基于碳点的传感阵列构建及其性能研究

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碳点(CDs)作为一种传感器基元,具有独特的光学特性及可调控的表面性能,广泛应用于多个领域。传感器阵列兼具响应广泛、灵敏度高、输出信号丰富等优势可用于多种分析物的同时检测。本文拟以3种氮掺杂CDs为合成对象,构建荧光传感阵列,研究传感阵列对酪氨酸代谢产物识别性能;采用CDs1和CDs2与精氨酸构建传感阵列,探究传感阵列对金属离子识别特性。主要研究工作如下:(1)CDs的制备与表征:以水热法合成CDs1和CDs2,以微波法合成CDs3;通过紫外光谱、荧光光谱、傅里叶红外光谱和X射线光电子能谱等表征手段分析各CDs的化学组成,结果表明3种CDs成功掺杂N原子,且表面富含氨基、羟基等官能团。(2)传感阵列对酪氨酸代谢产物的识别:考察酪氨酸代谢产物对不同CDs的特异性识别和响应行为。结合主成分分析和系统聚类分析,传感阵列可以准确识别出4种酪氨酸代谢产物(左旋多巴、3,4-二羟基苯乙酸、去甲肾上腺素和肾上腺素),表明传感阵列在1~500μmol/L浓度范围内可以对酪氨酸代谢产物进行定性分析,检测限量是1μmol/L。分别对左旋多巴(30.00~500.00μmol/L)、3,4-二羟基苯乙酸(0.00~500.00μmol/L)、去甲肾上腺素(30.00~500.00μmol/L)、肾上腺素(0.00~500.00μmol/L)进行线性拟合,线性关系良好,说明荧光传感阵列可以对分析物进行定量分析。在健康人体尿液样品中,研究传感阵列对酪氨酸代谢产物的识别能力,60μmol/L及以上的浓度都能被准确识别,准确率高达100%,对3,4-二羟基苯乙酸、去甲肾上腺素和肾上腺素有良好的线性关系,对左旋多巴呈指数衰减,拟合效果良好,该传感阵列可以在人体尿液中识别、鉴定不同浓度的酪氨酸代谢产物。(3)传感阵列对金属离子的识别:考察传感阵列对不同金属离子的特异性识别和响应行为。结合主成分分析和系统聚类分析,传感阵列可以准确识别出6种金属离子(Cu2+、Fe3+、Cr6+、Fe2+、Co2+、Ni2+),检测限量为0.12 mmol/L。定量分析结果显示,Cu2+(0.80~5.60 mmol/L)、Fe3+(0.12~5.60 mmol/L)、Cr6+(0.064~5.60 mmol/L)、Fe2+(1.60~5.60 mmol/L)、Co2+(0.50~5.60 mmol/L)、Ni2+(0.80~5.60 mmol/L)线性相关,R~2均大于0.94,该传感阵列可以对Cu2+、Fe3+、Cr6+、Fe2+、Co2+、Ni2+定量分析。在主成分分析中,该传感阵列可识别4种不同来源的水,说明传感阵列在水体污染、水质监控等方面有很好的发展潜力。综上所述,成功合成3种CDs,构建两种传感阵列,实现了酪氨酸代谢产物和金属离子的识别检测,在定性和定量分析中均表现良好,具有广阔的应用前景。
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