钟芬芳
杭州圣德医疗科技有限公司
摘要：碳量子点（CDs）因合成方法不同、碳源材料不同其光学性能各不相同。其共有的性质就是 CDs发射波长的位置和强度会随着激发波长的改变而改变，究其原因多数文献认为是因粒径大小不均匀所致，但是对于其具体的作用机理目前研究还没有很明确的结论。结合文献总结出CDs的这些性质可能与其制备原料的结构、合成条件以及分离过程有关。在大量学者的研究基础之上，本论文尝试以不同有机化合物为原料，通过掺杂N、S等杂元素以改善其发光性能，开发其在分析检测中的实际应用。
关键词：碳量子点；有机化合物；食品检测
一、引言
纵观这些年荧光纳米材料的研究趋势，无疑最受欢迎的荧光纳米材料是CDs。首先碳元素在地壳中的分布非常广泛，而且在生物体内的含量也是非常的高，并且碳能够在很多反应中形成很多有用的化合物。另外CDs对生物体一般都是呈现出低毒性甚至是无毒性等优势性状，这也使得CDs在生物应用方面具有非常大的潜力，随着科研的不断进步也正在慢慢实现，如CDs作为一种生物荧光标记材料，对生物的相关性状进行实时研究。最后CDs由于表面都含有大量丰富的含氧基团，具有很好的水溶性。综合这些原因不难发现CDs受到越来越多学者的追捧也是有它的道理的。本文分别从CDs的制备以及应用等几个方面做简单的阐述。
二、基于CDs与PAH-AgNPs间内滤效应构建三聚氰胺检测体系
（一）碳量子点制备
取0.2315g邻苯二酚、间苯二酚以及对苯二酚分别溶解在30mL的去离子水中，充分溶解后在通风橱里面快速滴加300μL的乙二胺溶液，最后将溶液转移到50mL的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，在烘箱中200℃下反应7小时。反应完成后将反应液自然冷却至室温，用吸管取出反应后的溶液用0.22μm过滤膜过滤较大的颗粒，然后再用3500DA的透析膜在去离子水中透析24小时以除去未反应的原料以及其它杂质颗粒。透析后的CDs溶液最后用离心机在12000rpm转速下离心15分钟，最后得到的CDs溶液放在冷冻干燥箱中冷冻干燥72小时，得到的CDs保存在4℃冰箱中备用。
（一）实验部分
检测三聚氰胺：先配好浓度为1.1mg/mL的CDs溶液以及多种浓度的Mel溶液，溶剂都为去离子水。取850μL的CDs溶液（先测定CDs的初始荧光强度），150μL的PAH-AgNPs溶液，将CDs溶液与PAH-AgNPs溶液按这种体积比混合并测定此时混合液的荧光光谱图记录好相关实验数据。随后分别向上述混合溶液中加入不同浓度的Mel溶液，反应适当时间后用离心机在5000rpm的条件下离心20分钟，再分别测量处理后溶液的荧光光谱图并做好相关实验记录。
检测牛奶样中的三聚氰胺：验证该方法对固体牛奶样品中Mel的检测效果。首先对牛奶做前期的样品处理，具体处理过程如下：称取2.0g牛奶，向牛奶中依次加入1.5mL10%三氯乙酸、5.0mL乙腈用于去除牛奶中的蛋白质和脂肪，再加入375μL1.0MNa2CO3去除牛奶中 的钙离子。将混合溶液移至离心管中震荡10min，然后在12000rpm转速下离心15分钟，取上层清液通过0.22μm过滤器去除滤液中的颗粒物，将滤液稀释至10mL用于分析。采用加标法向牛奶样品中分别加入不同浓度的Mel，对加标后的Mel含量进行检测分析。
（二）实验结果与讨论
检测三聚氰胺：在上述优化条件下，随着Mel加入CDs/PAH-AgNPs混合溶液中的量慢慢增加，混合溶液的荧光也慢慢恢复（如图1A）。如图4.9B，Mel加入的量在0.5-30μM范围内时，与荧光恢复强度成线性关系，线性方程为[（F-F'0）/（F0–F'0）]=0.0244[Mel]+0.0042（R2=0.9953）（图1B内插图），其中F0表示CDs的初始荧光强度，F'0表示混合溶液的荧光强度，F代表混合溶液中分别加入不同浓度的Mel后的荧光强度。最终线性范围为0.5-30μM，并且通过3δ/k计算出该荧光探针对Mel的检测限为43nM（δ代表测量10次不加入Mel空白荧光信号的标准偏差，k表示测量的出的线性方程的斜率）。
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图1（A）CDs/PAH-AgNPs加入不同浓度Mel的荧光光谱图，从a到n对应Mel的浓度分别是：0，0.5，1.0，2.0，3.5，6.0，8.0，10，15，20，30，40，50，60μM；（B）CDs荧光发射光谱500nm处的荧光强度与加入的Mel量的曲线图，内插图：对应的线性校准曲线。
为了评估CDs对Mel的选择性以及对其他物质的抗干扰能力，分别做了选择性和干扰性实验。选择性实验的对象主要是一些常见的离子、有机小分子以及氨基酸，如K+，Na+，Ni2+，Fe2+，Zn2+，Fe3+，Mg2+，Ba2+，Ca2+，NO3-，Cl-，CO32-，SO42-，PAB，TEA，GUA，PRG，Thr，Arg，His，Asp，Ser，Mel。结果如图2A所示，其它离子、有机小分子或者氨基酸加入后CDs荧光恢复相对于Mel加入后恢复的程度来说都是非常的小，说明该检测体系对Mel具有很好的选择性效果。接着做干扰试验，将浓度为50μMMel和其它离子、有机小分子以及氨基酸分别都存在于待检测体系中用来考察检测Mel的效果，如K+，Na+，Ni2+，Fe2+，Zn2+，Fe3+，Mg2+，Ba2+，Ca2+，NO3-，Cl-，CO32-，SO42-，PAB，TEA，GUA，PRG，Thr，Arg，His，Asp，Ser，Mel。结果如图2B所示，Mel与其它干扰物质共存时 也能够使1.1mg/mLCDs与PAH-AgNPs按体积比为17:3混合溶液的荧光很好的恢复，与不同的干扰物质共存时检测结果偏差在5%以内，说明该检测体系对Mel的检测具有比较好的抗干扰性。F代表CDs/PAH-AgNPs混合溶液中加入Mel的荧光强度，F1代表CDs/PAH-AgNPs混合溶液加入干扰物质后的荧光强度，F2代表CDs/PAH-AgNPs混合溶液在Mel与干扰物质共存情况下恢复的荧光强度。
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图2检测体系对几种离子，有机小分子以及氨基酸的选择性实验（A）和干扰实验（B）。浓度都为50μM，从1到23分别对应：K+，Na+，Ni2+，Fe2+，Zn2+，Fe3+，Mg2+，Ba2+，Ca2+，NO3-，Cl-，CO32-，SO42-，PAB，TEA，GUA，PRG，Thr，Arg，His，Asp，Ser，Mel.
检测牛奶样中的三聚氰胺：实际样品主要是奶粉和液体牛奶。通过标准加入法对其回收率进行测量，如下表1，CDs荧光探针对Mel的回收率都在97-99%之间，误差基本上控制在3%以内。该CDs荧光探针可以很好地运用于实际样品中Mel的检测。
表1牛奶样品中三聚氰胺的3次检测结果
Sample Found（μM） Added（μM） Found（μM） Recovery（%） RSD（%）
Solid milk - 1.0 0.97±0.04 97.0 1.4
10.0 9.86±0.37 98.6 2.9
25.0 24.3±0.88 97.2 2.4
Liquid milk - 1.0 0.98±0.12 98.0 2.7
10.0 9.76±0.64 97.6 1.6
25.0 24.6±1.23 98.4 1.9
三、总结
本论文体系主要是研究开发具有实际应用的碳纳米荧光材料。对CDs的制备进行一些列研究比较，根据其特性构建合适的作用机理，实现实际应用。综上所述，CDs发射光谱与PAH-AgNPs吸收光谱有较好的重叠，基于两者间的内滤效应建立的荧光检测Mel的方法展现出良好的选择性、抗干扰性，其方法检测限较低，线性检测范围较宽，检测的响应时间较短。该荧光传感探针成功的应用到实际牛奶样中三聚氰胺的测定。
参考文献
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