专利名称：一种碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针的应用的制作方法
技术领域：
本发明属于纳米材料科学领域，具体涉及一种碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针的应用。
背景技术：
荧光探针在生命科学和环境检测领域具有重要的应用。现有的荧光探针主要是以单一荧光基团的荧光强度作为表征参数，虽然其操作简单，但是其结果的精确性却容易受荧光基团自身浓度，仪器因素(如激发光源强度波动，仪器灵敏度)等影响。这些因素会直接导致测量结果与真实值之间存在较大误差。荧光比率技术能较好地解决现有的荧光表征中所存在的上述问题。比率型荧光探针是通过测量探针材料两个不同波长处的荧光强度，以其比值作为信号参量，从而来测定目标物的分析方法。荧光比值信号不受光源强度波动和仪器灵敏度的影响，因此比率型荧光探针可以提高方法的准确性、灵敏度和动态响应范围。碳纳米点是一种新型的纳米材料，由于其具有化学稳定性、无光闪烁、耐光漂、无毒、优异的生物相容性等诸多优点，受到越来越多的关注(Luminescent Carbon Nanodots:Emergent Nano lights, Sheila N. Baker，Gary A. Baker, Angew. Ch em. Int. Ed. , 2010,49,6726)。近年来，基于碳纳米点的荧光探针取得了快速的发展。现有技术中碳纳米点的荧光探针主要是以单一荧光强度作为表征参数。将碳纳米点与含荧光发射团的有机共轭分子通过共价键连接或与含有重金属内核的无机量子点杂化复合进而构建比率型焚光探针(A Tunable Ratiometric pH Sensor Based on CarbonNanodots for the Quantitative Measurement of the Intracellular pH of WholeCells，Wen Shij Xiaohua Li，Huimin Ma, Angew. Chem. Int. Ed. 2012，51，6432 ；Carbon-Dot-Based Dual-Emission Nanohybrid Produces a Ratiometric FluorescentSensor for In Vivo Imaging of Cellular Copper Ions， Anwei Zhuj Qiang QujXiangling Shaoj Biao Kong, Yang Tian，Angew. Chem. Int. Ed. 2012，51，7185)，但是，有机分子在长时间光照下存在光漂白现象，发光稳定性相对较弱，含有重金属内核的无机量子点存在潜在的毒性问题；而且，以上述两种材料构建比率型荧光探针需要较复杂的合成路线，制备成本相对较高。现有技术中还没有以碳纳米点实现具有制备成本低、发光稳定性好、无毒特性的比率型荧光探针。

发明内容
为解决现有比率型荧光探针成本高、发光稳定性弱、潜在毒性的技术问题，本发明提供一种碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针的应用。本发明提供一种碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针的应用将碳纳米点溶解于待测液中，激发波长固定在360-400nm之间，固定温度下，对溶有碳纳米点的待测液进行荧光光谱检测，测出蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对待测目标的检测；所述的碳纳米点是由以下方法制备①尿素与柠檬酸按质量比I: I配制成水溶液；②将①所制备的水溶液通过微波加热反应获得棕黑色固体；③将棕黑色固体经真空加热，除去残留的小分子化合物，得到碳纳米点。优选的是，将碳纳米点溶解在中性纯水中，激发波长固定在360_400nm之间，固定温度下，对溶有碳纳米点的水溶液进行荧光光谱检测，测出蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对温度的检测。优选的是，将碳纳米点溶解在乙醇水溶液中，激发波长固定在360_400nm之间，固定温度下，对溶有碳纳米点的乙醇水溶液进行荧光光谱检测，测出蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对乙醇水溶液中乙醇含量的检测；所述的乙醇水溶液为乙醇和中性水的混合溶液，乙醇水溶液中Fe3+浓度小于O. 04 μ mol/1，Cu2+浓度小于30umol/l, Ca2+、Cd2+、Ba2+、Al3+、Na+、Mg2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+、Ag+、K+、Co2+ 和 Mn2+ 的浓分别度为 0_50umol/l，Cl'SO/'NCV 和P043_的浓度分别为0-150umol/l，其他离子浓度为O。优选的是，将碳纳米点溶解在pH值为I. 9-6. 6或者8. 6-13的水溶液中，激发波长固定在360-400nm之间，固定温度下，对溶有碳纳米点的水溶液进行荧光光谱检测，测出蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对水溶液PH值的检测；所述的pH值为I. 9-6. 6或者
8.6-13 的水溶液中 Fe3+浓度小于 O. 04 μ mol/1，Cu2+浓度小于 30umol/l, Ca2+、Cd2+、Ba2+、Al3+、Na+、Mg2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+、Ag+、K+、Co2+ 和 Mn2+的浓度分别为 0_50umol/l，Cl'SO/'NCV 和P043_的浓度分别为0-150umol/l，其他离子浓度为O。优选的是，将碳纳米点溶解在含Fe3+的中性水溶液中，激发波长固定在360_400nm之间，固定温度下，对溶有碳纳米点的含Fe3+的中性水溶液进行荧光光谱检测，测出蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到中性水溶液中Fe3+含量的检测，所述的含Fe3+的水溶液中Fe3+的浓度为 O. 04-50 μ mol/1, Cu2+ 浓度小于 30umol/l, Ca2+、Cd2+、Ba2+、Al3+、Na+、Mg2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+、Ag+、K+、Co2+ 和 Mn2+ 的浓度分别为 0_50umol/l，Cl'S042'N03-和 PO/-的浓度分别为0-150umol/l，其他离子浓度为O。优选的是，所述的激发波长固定在380nm。本发明的有益效果(I)本发明碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针的应用，所选用的碳纳米点表面含有丰富的尿素基团，表面的尿素基团处于形成分子间氢键的状态，会表现出蓝色荧光发射，表面的尿素基团处于分子内氢键状态，会表现出绿色荧光发射，通过检测蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率变化，实现对温度、水溶液的pH值、乙醇水溶液中乙醇的浓度和含Fe3+中性水溶液中Fe3+浓度的检测；(2)本发明碳纳米点作为水溶性比率型荧光纳米探针的应用，克服了现有比率型荧光探针技术中加入有机分子或者含有重金属内核的无机量子点导致的成本高、发光稳定性弱、存在潜在毒性的问题，其应用于荧光检测，方法简单，灵敏度高，准确性强；(3)本发明碳纳米点作为水溶性比率型荧光纳米探针的应用可准确、快速的检测0-100°C范围内温度变化，乙醇水溶液中乙醇浓度从0-100%的变化，水溶液pH值在I. 9-6. 6·和8. 6-13之间的变化，水溶液中Fe3+浓度大于等于O. 04 μ mol/1时，Fe3+的浓度值；(4)本发明碳纳米点作为水溶性比率型荧光纳米探针的应用，还可用于配制特定乙醇浓度、特定PH值和特定Fe3+浓度的水溶液，特定pH值要在I. 9-6. 6或者8. 6-13之间，特定Fe3+浓度要大于等于O. 04 μ mol/1。


图I为本发明实施例I中碳纳米点的水溶液在不同激发波长下的荧光光谱图；图2为本发明实施例I中碳纳米点水溶液在固定激发波长下的荧光光谱图和发射峰的荧光衰减曲线；图3为本发明实施例I中碳纳米点水溶液的蓝色荧光发射谱与绿色荧光发射谱的强度比随照射时间的变化曲线；图4为本发明实施例2的溶有碳纳米点的中性水溶液在不同温度下的绿色最大荧光发射峰处经归一化处理的荧光发射光谱图；图5为本发明实施例2的溶有碳纳米点的中性水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值随温度变化的曲线；图6为本发明实施例3的溶有碳纳米点的不同乙醇浓度的水溶液的绿色最大荧光发射峰处经归一化处理的荧光发射光谱图；图7为本发明实施例3的溶有碳纳米点的乙醇水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值随乙醇浓度变化的曲线；图8为本发明实施例4的溶有碳纳米点的不同pH值的水溶液的绿色最大荧光发射峰处经归一化处理的荧光发射光谱图；图9为本发明实施例4的溶有碳纳米点的不同pH值的水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值随pH值变化的曲线；图10为本发明实施例5的溶有碳纳米点的分别含不同金属离子的中性水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值与不同金属离子的关系；图11为本发明实施例6的溶有碳纳米点的不同Cu2+含量的中性水溶液在绿色最大荧光发射峰处经归一化处理的荧光发射光谱图；图12为本发明实施例7的溶有碳纳米点的不同Fe3+含量的中性水溶液在绿色最大荧光发射峰处经归一化处理的荧光发射光谱图；图13为本发明实施例7溶有碳纳米点的含Fe3+的中性水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值随时间的变化曲线；图14为本发明实施例6溶有碳纳米点的含Cu2+的中性水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值随Cu2+含量变化的曲线和实施例7溶有碳纳米点的含Fe3+的中性水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值随Fe3+含量变化的曲线。
具体实施例方式一种碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针的应用将碳纳米点溶解于待测液中，激发波长固定在360-400nm之间，固定温度下，对溶有碳纳米点的待测液进行荧光光谱检测，测出蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和 绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对待测目标的检测；所述的碳纳米点由以下方法制备①尿素与柠檬酸按质量比I: I配制成水溶液；②将①所制备的水溶液通过微波加热反应获得棕黑色固体；③将棕黑色固体经真空加热，除去残留的小分子化合物，得到碳纳米点。碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针的应用过程中，根据现有比率型荧光探针检测技术，在不考虑检测和计算误差的情况下，要求影响溶有碳纳米点的待测液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度的因素唯一，即固定只有一种检测变量，如果存在影响因素不唯一的情况，先将除去其他变量的，除去其他变量的过程为现有技术。本发明中所述的碳纳米点为现有技术，详见中国专利201210312844. 0，该碳纳米点表面含有丰富的尿素基团，当表面的尿素基团处于形成分子间氢键的状态时，会表现出蓝色荧光发射，当表面的尿素基团处于分子内氢键状态，会表现出绿色荧光发射，利用该碳纳米点在同表面态会表现出蓝色荧光发射或绿色荧光发射的特点，可以作为比率型荧光探针。本发明中碳纳米点作为荧光探针使用在待测液中需要的含量没有要求，只要测试仪器能检测到碳纳米点的荧光发射就能够达到本发明的技术效果，本发明实施例提供溶有碳纳米点的待测液中碳纳米点浓度为O. 01-0. 02mg/ml的应用，但本发明不限于此。本发明的激发波长固定在360-400nm之间，当激发波长低于360nm时,绿色最大突光发射峰很难观测到，当激发波长高于400nm时，蓝色荧光发射峰很难观测到，当激发波长为380nm时，溶有碳纳米点的待测液的蓝色和绿色荧光发射峰最为明显，可作为标准参照光谱，因此本发明的激发波长优选380nm。本发明的溶有碳纳米点的待测液的荧光光谱检测中，蓝色和绿色荧光发射峰在室温条件下检测更明显。碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针检测温度的应用，将碳纳米点溶解在待检测的中性纯水中，激发波长固定在360-400nm之间，固定温度下，检测溶有碳纳米点的水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对温度的检测；碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针检测温度时，在不考虑检测和计算误差的情况下，温度是唯一影响碳纳米点的水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度的因素。碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针检测乙醇水溶液中乙醇浓度的应用，将碳纳米点溶解在待检测的乙醇水溶液中，激发波长固定在360-400nm之间，固定温度下，检测溶有碳纳米点的乙醇水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对乙醇水溶液中乙醇含量的检测；碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针检测乙醇水溶液中乙醇浓度时，在不考虑检CN 102942175 A
书
明
说
5/9页
测和计算误差的情况下，乙醇水溶液中乙醇浓度是唯一影响溶有碳纳米点的乙醇水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度的因素，所述的乙醇水溶液是乙醇与中性水的混合溶液，所述的乙醇水溶液中不含有浓度大于等于O. 04 μ mol/1的Fe3+和浓度大于等于 30umol/l 的 Cu2+，可以包含浓度在 0-50 μ mol/1 的 Ca2+，Cd2+，Ba2+，Al3+，Na+，Mg2+，Ni2+，Pb2+，Zn2+，Ag+，K+，Co2+ 和 Mn2+ 中的一种或多种，浓度在 0_150umol/l 的 CF, SO42' NO3^ 或者PO,中的一种或多种，溶液中不含有其他离子；优选所述的乙醇水溶液是乙醇与中性纯水的混合溶液。碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针检测水溶液pH值的应用，将碳纳米点溶解在待检测的PH值为I. 9-6. 6或者8. 6-13水溶液中，激发波长固定在360_400nm之间，固定温度下，检测溶有碳纳米点的水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值,进而达到对水溶液pH值的检测；碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针检测水溶液PH值时，在不考虑检测和计算误差的情况下，水溶液的PH值是唯一影响溶有碳纳米点的水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度的因素，所述的PH值为I. 9-6. 6或者8. 6-13的水溶液中不含有浓度大于等于O. 04 μ mol/1的Fe3+和浓度大于等于30umol/l的Cu2+，可以包含浓度在0-50 μ mol/1 的 Ca2+，Cd2+，Ba2+，Al3+，Na+，Mg2+，Ni2+，Pb2+，Zn2+，Ag+，K+，Co2+ 和 Mn2+ 中的一种或多种，浓度在0-150umol/l的Cl—，SO42^NCV或者PO/—中的一种或多种，溶液中不含有其他离子。碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针检测含Fe3+的中性水溶液中Fe3+浓度的应用，将碳纳米点溶解在待检测的含Fe3+的中性水溶液中，放置大于I分钟，激发波长固定在360-400nm之间，固定温度下，检测溶有碳纳米点的含Fe3+的中性水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度,计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对中性水溶液中Fe3+含量的检测；在不考虑检测和计算误差的情况下，碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针检测含Fe3+的中性水溶液中Fe3+的浓度时，含Fe3+的中性水溶液中Fe3+的浓度是唯一影响溶液蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度的因素，所述的含Fe3+的中性水溶液中Fe3+的浓度为O. 04-50 μ mol/1,当Fe3+浓度大于50umol/l后，可采取相应比例稀释至小于等于50umol/l后，进行检测；含Fe3+的中性水溶液中不含有浓度大于等于30umol/l的Cu2+，可以包含浓度在0-50μπιΟ1/1的Ca2+，Cd2+，Ba2+，Al3+，Na+，Mg2+，Ni2+，Pb2+，Zn2+，Ag+，K+，Co2+ 和 Mn2+ 中的一种或多种，浓度在 0_150umol/I的Cl_，S042_，N03_或者P043_中的一种或多种，溶液中不含有其他离子。经实验验证，本发明的碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针检测金属离子中性水溶液时，浓度为0-50 μ mol/1的大部分金属离子，如含Ca2+，Cd2+，Ba2+，Al3+，Na+，Mg2+，Ni2+，Pb2+，Zn2+，Ag+，K+，Co2+和Mn2+对溶有碳纳米点的待测液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值几乎没有影响，浓度为0-150umol/l的Cl_，S042_，N03_或者P043_对溶有碳纳米点的待测液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值几乎没有影响，而Fe3+、Cu2+可以使蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值降低，但是，碳纳米点的比率型荧光探针对中性水溶液中Fe3+浓度的感应灵敏度是对Cu2+浓度感应灵敏度的100倍，可以通过稀释溶液的办法降低Cu2+对Fe3+感应的干扰，Cu2+浓度需控制在30umol/l以下。
8CN 102942175 A
书
明
说
6/9页 本发明中，通过蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值来推知温度、乙醇水溶液中乙醇浓度、PH值为I. 9-6. 6或者8. 6-13的水溶液的pH值和含Fe3+的水溶液中Fe3+的浓度都为现有技术。为使本领域技术人员进一步理解本发明，下面结合实施例和附图进一步说明本发明。·实施例I结合图1-3说明实施例I将碳纳米点O. 3mg,溶解于3ml中性纯水中，分别在固定激发波长为360nm, 380nm和400nm，25°C下，对碳纳米点水溶液进行荧光光谱检测，检测碳纳米点水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值。图I为本发明实施例I中碳纳米点的水溶液在不同激发波长下的荧光光谱图，曲线I为360nm激发下的荧光光谱，曲线2为380nm激发下的荧光光谱，曲线3为400nm激发下的荧光光谱；从图I中可以看出，激发波长在360-400nm之间时，本发明使用的碳纳米点水溶液表现为蓝色和绿色双荧光发射峰，在激发波长为380nm时，蓝色和绿色双荧光发射峰最为明显。图2为本发明实施例I中碳纳米点水溶液在固定激发波长下的荧光光谱图和发射峰的荧光衰减曲线；图2(a)为碳纳米点水溶液在380nm激发波长下的荧光光谱图，从图2(a)中可以看出，该碳纳米点水溶液表现出蓝色和绿色双荧光发射峰，峰值分别为455nm和520nm;图2(b)为蓝色和绿色荧光发射峰表现出不同的荧光衰减曲线，寿命分别为9. 5ns和6. 5 ns，曲线I为激发光的衰减曲线，曲线2为在520nm处检测的荧光衰减曲线，曲线3为在455nm处检测的荧光衰减曲线，从图2(b)可以看出，蓝色和绿色荧光发射谱带对应两个不同的受激发射过程，其中，蓝色荧光发射对应表面的尿素基团处于形成分子间氢键的状态，绿色荧光发射对应表面的尿素基团处于分子内氢键状态，表明在外界物理或化学因素刺激下，蓝色和绿色荧光发射谱带可以表现出不同的荧光变化信号。图3为本发明实施例I中碳纳米点水溶液在25°C，在380nm光连续激发3个小时，蓝色和绿色荧光发射谱的强度随时间的变化；曲线a为绿色荧光发射谱的强度随照射时间的变化曲线，曲线b为蓝色荧光发射谱与绿色荧光发射谱的强度比随照射时间的变化曲线，曲线c为蓝色荧光发射谱的强度随照射时间的变化曲线；从图3b可以看出，蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值几乎不随时间改变。图1-3说明本发明所选取的碳纳米点可以作为比率型荧光探针。实施例2 结合图4和图5说明实施例2碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针检测温度的应用将O. 3mg碳纳米点，溶解于3ml中性纯水中，固定激发波长为380nm，分别在10°C，25 V ,38°C, 48 V，53°C，58 V，63°C，73°C，78°C和83°C下，对溶有碳纳米点的水溶液进行荧光光谱检测，测出蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对温度的检测。图4为本发明实施例2的溶有碳纳米点的水溶液在不同温度下的绿色最大荧光发
9射峰处经归一化处理的荧光发射光谱，曲线1-10的发射峰强度随温度的上升峰值依次递减，曲线I在10°c，曲线2在25°C，曲线3在38°C，曲线4在48°C，曲线5在53°C，曲线6在58°C,曲线7在63°C，曲线8在73°C，曲线9在78°C，曲线10在83°C。图5为本发明实施例2的溶有碳纳米点的水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值随温度变化的曲线；从图5中可以看出，当温度从10°C增加 82°C，蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率呈线性递减，表明通过检测蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，碳纳米点作为比率型荧光探针可有效地、准确地感应温度变化。实施例3结合图6和图7说明实施例3碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针检测乙醇水溶液中乙醇浓度的应用用乙醇与纯水分别配制乙醇的体积百分比为O，O. 05，O. 15，O. 20，O. 25，O. 38，
O.50，O. 63，O. 72，O. 88，O. 94和O. 98的乙醇水溶液，分别将O. 3mg碳纳米点，溶解到3ml上述乙醇水溶液中，固定激发波长为380nm，25°C下，对上述溶有碳纳米点的乙醇水溶液分别进行荧光光谱检测，测出蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对乙醇水溶液中乙醇含量的检测。图6为本发明实施例3溶有碳纳米点的乙醇水溶液在不同乙醇浓度的乙醇水溶液中在绿色最大荧光发射峰处经归一化处理的荧光发射光谱，按体积百分比计，曲线I在乙醇含量为0，曲线2在乙醇含量为O. 05，曲线3在乙醇含量为O. 15，曲线4在乙醇含量为
O.20，曲线5在乙醇含量为O. 25，曲线6在乙醇含量为O. 38，曲线7在乙醇含量为O. 50,曲线8在乙醇含量为O. 63，曲线9在乙醇含量为O. 72，曲线10在乙醇含量为O. 88，曲线11在乙醇含量为O. 94，曲线12在乙醇含量为O. 98 ;曲线11和曲线12重合。图7为本发明实施例3溶有碳纳米点的乙醇水溶液的蓝色最大荧光发射强度和绿色最大荧光发射强度的比率值随乙醇浓度变化的曲线；从图7可以看出，当乙醇体积百分比从0%增加98%，蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值几乎线性递减，表明通过检测蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，碳纳米点作为比率型荧光探针可有效地、准确地感应乙醇水溶液中乙醇的浓度。实施例4结合图8和图9说明实施例4碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针检测水溶液pH值的应用用纯水和盐酸或者氢氧化钠分别配制 PH 值为 I. 9，2. 3，3. 2,4. 7,6. 6，7. 0,8. 0,8. 6，10. 6,11. 1,11.6,12. 0，
12.3，12. 6和13. O的水溶液，分别将O. 3mg碳纳米点，溶解到3ml上述不同pH值的水溶液中，固定激发波长为380nm，25°C下，对溶有碳纳米点的不同pH值的水溶液分别进行荧光光谱检测，测出碳纳米点水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对水溶液pH值的检测。图8为本发明实施例4溶有碳纳米点的不同pH值的水溶液在蓝色最大荧光发射峰处经归一化处理的荧光发射光谱，曲线I在pH值为I. 9，曲线2在pH值为2. 3，曲线3在
10pH值为3. 2，曲线4在pH值为4. 7，曲线5在pH值为6. 6，曲线6在pH值为7. 0，曲线7在pH值为8.0，曲线8在pH值为8.6，曲线9在pH值为10.6，曲线10在pH值为11. 1，曲线11在pH值为11.6，曲线12在pH值为12.0，曲线13在pH值为12.3，曲线14在pH值为12. 6，曲线15在pH值为13.0 ;曲线5、曲线6、曲线7和曲线8重合。 图9为本发明实施例4溶有碳纳米点的水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值随PH值变化的曲线，从图9可以看出，当pH值在6. 6到8. 6之间，蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值几乎不变；ipH值从6. 6降低到
I.9，蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值逐渐递减；ipH值从8. 6增加到13，蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值线性递增，表明通过检测蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，碳纳米点作为比率型荧光探针可有效地、准确地感应PH值从I. 9到6. 6和从8. 6到13之间的变化。实施例5用纯水和CaCl2, CdCl2, CuSO4, BaCl2, Al(NO3)3, NaCl, Fe(NO3)3, MgSO4, NiCl2,Zn (NO3) 2，Pb (NO3)2, AgNO3, K3PO4, CoCl 2，MnCl 2 分别配制含 50 μ mol/ICa2+，含 50 μ mol/ICd2+,含 50 μ mol/lCu2+,含 50 μ mol/lBa2+,含 50 μ mol/lAl3+,含 50 μ mol/lNa+,含 50 μ mol/IFe3+,含 50 μ mol/lMg2+,含 50 μ mol/INi2+,含 50 μ mol/lPb2+,含 50 μ mol/lZn2+,含 50 μ mol/lAg+，含 50μπιο1/1Κ+，含 50ymol/lCo2+，含 50μπιο1/1Μη2+ 的中性水溶液，将 0. 06mg 碳纳米点分别溶解到3ml的纯水和3ml的含上述金属离子的中性水溶液中，放置10分钟，固定激发波长为380nm，25°C下，分别对溶有碳纳米点的含不同金属离子的中性水溶液进行荧光光谱检测，测出蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值。图10为本发明实施例5溶有碳纳米点的含不同金属离子的中性水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值与不同金属离子的关系。从图10可以看出，Ca2+，Cd2+，Ba2+，Al3+，Na+，Mg2+，Ni2+，Pb2+，Zn2+，Ag+，K+，Co2+，Mn2+ 对蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值几乎没有影响，Cl_，S042_，N03_，P043_对蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值几乎没有影响，而Fe3+、Cu2+可以使蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值降低。实施例6用纯水和CuSO4 分别配制含 Cu2+浓度为 0. 03 μ mol/Ι，7. 2 μ mol/Ι，30 μ mol/Ι，60 μ mol/1,120 μ mol/1, 240 μ mol/1 和 480 μ mol/1 的中性水溶液，分别将 0. 06mg 碳纳米点溶解到3ml上述不同Cu2+含量的中性水溶液，放置10分钟，固定激发波长为380nm，25°C下，进行荧光光谱检测，分别检测不同Cu2+含量的碳纳米点的中性水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值。图11为本发明实施例6的不同Cu2+含量的碳纳米点中性水溶液在绿色最大荧光发射峰处经归一化处理的荧光发射光谱，曲线I在Cu2+浓度为0. 03 μ mol/1,曲线2在Cu2+浓度为7·2μπιο1/1，曲线3在Cu2+浓度为30ymol/l，曲线4在Cu2+浓度为60ymol/l，曲线5在Cu2+浓度为120 μ mol/Ι，曲线6在Cu2+浓度为240 μ mol/1，曲线7在Cu2+浓度为480 μ mol/1ο
实施例7碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针检测含Fe3+的中性水溶液中Fe3+浓度的应用用纯水和FeCl3分别配制Fe3+浓度分别为O. 01 μ mol/1，O. 2 μ mol/1，I. 6 μ mol/1，9. 6 μ mol/1，23 μ mol/1和46 μ mol/1的中性水溶液，分别将O. 06mg碳纳米点，溶解到3ml上述不同Fe3+含量的中性水溶液中，放置10分钟，固定激发波长为380nm，25°C下，对溶有碳纳米点的不同Fe3+含量的中性水溶液分别进行荧光光谱检测，测出蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对含Fe3+的中性水溶液中Fe3+浓度检测。图12为本发明实施例7的溶有碳纳米点的不同Fe3+含量的中性水溶液在绿色最大荧光发射峰处经归一化处理的荧光发射光谱，曲线I在Fe3+浓度为O. 01 μ mol/1,曲线2在Fe3+浓度为O. 2μπιο1/1，曲线3在Fe3+浓度为1·6μπιο1/1，曲线4在Fe3+浓度为
9.6 μ mol/1，曲线 5 在 Fe3+ 浓度为 23 μ mol/1，曲线 6 在 Fe3+ 浓度为 46 μ mol/1。图13为本发明实施例7的溶有碳纳米点的Fe3+含量为10 μ mol/1的中性水溶液蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值随时间的变化曲线，表明大于I分钟的时间，所选择的碳纳米点即可完成与Fe3+的复合，实现对中性水溶液中Fe3+含量快速的检测。图14中，曲线a为实施例5溶有碳纳米点的含Cu2+的中性水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值随Cu2+含量变化的曲线，从曲线a可以看出，当Cu2+含量大于30 μ mol/Ι时,蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值开始降低；曲线b为实施例7溶有碳纳米点的含Fe3+的中性水溶液的蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值随Fe3+含量变化的曲线，从曲线b可以看出，当Fe3+含量大于O. 04 μ mol/Ι，蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值逐渐递减，表明通过检测蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，碳纳米点作为比率型荧光探针可感应中性水溶液中浓度大于O. 04 μ mol/Ι的Fe3+;图14表明，碳纳米点作为比率型荧光探针对水溶液中Fe3+浓度的感应灵敏度是对Cu2+浓度感应灵敏度的100倍，可以通过稀释溶液的办法降低Cu2+对Fe3+感应的干扰，Cu2+浓度稀释为小于30 μ mol/1 ;这些表明碳纳米点作为比率型荧光探针对Fe3+具有很好的选择性，可有效地、准确地感应水溶液中浓度大于O. 04 μ mol/1的Fe3+。
权利要求
1.一种碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针的应用，所述的碳纳米点是由以下方法制备而成①尿素与柠檬酸按质量比1:1配制成水溶液；②将①所制备的水溶液通过微波加热反应获得棕黑色固体；③将棕黑色固体经真空加热，除去残留的小分子化合物，得到碳纳米点。
2.根据权利要求I所述的一种碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针的应用，其特征在于，将碳纳米点溶解于待测液中，激发波长固定在360-400nm之间，固定温度下，对溶有碳纳米点的待测液进行荧光光谱检测，测出蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对待测目标的检测。
3.根据权利要求I所述的一种碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针的应用，其特征在于，将碳纳米点溶解在中性纯水中，激发波长固定在360-400nm之间，固定温度下,对溶有碳纳米点的水溶液进行荧光光谱检测，测出蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对温度的检测。
4.根据权利要求I所述的一种碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针的应用，其特征在于，将碳纳米点溶解在乙醇水溶液中，激发波长固定在360-400nm之间，固定温度下，对溶有碳纳米点的乙醇水溶液进行荧光光谱检测，测出蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对乙醇水溶液中乙醇含量的检测；所述的乙醇水溶液为乙醇和中性水的混合溶液，乙醇水溶液中 Fe3+ 浓度小于 O. 04 μ mol/1, Cu2+ 浓度小于 30umol/l, Ca2+、Cd2+、Ba2+、Al3+、Na+、Mg2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+、Ag+、K+、Co2+ 和 Mn2+ 的浓度分别为 0_50umol/l，Cl' SO42' NOf 和 PO,的浓度分别为0-150umol/l，其他离子浓度为O。
5.根据权利要求I所述的一种碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针的应用，其特征在于，将碳纳米点溶解在PH值为I. 9-6. 6或者8. 6-13的水溶液中，激发波长固定在360-400nm之间，固定温度下，对溶有碳纳米点的水溶液进行荧光光谱检测，测出蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对水溶液pH值的检测；所述的pH值为I. 9-6. 6或者8. 6-13的水溶液中 Fe3+ 浓度小于 O. 04 μ mol/1，Cu2+ 浓度小于 30umol/l, Ca2+、Cd2+、Ba2+、Al3+、Na+、Mg2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+、Ag+、K+、Co2+ 和 Mn2+ 的浓度分别为 0_50umol/l，Cl' SO42' NOf 和 PO,的浓度分别为0-150umol/l，其他离子浓度为O。
6.根据权利要求I所述的一种碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针的应用，其特征在于，将碳纳米点溶解在含Fe3+的中性水溶液中，激发波长固定在360-400nm之间，固定温度下，对溶有碳纳米点的含Fe3+的中性水溶液进行荧光光谱检测，测出蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对中性水溶液中Fe3+含量的检测；所述的含Fe3+的中性水溶液中Fe3+的浓度为 O. 04-50 μ mol/1, Cu2+ 浓度小于 30umol/l, Ca2+、Cd2+、Ba2+、Al3+、Na+、Mg2+、Ni2+、Pb2+、Zn2+、Ag+、K+、Co2+ 和 Mn2+ 的浓度分别为 0_50umol/l，Cl' SO42' N03_ 和 PO:的浓度分别为0-150umol/l，其他离子浓度为O。
7.根据权利要求2-6任何一项所述的一种碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针的应用，其特征在于，所述的激发波长固定在380nm。
全文摘要
一种碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针的应用，解决了现有比率型荧光探针制备成本高、发光稳定性弱、存在潜在毒性的问题。该应用是将碳纳米点溶解于待测液中，激发波长固定在360-400nm，固定温度下，对溶有碳纳米点的待测液进行荧光光谱检测，测出蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰的强度，计算蓝色最大荧光发射峰和绿色最大荧光发射峰强度的比率值，进而达到对待测目标的检测。本发明碳纳米点作为水溶性比率型荧光探针应用成本低、发光稳定性好、无毒、灵敏度高，可简单、准确、快速的实现对温度、水溶液的pH值、乙醇水溶液中乙醇的浓度和含Fe3+中性水溶液中Fe3+浓度的检测。
文档编号G01N21/64GK102942175SQ201210484129
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月23日 优先权日2012年11月23日
发明者曲松楠, 刘星元 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所