背景介绍
碳量子点(Carbon Quantum Dots, CQDs)具有优良的水溶性、生物相容性和低细胞毒性,被广泛应用于分析检测、细胞成像、催化材料等领域,是近年来荧光快速检测研究的热点材料。Fe3+的检测方法有多种,但均存在操作复杂、耗时长等问题。相较之下,灵敏度高、生物相容性好、检测方法简单的荧光检测法具有优势。CQDs作荧光探针因其成本低、操作简便、响应灵敏、选择性好等优点,在检测领域具有较好的应用前景。
文章亮点
1. 本文以蔗糖为碳源,磷酸二氢铵为氮源和磷源,通过一步水热法制备了具有耐酸性的ART-N,P-CQDs作荧光探针;
2. 构建了高灵敏、高选择性的检测Fe3+的荧光分析新方法,探究了体系的荧光猝灭机理为静态猝灭和荧光共振能量转移/内滤效应;
3. 该方法实际运用到市面上补铁药片中铁含量的检测,其回收率为94.59%~99.53%,结果令人满意。
内容介绍
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
1.2 实验方法
1.2.1 ART-N,P-CQDs的制备
称取1.00g蔗糖溶于25.00 mL去离子水中,后加入1.00g磷酸二氢铵,将上述溶液转入50 mL以聚四氟乙烯为衬底的高压反应釜内,在180 ℃的恒温干燥箱内反应6 h。冷却后反应釜,用0.21 μm滤膜过滤其中溶液即为CQDs原液,置于4 ℃冰箱中冷藏备用。
1.2.2 ART-N,P-CQDs的表征
采用Uv-vis和荧光分光光度计对ART-N,P-CQDs的紫外吸收和荧光光谱进行表征;采用FT-IR表征ART-N,P-CQDs的表面官能团;采用纳米粒度分析仪测定ART-N,P-CQDs的粒径分布;采用TEM对ART-N,P-CQDs进行形貌分析;采用XPS对ART-N,P-CQDs的元素种类和含量进行分析。
1.2.3 荧光量子产率计算
2 结果与讨论
2.1 ART-N,P-CQDs的表征及其光学性质
由图1a TEM照片可见制备的ART-N,P-CQDs为较为均匀的球形结构,且具有良好的分散性。对ART-N,P-CQDs的粒径进行统计分析,由图1b可得,经过高斯拟合后得到ART-N,P-CQDs的平均粒径为1.7 nm。
2.2 ART-N,P-CQDs的荧光淬灭机理
2.3 ART-N,P-CQDs的稳定性分析
图9在不同的酸性pH下,ART-N,P-CQDs的荧光强度变化不大,于pH 3的条件下荧光强度更强,因此在酸性条件下仍然适用,这归因于ART-N,P-CQDs表面官能团(羟基、羧基、氨基)的存在,使ART-N,P-CQDs具备酸碱缓冲性能,以此解决耐酸性问题[13]。为防止Fe3+水解,其检测需在酸性条件下进行,因此,该ART-N,P-CQDs适用于Fe3+的检测分析。
2.4 ART-N,P-CQDs的选择性及抗干扰能力
对多种常见的金属离子(Ag+、Ba2+、Ca2+、Co2+、Cr3+、Fe2+、Fe3+、Hg2+、Mg2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+)进行检测,实验结果如图11a所示,100 μmol/L不同金属离子和1 mL/L的ART-N,P-CQDs溶液的猝灭情况,Fe3+对ART-N,P-CQDs的荧光强度有明显的猝灭作用,其余金属离子对ART-N,P-CQDs的荧光强度影响不大,说明Fe3+对ART-N,P-CQDs的猝灭具有选择性。
ART-N,P-CQDs的抗干扰性能如图11b所示,100 μmol/L不同金属离子和Fe3+离子分别混合和1 mL/L的ART-N,P-CQDs溶液的猝灭情况,由图可见,大部分金属离子的加入并未影响Fe3+对ART-N,P-CQDs的荧光强度猝灭,但Ag+和Hg2+对其影响较大,可能是由于Ag+和Hg2+破坏了碳量子点部分官能团所造成的影响[24,25],说明Fe3+对ART-N,P-CQDs的荧光强度猝灭过程具有较好的抗干扰性。
2.5 ART-N,P-CQDs的线性范围与检出限
在ART-N,P-CQDs浓度保持在1 mL/L的情况下,考察不同浓度Fe3+(10~100 μmol/L)对ART-N,P-CQDs荧光强度的影响。通过对F0/F-Concent进行线性拟合可知,Fe3+浓度与ART-N,P-CQDs之间的线性回归方程为F0/F=0.00364c(Fe3+)+0.9901(R2=0.9942),检出限(3σ,n=11)为1.49 μmol/L,表明ART-N,P-CQDs对Fe3+有较好的荧光响应。且与表2的其他材料的检出限相比,该材料具有更好的灵敏度。
2.6 补铁药中Fe3+含量检测及加标回收
3 结论
本文以蔗糖为碳源,磷酸二氢铵为氮源和磷源,通过一步水热法制备了具有耐酸性的ART-N,P-CQDs作荧光探针,构建了高灵敏、高选择性的检测Fe3+的荧光分析新方法,探究了体系的荧光猝灭机理为静态猝灭和荧光共振能量转移/内滤效应。该方法实际运用到市面上补铁药片中铁含量的检测,其回收率为94.59%~99.53%,结果令人满意。