基于氮化碳量子点/罗丹明B系统检测汞离子的比率荧光探针

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.230166

摘要/Abstract

摘要：

通过一步水热法，以柠檬酸和尿素为原料，制备了蓝色氮化碳量子点（CNQDs），并对CNQDs的粒径分布、元素组成、形貌结构及表面官能团进行了表征，考察了CNQDs的光谱性质。以CNQDs为母体与罗丹明B（RhB）构成比率荧光探针CNQDs/RhB，基于CNQDs/RhB（447 nm/581 nm）的荧光强度比值F₀=（F₄₄₇/F₅₈₁）的变化情况对汞离子（Hg²⁺）进行定量测定，具有高选择性和灵敏性。结果显示，该探针对Hg^2＋的检测线性范围为2~40 μmol/L，检出限为1.95 μmol/L。常见的阴离子和阳离子对CNQDs/RhB检测Hg^2＋基本无影响，并对该比率型荧光探针的检测机制进行了探究。最后，将该探针应用于实际水样中Hg^2＋的检测，说明该探针具有潜在的应用价值。通过研究，对Hg^2＋的检测提供了新的思路，也预示了该荧光探针在水环境检测方面具有广阔的应用前景。

关键词: 荧光探针, 碳量子点, Hg²⁺, 环境检测

Abstract:

Blue carbon nitride quantum dots （CNQDs） have been prepared from citric acid and urea by one-step hydrothermal method， characterized for morphology， elemental composition， surface functional groups， and particle size distribution. The photophysics of CNQDs is also investigated for the fluorescent sensing of Hg²⁺ by coupling with rhodamine B （RhB）. CNQDs/RhB could sense Hg²⁺ with high sensitivity and selectivity from the intensity ratio of F₄₄₇/F₅₈₁. The sensing linear range is from 2.0 to 40 μmol/L， with the detection limit as 1.95 μmol/L. The common anions and cations do not interfere the detection of Hg²⁺by CNQDs/RhB. The sensor has been applied for the detection of Hg^{2 +} in real water samples， suggesting a great application potential.

Key words: Fluorescent sensor, Carbon dots, Hg²⁺, Environmental monitoring

中图分类号:

O657.3

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图/表 14

图1 （A） CNQDs的TEM图，内插图为CNQDs的HRTEM；（B） CNQDs的XRD表征；（C） CNQDs的XPS表征；（D） CNQDs的FT-IR光谱图；（E） CNQDs的紫外-可见吸收光谱、荧光激发和发射图；（F） CNQDs的激发波长依赖性荧光光谱图

Fig.1 （A） TEM image of CNQDs， inset is the HRTEM；（B） XRD spectrum of CNQDs；（C） XPS spectrum of CNQDs；（D） FT-IR spectrum of CNQDs；（E） The absorption， excitation and emission spectra of CNQDs；（F） The excitation dependent fluorescence spectra of CNQDs

图2 （A） CNQDs/RhB的荧光光谱图；（B） pH值对CNQDs/RhB体系检测Hg2+荧光强度的影响

Fig.2 （A） The fluorescence spectra of CNQDs/RhB；（B） The effect of pH on the fluorescence intensity of Hg2+ sensed by CNQDs/RhB systems

图3 反应时间对CNQDs/RhB体系检测Hg2+荧光强度的影响

Fig.3 The effect of reaction time on the fluorescence intensity of Hg2+ detected by CNQDs/RhB systems

图4 CNQDs质量浓度对检测Hg2+荧光强度的影响

Fig.4 The effect of CNQDs mass concentration on the fluorescence intensity of Hg2+ detection

图5 RhB浓度对检测Hg2+荧光强度的影响Fig.?5　The effect of RhB concentration on the fluorescence intensity

图6 不同浓度Hg2+对CNQDs/RhB体系荧光强度的影响

Fig.6 The concentration effect of Hg2+ on the fluorescent intensity

图7 CNQDs/RhB体系的荧光强度与Hg2+浓度的线性曲线

Fig.7 The plot of fluorescent intensity ration against the concentration

图8 常见金属离子对CNQDs/RhB体系的选择性

Fig.8 The selectivity of CNQDs/RhB towards different metal ions

图9 阴离子对CNQDs/RhB体系选择性

Fig.9 The selectivity of CNQDs/RhB towards different anions

图10 常见金属离子与Hg2+共存时对体系检测Hg2+的干扰性

Fig.10 The interference of different metal ions for the detection of Hg2+

图11 阴离子与Hg2+共存时对体系检测Hg2+的干扰性

Fig.11 The interference of different anions for the detection of Hg2+

图12 不同温度下，CNQDs/RhB体系+Hg2+的相对荧光强度变化图

Fig.12 The emission spectra of CNQDs/RhB sensing system at different temperature

图13 CNQDs/RhB体系检测Hg2+荧光寿命的变化图

Fig.13 The lifetime of sensing system at different temperature

表1 CNQDs/RhB比率荧光探针对水样中Hg2+的检测能力

Table 1 The detection ability of CNQDs/RhB ratio fluorescent probes for Hg2+ in water samples

Water samples	Added/（μmol·L^-1）	Found/（μmol·L^-1）	Recovery/%	RSD/%（n=3）
Tap water	5.00	5.29	105.8	4.8
	10.00	10.12	101.2	3.3
	35.00	35.91	102.6	1.5
Lake	5.00	5.91	110.2	6.8
	10.00	11.00	110	4.8
	35.00	34.58	98.8	1.4

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