豌豆荚荧光碳量子点的制备、表征及其离子识别性能研究

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生物质荧光碳量子点(BCDs)因原料天然可再生、具有良好的荧光特性、高生物相容性和低细胞毒性,使其在离子检测、光催化等化学领域和生物传感及细胞成像等生物领域有更大的潜在应用。目前关于以豌豆荚为原料制备碳量子点(CQDs)的研究尚未有文献报道。因此,本研究以生物质废弃物豌豆荚为原料,通过水热合成法制备了豌豆荚蓝色荧光CQDs,不仅绿色环保,还实现了废弃物资源化、变废为宝,并且考查了豌豆荚荧光CQDs的合成条件,对其在水及食品中离子检测、细胞成像及可实现裸眼识别的荧光离子检测试纸等三个方面的应用进行了研究。主要实验结果如下:1、以生物质废弃物豌豆荚为原料,利用水热合成法制备出豌豆荚蓝色荧光CQDs、粒径平均尺寸为1.9 nm±0.45 nm,CQDs表面具有酮羰基(C=O)、羟基(-OH)或胺基(-NH2)等官能团。在最大激发波长为340 nm的条件下,CQDs的最大发射波长为414 nm,具有激发波长依赖性。通过单因素实验和响应面试验考查豌豆荚添加量、碳化时间和碳化温度对豌豆荚CQDs荧光强度的影响,最终确定制备豌豆荚荧光CQDs的较佳工艺条件为:豌豆荚添加量0.6 g、碳化温度200℃、碳化时间90 min,此条件下制备的豌豆荚CQDs的荧光最强。2、对豌豆荚CQDs的稳定性进行分析研究,结果显示豌豆荚CQDs具有良好的热稳定性、光稳定性和抗盐性、在p H=6-8的范围内表现出了良好的荧光特性、具有长效发光特性;利用荧光光谱考查了豌豆荚CQDs对阴、阳离子的识别性能,结果显示Cu2+对豌豆荚CQDs的荧光有明显的猝灭效应,其猝灭机理为静态猝灭效应,且识别不受其他共存离子的干扰,其最低检测限为5.35μM。形成的CQDs-Cu2+配合物能够进一步灵敏的识别EDTA,加入EDTA后,CQDs-Cu2+的荧光得以快速恢复,最低检测限为6.29μM,实现了豌豆荚CQDs对Cu2+和EDTA的荧光“on-off-on”连续识别。3、对制备的豌豆荚荧光CQDs进行真实样品中离子检测、细胞成像及制备裸眼识别的荧光离子检测试纸等三个方面的应用研究。结果发现,豌豆荚CQDs可以成功应用在实际样品中,实现了对水中的Cu2+和食品中EDTA的检测,对Cu2+和EDTA的回收率分别在98.81%-100.63%范围内和98.73%-99.40%范围内;对豌豆荚CQDs在植物细胞和微生物细胞中的荧光成像进行了考查,结果显示豌豆荚CQDs具有高生物相容性和低细胞毒性;本课题制备了两种可实现裸眼识别的荧光离子检测试纸,实现了对Cu2+和EDTA的绿色、快捷和准确的检测。
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