关键词：
碳量子点
对硝基苯酚
荧光检测
分子印迹
摘要：
对硝基苯酚是农业、染料、化工等行业生产废水中常见的有机污染物,已多次在环境中检出。对硝基苯酚毒性大且毒害作用持续时间长、难以被生物降解,严重影响生态环境的同时更是危及到了人体健康。对硝基苯酚的常规检测方法程序复杂、耗时长、成本高,荧光分析因其简单、快速、灵敏的响应被广泛研究,且不断涌现的性能优异的荧光材料更拓宽了其在各种目标物检测中的应用。作为一种新兴碳纳米材料,碳量子点因其良好的稳定性、优越的光学性能以及出色的生物相容性,近年来广受研究者们关注。碳量子点来源丰富,可由各种各样的生物质作为原料获取。但是,目前关于生物质碳量子点的研究大多聚焦于木质素、纤维素含量高的植物源,且需要进行复杂的预处理,工艺操作繁琐,碳转化率低。因此仍需筛选出成本低廉、制备过程简易且利用率高的碳源。基于此,本文选取豆渣作为低木质素、低纤维素、高含水量的生物质代表,开发了一条绿色、简洁的合成路线,将豆渣制成有较高附加价值的荧光碳量子点。而后通过不同方法合成豆渣基复合材料并开发为荧光传感器,实现环境中痕量对硝基苯酚的定量检测。具体研究内容如下:(1)以废弃豆渣作为碳源,仅以水作为溶剂,通过一步水热法获得氮掺杂的荧光碳量子点(N-CDs)。N-CDs的荧光量子产率为10.64%,在最佳激发波长340 nm激发下发射出亮蓝色荧光,最强发射峰位于415 nm附近。对N-CDs的形貌、结构、组成及光学性能进行了测试和表征,N-CDs为粒径4.8 nm左右的球状颗粒,具有优异的抗氧化、抗离子干扰及抗光漂白性能。在0.4～40μM的范围内,对硝基苯酚的浓度与N-CDs水溶液的荧光猝灭程度呈良好的线性关系,实验表明N-CDs荧光的猝灭是基于内滤效应。将N-CDs传感器成功用于自来水样品中PNP的定量检测,同时为废弃生物质的再利用提供一种新思路,显现出潜在的环境和经济效益。(2)以食品废弃物豆渣为碳源,低共熔溶剂为修饰溶剂。低共熔溶剂以其突出的溶解能力,使豆渣中的难溶小分子物质溶解分散,促进水热过程中豆渣碳转化的同时提供氮、氯掺杂,从而提高碳量子点的转化率和荧光量子产率。合成的碳量子点(N,Cl-CDs)大小均匀,粒径在5.0～7.0 nm,荧光量子产率约为26.74%。通过各种手段测试N,Cl-CDs的光学性能,结果表明所得N,Cl-CDs在过酸、高离子强度、长时间光照等恶劣环境下仍能保持相对高的荧光强度。这种新构建的荧光探针显示出与PNP浓度良好的线性相关性(0.1～60μM),检测限低至30 n M。N,Cl-CDs传感器对PNP的猝灭是基于内滤效应。通过对自来水样的加标回收实验,成功实现N,Cl-CDs对环境样品中PNP的荧光检测。(3)为了提高N,Cl-CDs对PNP检测的特异性,本章中引入分子印迹技术,通过溶胶凝胶法制备了豆渣基碳量子点分子印迹荧光传感器(MIP@CDs)。通过多种表征手段探索了MIP@CDs的形貌结构及光学性能。利用荧光分光光度计研究了MIP@CDs的浓度、p H以及响应时间对检测效果的影响,在各因素最佳的检测条件下,MIP@CDs对PNP浓度的检测线性范围为0.6～50μM,检测限为200 n M,印迹因子为2.72。选择性实验结果表明MIP@CDs对PNP检测效果优于NIP@CDs,这是由于MIP@CDs聚合物中具有特异性识别PNP的结合位点,可快速锁定目标物导致量子点的荧光发生猝灭。将构建的荧光传感器应用于环境水样中PNP的检测,加标回收率为93.8%～103.3%,相对标准偏差低于6.0%,提供了一种能够快速识别PNP的可靠方法。
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