液的荧光强度也有一定影响，探讨了乙二胺溶液和硝酸的总体积分别为10ml、20ml、25ml、30ml对合成的碳点溶液的荧光强度的影响。当乙二胺溶液和硝酸的总体积为20ml时碳点溶液的荧光最强，最终优选体积为20ml。

微波火力对碳点溶液的荧光强度有影响。探究了微波火力分别为中低火、中火、中高火、高火时对合成碳点溶液的荧光强度的影响。当微波火力为中低火时，碳点溶液的荧光最强，最终优选微波火力为中低火。

(3)碳点对cr(vi)的检测参数

取11支2.0ml的离心管，分别标上a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k号，向a-k离心管中分别加入800μl提前稀释过50倍的碳点溶液和200μlbritton-robinson缓冲溶液（ph=6.8），再向a-k离心管中依次加入400μl不同浓度的cr(vi)的溶液，cr(vi)的浓度分别为1000、700、500、300、100、70、30、10、5.0、1.0、0μmoll-1，最后加入二次蒸馏水定容至2.0ml。在4℃的条件下，待反应45min后，将各个离心管中的溶液依次在荧光分光光度计中测试，记录碳点在不同浓度的cr(vi)存在下的荧光光谱值，结果见图4，体系的相关荧光强度的比值(ifo-if)/if与溶液中cr(vi)的浓度之间的定量关系为：(ifo-if)/if=-0.0524+0.0119c。

(4)碳点应用于环境水样中cr(vi)的检测

在湖南科技大学明湖和化学楼旁边荷花池取得水样，对水样进行离心、抽滤处理，然后将20μl10-3moll-1的cr(vi)标准溶液加入到2.0ml处理后的水样中，再对其进行检测。根据(ifo-if)/if=-0.0524+0.0119c，按照上述检测cr(vi)的方法，将cr(vi)溶液换做加标处理后的水样，对加标处理后的水样中cr(vi)的含量进行了测定，得到结果如表1所示。由表1可知，明湖水样和荷花池水样的回收率分别为107.74%和108.49%，rsd分别为4.43%和4.50%，结果令人满意，说明该方法可以实现对环境水样中cr(vi)含量的测定。

还需要说明的是，本发明的具体实施例只是用来示例性说明，并不以任何方式限定本发明的保护范围，本领域的相关技术人员可以根据上述一些说明加以改进或变化，但所有这些改进和变化都应属于本发明权利要求的保护范围。

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技术特征：

技术总结

本发明属于化学应用技术领域，具体涉及一种以乙二胺和硝酸为原料微波快速合成的碳点溶液检测Cr()的方法，步骤是：以乙二胺、硝酸为原料，微波加热条件下，合成碳点溶液，得到具有荧光特性的碳点溶液；合成的碳点具有荧光特性，稀释50倍后最大激发波长为351nm，最大发射波长为433nm；碳点溶液与Cr(VI)反应后，碳点溶液的相关荧光强度的比值与Cr(VI)的溶液浓度之间呈线性关系，即：((IFo?IF)/IF=?0.0524+0.0119c)，检测的线性范围为0.2?200μmolL?1。基于此线性关系，可以检测出实际样品中Cr(VI)的浓度。将本方法应用于检测环境水样中Cr(VI)的含量结果可靠。

技术研发人员：龙云飞;彭笑笑;李晨晨;张玉彬;陈述

受保护的技术使用者：湖南科技大学

技术研发日：2018.11.19

技术公布日：2019.02.12

声明：

“以乙二胺和硝酸为原料微波快速合成碳点溶液检测Cr(VI)的方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。

我是此专利(论文)的发明人(作者)