一种基于铜绿微囊藻的N/S共掺杂量子点和在荧光定量检测Cu2+中的应用

一种基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点和在荧光定量检测cu2+中的应用
技术领域
1.本发明涉及碳点合成技术领域，特别涉及一种基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点和在荧光定量检测cu
2+
中的应用。


背景技术：

2.碳点(cd)由于其良好的光致发光、优异的光稳定性、低细胞毒性、高效的电子接受能力、良好的生物相容性和抗生物降解性，在传感、生物成像、药物递送、光动力疗法、光催化和电催化中受到广泛关注。此外，cd中的多种掺杂剂可能更适合传感器和催化应用。由于cd中富含电子的氮原子为导带提供了额外的电子，因此热氧化稳定性和电导率得到了改善。此外，氮掺杂的cd已被用于靶荧光传感和重金属吸附。
3.与单氮或硫掺杂相比，硫氮共掺杂对cd性能的协同效应明显，包括更长的荧光发射波长和更高的量子产率，更优异的电催化和光催化活性。然而，氮和硫共掺杂cd(n/s-cd)的制备方法通常是复杂的，通常涉及极端条件和额外的纯化(或钝化)过程(参见skaltsas t,goulielmaki m,pintzas a,et al.carbon quantum dots/block copolymer ensembles for metal-ion sensing and bioimaging[j].journal ofmaterials chemistry b,2017,5(27):5397-5402.)。因此，需要探索一种简单、方便和绿色的方法来获得n/s-cd。
[0004]
我国的铜矿资源丰富，而随着矿产资源的开采，也带来了环境污染问题。微量的含铜化合物在矿场周边富集，随雨水冲刷或周边水流波动汇入江河，并不断富集在河床、堤岸等处。由于cu(ii)属于重金属离子，且难以自然降解，它的不断富集会导致水生物群落遭到破坏或死亡。此外，随着食物链的传播，这些cu(ii)离子也会进入人体，对人类生命健康造成威胁。因此，发展cu(ii)离子的定量检测，具有重要意义。


技术实现要素：

[0005]
有鉴于此，本发明目的在于提供一种基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点和在荧光定量检测cu
2+
中的应用。本发明提供的n/s共掺杂量子点制备方法简单，环保，所得n/s共掺杂量子点能够实现cu
2+
的荧光定量检测。
[0006]
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
[0007]
本发明提供了一种基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点的制备方法，包括以下步骤：
[0008]
对铜绿微囊藻液进行超声、离心、洗涤和干燥，得到铜绿微囊藻粉末；
[0009]
将所述铜绿微囊藻粉末与水混合，进行水热反应，得到铜绿微囊藻水热液；
[0010]
对所述铜绿微囊藻水热液进行微滤、透析和冷冻干燥，得到基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点。
[0011]
优选的，所述铜绿微囊藻液中铜绿微囊藻的浓度为0.5～1g/100ml。
[0012]
优选的，所述水热反应的温度为120～200℃，时间为8～16h。
[0013]
优选的，所述微滤使用的微滤膜的孔径为0.15～0.30μm；
[0014]
所述透析的截留分子量为800～1200da；
[0015]
所述冷冻干燥的时间为18～30h。
[0016]
本发明提供了上述制备方法制备得到的基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点。
[0017]
优选的，所述基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点的粒径为5～10nm。
[0018]
本发明提供了上述基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点在荧光定量检测cu
2+
中的应用。
[0019]
本发明提供了一种荧光定量检测cu
2+
的方法，包括以下步骤：
[0020]
将待测溶液与上述基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点混合，得到供试液；
[0021]
将所述供试液置于比色皿中，使用紫外光源照射比色皿，使用基于智能手机的便携式光谱仪测试比色皿中试液的荧光光谱，并测定相应荧光值，获得荧光猝灭效率，所述荧光猝灭效率为实测荧光强度与不含cu
2+
的空白溶液的荧光强度的比值；
[0022]
根据所述荧光猝灭效率和预定的第一标准曲线获得待测溶液中cu
2+
的浓度；所述第一标准曲线为荧光猝灭效率和cu
2+
浓度的线性关系曲线。
[0023]
优选的，使用基于智能手机的便携式光谱仪测试比色皿中试液的荧光光谱后，还包括通过gospectro软件对荧光强度进行量化。
[0024]
本发明提供了一种荧光定量检测cu
2+
的方法，包括以下步骤：
[0025]
将待测溶液与上述基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点混合，得到供试液；
[0026]
使用稳态荧光光谱仪测试所述供试液的荧光强度，获得荧光猝灭效率，所述荧光猝灭效率为实测荧光强度与不含cu
2+
的空白溶液的荧光强度的比值；
[0027]
根据所述荧光猝灭效率和预定的第二标准曲线获得待测溶液中cu
2+
的浓度；所述第二标准曲线为荧光猝灭效率和cu
2+
浓度的线性关系曲线。
[0028]
本发明提供了一种基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点的制备方法，包括以下步骤：对铜绿微囊藻液进行超声、离心、洗涤和干燥，得到铜绿微囊藻粉末；将所述铜绿微囊藻粉末与水混合，进行水热反应，得到铜绿微囊藻水热液；对所述铜绿微囊藻水热液进行微滤、透析和冷冻干燥，得到基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点(n/s-cqds)。本发明以用河流湖泊常见的有害水华污染物铜绿微囊藻为原料，其结构中含有碳、氮和硫源的含硫氨基酸，本发明采用简单的一步水热法，将有害的水华污染物铜绿微囊藻转化为多功能的n/s共掺杂量子点，方法简单、绿色、经济，且不需要额外添加任何化学物质，易于实现工业化生产；所制备的n/s共掺杂量子点d具有较高的稳定性。
[0029]
本发明将所得n/s共掺杂量子点用于荧光传感cu
2+
定量检测，cu
2+
浓度越高，相应的荧光强度越弱，且荧光猝灭效率(f/f0)与cu
2+
浓度在0～1000μm之间存在良好的线性关系(智能手机检测r
12
＝0.9933、稳态荧光检测r
22
＝0.9934)，其中f和f0分别是含不同浓度和不含cu
2+
溶液中n/s-cd的荧光强度，且智能手机的检测限lod＝29.4643。
附图说明
[0030]
图1为n/s-cqds的ftir测量光谱；
[0031]
图2为n/s-cqds的xps能谱图；
[0032]
图3为n/s-cqds的高分辨透射电子显微镜图；
[0033]
图4为n/s-cqds溶液的紫外-可见吸收光谱图；
[0034]
图5为n/s-cqds溶液在不同激发波长下的发射光谱；
[0035]
图6为紫外光照时间对n/s-cqds荧光强度的影响；
[0036]
图7为ph值对n/s-cqds荧光强度的影响；
[0037]
图8为不同nacl浓度对n/s-cqds荧光强度的影响；
[0038]
图9为不同浓度cu
2+
的n/s-cqds的荧光光谱；
[0039]
图10为荧光猝灭效率与cu
2+
浓度的线性关系；
[0040]
图11为cu
2+
实际浓度与测试浓度的对比柱状图；
[0041]
图12为不同金属离子对n/s-cqds荧光的测试结果。
具体实施方式
[0042]
本发明提供了一种基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点的制备方法，包括以下步骤：
[0043]
对铜绿微囊藻液进行超声、离心、洗涤和干燥，得到铜绿微囊藻粉末；
[0044]
将所述铜绿微囊藻粉末与水混合，进行水热反应，得到铜绿微囊藻水热液；
[0045]
对所述铜绿微囊藻水热液进行微滤、透析和冷冻干燥，得到基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点。
[0046]
本发明对铜绿微囊藻液进行超声、离心、洗涤和干燥，得到铜绿微囊藻粉末。本发明对所述铜绿微囊藻的来源没有特殊的要求，河流湖泊常见的有害水华污染物铜绿微囊藻均适用本技术的制备方法。作为本发明的具体实施例，所述铜绿微囊藻的原始藻种类为fachb-905的铜绿微囊藻，购于中国科学院水生生物研究所(武汉)国家淡水藻种库。在本发明中，所述铜绿微囊藻液中铜绿微囊藻的浓度优选为0.5～1g/100ml，更优选为0.6～0.8g/100ml。当所述铜绿微囊藻液中铜绿微囊藻的浓度不足时，本发明优选对铜绿微囊藻进行扩繁培养；在本发明中，所述扩繁培养使用的培养液优选为bg11培养液。在本发明中，所述扩繁培养的方法优选包括以下步骤：
[0047]
对扩繁培养使用的容器进行杀菌；
[0048]
对bg11培养液进行灭菌；
[0049]
将待扩繁培养的铜绿微囊藻接种至bg11培养液中，放入光照培养箱中进行扩繁培养。
[0050]
在本发明中，所述扩繁培养时，光强优选为2000lx，光暗时间优选为12:12，温度优选为25
±
1℃。
[0051]
本发明对铜绿微囊藻液进行超声、离心、洗涤和干燥，得到铜绿微囊藻粉末。在本发明中，所述超声的功率优选为50khz，时间优选为20～30min，更优选为25min。
[0052]
在本发明中，所述离心的速率优选为8000～12000rpm，更优选为10000rpm；时间优选为3～5min，更优选为4min。在本发明中，所述洗涤优选为超纯水洗涤。本发明优选重复进行所述超声、离心、洗涤，所述重复的次数优选为3次。
[0053]
在本发明中，所述干燥的温度优选为40～80℃，更优选为60℃；时间优选为10～15h，更优选为12h。所述干燥后，本发明优选对干燥后的固体进行研磨。
[0054]
本发明将所述铜绿微囊藻粉末与水混合，进行水热反应，得到铜绿微囊藻水热液。
在本发明中，所述铜绿微囊藻粉末与水的质量比优选为0.2:15～20。在本发明中，所述混合优选为超声混合。
[0055]
在本发明中，所述水热反应优选在高压反应釜中进行。在本发明中，所述水热反应的温度优选为120～200℃，更优选为160～180℃；时间优选为8～16h，更优选为10～12h。
[0056]
在本发明中，所述水热反应后，本发明优选对所得铜绿微囊藻水热液自然冷却至室温。
[0057]
得到所述铜绿微囊藻水热液后，本发明对所述铜绿微囊藻水热液进行微滤、透析和冷冻干燥，得到基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点。在本发明中，所述微滤使用的微滤膜的孔径优选为0.15～0.30μm，更优选为0.22μm；本发明通过所述微滤，去除铜绿微囊藻水热液中的较大颗粒。
[0058]
在本发明中，所述透析使用的透析袋的截留分子量优选为800～1200da，更优选为1000da。
[0059]
在本发明中，所述透析前，本发明优选对透析袋进行前处理，所述前处理优选包括以下步骤：
[0060]
将透析袋置于乙醇溶液中煮沸，之后取出，依次使用乙醇溶液、碳酸氢钠溶液、乙二胺四乙酸和水洗涤。
[0061]
在本发明中，所述乙醇溶液的体积浓度优选为50％；所述碳酸氢钠溶液的浓度优选为0.01mol/l；所述乙二胺四乙酸的浓度优选为1mmol/l。
[0062]
在本发明中，所述透析时使用的透析液优选为去离子水；微滤后的铜绿微囊藻水热液与去离子水的体积比优选为1:100。
[0063]
在本发明中，所述透析的次数优选为5次，单次透析的时间优选为4h。
[0064]
在本发明中，所述冷冻干燥的时间优选为18～30h，更优选为24h。
[0065]
本发明提供了上述制备方法制备得到的基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点。
[0066]
在本发明中，所述基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点的粒径优选为5～10nm，更优选为6～8nm。
[0067]
本发明提供了上述基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点在荧光定量检测cu
2+
中的应用。本发明提供的基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点能够作为荧光探针，其于荧光传感cu
2+
定量检测时，cu
2+
浓度越高，相应的荧光强度越弱，且荧光猝灭效率(f/f0)与cu
2+
浓度在0～1000um之间存在良好的线性关系。
[0068]
本发明提供了一种荧光定量检测cu
2+
的方法，包括以下步骤：
[0069]
将待测溶液与上述的基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点混合，得到供试液；
[0070]
将所述供试液置于比色皿中，使用紫外光源照射比色皿，使用基于智能手机的便携式光谱仪测试比色皿中试液的荧光光谱，并测定相应荧光值，获得荧光猝灭效率，所述荧光猝灭效率为实测荧光强度与不含cu
2+
的空白溶液的荧光强度的比值；
[0071]
根据所述荧光猝灭效率和预定的第一标准曲线获得待测溶液中cu
2+
的浓度；所述第一标准曲线为荧光猝灭效率和cu
2+
浓度的线性关系曲线。
[0072]
本发明将待测溶液与上述的基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点混合，得到供试液。在本发明中，所述待测溶液优选为自然环境中的水体，例如江河湖泊中的水。在本发明中，所述基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点优选以水溶液的形式提供，所述基于铜绿微囊
藻的n/s共掺杂量子点水溶液的浓度优选为0.03～0.08mg/ml，更优选为0.05mg/ml；在本发明中，所述供试液中，基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点水溶液的体积百分含量优选为5～20％，更优选为10％。本发明对所述混合的方式没有特殊的要求，使用本领域技术人员熟知的混合方式即可，具体的如搅拌混合。
[0073]
本发明将所述供试液置于比色皿中，使用紫外光源照射比色皿，使用基于智能手机的便携式光谱仪测试比色皿中试液的荧光光谱，并测定相应荧光值，获得荧光猝灭效率，所述荧光猝灭效率为实测荧光强度与不含cu
2+
的空白溶液的荧光强度的比值在本发明中，所述紫外光源的光强优选为1mw，波长优选为170nm。
[0074]
在本发明中，所述基于智能手机的便携式光谱仪优选为专利cn202310168157.4公开的基于智能手机的便携式光谱仪，包括壳体、手机固定部件、光谱成像模块、比色皿槽、光源；所述手机固定部件与所述壳体可拆卸连接；所述光源、所述比色皿槽和所述光谱成像模块从上到下依次设置在所述壳体内部；所述光谱成像模块、所述比色皿槽和所述光源设置在同一中心轴上。
[0075]
在本发明中，使用基于智能手机的便携式光谱仪测试比色皿中试液的荧光光谱后，还包括通过gospectro软件对荧光强度进行量化，获得荧光强度的具体数值。在本发明中，所述荧光猝灭效率＝f/f0，其中f表示实测荧光强度，f0表示加入了等量的基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点且不含cu
2+
的空白溶液的荧光强度。
[0076]
本发明根据所述荧光猝灭效率和预定的第一标准曲线获得待测溶液中cu
2+
的浓度；所述第一标准曲线为荧光猝灭效率和cu
2+
浓度的线性关系曲线。在本发明中，所述第一标准曲线的获得方法，优选包括以下步骤：
[0077]
提供梯度已知浓度的cu
2+
标准样品；
[0078]
将梯度已知浓度的cu
2+
标准样品分别与基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点混合，作为供试液；
[0079]
将所述供试液置于比色皿中，使用紫外光源照射比色皿，使用智能手机摄像头捕获比色皿的荧光强度，获得荧光猝灭效率；
[0080]
以所述cu
2+
标准样品的浓度为横坐标，以荧光猝灭效率为纵坐标，绘制第一标准曲线。
[0081]
作为本发明的一个具体实施例，所述梯度已知浓度的cu
2+
标准样品分别为0、100、250、500、750、1000μm；所述第一标准曲线具体为y＝-0.0003x+0.9874，r
12
＝0.9933，线性检测范围为0～1000μm。
[0082]
本发明提供了另外一种荧光定量检测cu
2+
的方法，包括以下步骤：
[0083]
将待测溶液与上述的基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点混合，得到供试液；
[0084]
使用稳态荧光光谱仪测试所述供试液的荧光强度，获得荧光猝灭效率，所述荧光猝灭效率为实测荧光强度与不含cu
2+
的空白溶液的荧光强度的比值；
[0085]
根据所述荧光猝灭效率和预定的第二标准曲线获得待测溶液中cu
2+
的浓度；所述第二标准曲线为荧光猝灭效率和cu
2+
浓度的线性关系曲线。
[0086]
本发明将待测溶液与上述的基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点混合，得到供试液。此步骤与上文描述相同，在此不再赘述。
[0087]
本发明使用稳态荧光光谱仪测试所述供试液的荧光强度，获得荧光猝灭效率，所
述荧光猝灭效率为实测荧光强度与不含cu
2+
的空白溶液的荧光强度的比值。在本发明中，所述荧光猝灭效率＝f/f0，其中f表示实测荧光强度，f0表示加入了等量的基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点且不含cu
2+
的空白溶液的荧光强度。
[0088]
本发明根据所述荧光猝灭效率和预定的第二标准曲线获得待测溶液中cu
2+
的浓度；所述第二标准曲线为荧光猝灭效率和cu
2+
浓度的线性关系曲线。在本发明中，所述第二标准曲线的获得方法与第一标准曲线类似，在此不再赘述。作为本发明的一个具体实施例，所述第二标准曲线具体为y＝-0.0003x+0.9882，r
22
＝0.9934，线性检测范围为0～1000μm。
[0089]
下面结合实施例对本发明提供的基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点和在荧光定量检测cu
2+
中的应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0090]
以下实施例中，所用实验试剂如表1所示，所用仪器如表2所示。
[0091]
表1实验试剂
[0092][0093]
表2实验仪器
[0094][0095][0096]
实施例1
[0097]
本实施例使用的铜绿微囊藻由实验室所培养，其原始藻种类为fachb-905的铜绿微囊藻，购于中国科学院水生生物研究所(武汉)国家淡水藻种库。将购置的铜绿微囊藻使用光照培养箱进行培养，等待浓度足够时使用bg11培养基进行扩繁培养，最终得到浓度为1g/100ml的铜绿微囊藻液。
[0098]
基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点的制备，方法如下：
[0099]
首先将铜绿微囊藻液超声30min，再移至离心机以10000rpm的速度离心铜绿微囊藻4分钟，而后用超纯水洗涤，上述步骤重复三次得到铜绿微囊藻藻体。将得到的藻体在60℃的电热鼓风干燥箱中干燥12h烘干水分，将完全烘干的铜绿微囊藻收集并研磨成均匀的铜绿微囊藻粉末。
[0100]
称取0.2g铜绿微囊藻粉末分散在20ml去离子水中并超声30min，然后倒入高压反应釜，在180℃温度下加热12h。反应结束等待等待自然冷却降至室温后，取出反应釜得到深棕色的铜绿微囊藻水热液。
[0101]
使用0.22μm的膜过滤铜绿微囊藻水热液以去除大颗粒，然后使用mwco 1000da透析袋进行透析，透析时，将20ml待透析液放入2000ml去离子水进行透析，透析时更换4次去离子水，每次透析时长为4h，得到浅棕色的纯化液。
[0102]
将纯化液冷冻干燥24h，得到基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点，记为n/s-cqds。
[0103]
结构表征
[0104]
(1)傅里叶红外(ftir)表征
[0105]
所得n/s-cqds的ftir测量光谱如图1所示。通过ftir揭示了n/s-cqds的表面官能团，结果显示，3284cm-1
的宽峰和2950峰位分别代表o-h的拉伸振动和表面羧基形成的分子内氢键的精细结构。2840cm-1
区域的吸收带与c
–
h拉伸振动有关，1460cm-1
和1305cm-1
区域的吸收带与n-h的弯曲振动有关。分别在1600cm-1
、1367/1149cm-1
、1026cm-1
和594cm-1
处观察到c＝o、c-n、c-o和c-s键的拉伸振动峰。正是这些边缘官能团的存在使cqds在一些亲水性溶剂中表现出高溶解度。制备的cqds的上述实验光谱证实，在水热反应过程中，n/s原子成功地掺杂到cqds中。
[0106]
(2)x射线光电子能谱分析(xps)
[0107]
采用axis ultra dld型x射线光电子能谱仪对材料进行xps分析。n/s-cqds的xps能谱图如图2所示，图2中，(a)c1s；(b)o1s；(c)n1s；(d)s2p。xps进一步说明了合成的n/s-cqds的元素组成，结果显示，铜绿微囊藻合成的n/s-cqds主要含有五种元素，包括c(58.59％)、o(20.88％)、n(8.9％)、s(0.96％)和mg(9.73％)。在bg11培养基中包含了少量的硫酸镁，因此，它在n/s-cd中有一些残留的mg。合成的n/s-cqds的化学键信息由核心能级光谱确定。在c1s核心能级光谱中，在284.7、286.1和287.6ev处的三个峰揭示了三种化学键，c-c/c＝c、c-s/c-o和c＝o。o1s核心能级光谱中531.5和532.6ev处的两个峰对应于c＝o和c-oh的两个化学键。在n1s核心能级光谱中，在399.7和401.6ev处有两个峰，分别来自c-n-c和n-h的两个化学键。s2p核心能级光谱中163.7和168.6ev处的两个峰证明了c-s和c-sox的存在。合成的n/s-cqds中也证实了上述四种主要元素的存在。因此，铜绿微囊藻中含硫氨基酸的c、n和s可以通过一步水热反应转化为合成的n/s-cqds的化学组成。
[0108]
(3)高分辨透射电子显微镜分析(hrtem)
[0109]
n/s-cqds的高分辨透射电子显微镜图如图3所示。可以看出，所制备的n/s-cqds表现出几乎球状的形态，并且在室温下较好地分散在整个截面上，没有明显的聚集。n/s-cqds的尺寸在5至10nm之间，平均直径为6nm左右。狭窄的尺寸分布和较小的平均直径可能与水热加热产生的均匀能量和高压有关。
[0110]
(4)紫外-可见吸收光谱分析
[0111]
采用uv9000紫外可见分光光度计对n/s-cqds溶液进行分析，扫描波长范围为200～600nm。0.0045mg/ml n/s-cqds溶液的紫外-可见吸收光谱图如图4所示。可以看出，合成的n/s-cqds在250-300nm处观察到弱的uv-vis r吸收带，因此n/s-cqds含有不饱和杂原子基团，如羰基等。在紫外区域观察到cqd的光学吸收峰，最大吸收在近270nm处，对应于cqds结构内c＝o的n-π*跃迁。制备的n/s-cqds水溶液在可见光下显示出棕色，而稀释的n/s-cqds溶液在紫外线(370nm)照射下显示出强烈的荧光。
[0112]
(5)光致发光光谱分析
[0113]
0.0045mg/ml n/s-cqds溶液在不同激发波长下的发射光谱如图5所示。结果显示，合成的n/s-cqds在370nm激发下可以获得最大pl强度，并且确定最佳发射波长为370nm。随着激发波长从330nm增加到370nm，相应的荧光强度逐渐增加，达到370nm激发的最大值，然后随着激发波长增加370～390nm而降低。这些结果表明，铜绿微囊藻衍生的cqds具有典型的激发依赖性发射行为。表面包含的官能团往往引入不同的能级，从而导致cqds表面上出
现一系列发射陷阱。通常，表面状态不是由单个化学基团引入的，而是由碳骨架和连接的化学基团的杂化引入的。特定的激发波长有利于激活一些发射陷阱位点，从而产生相应的pl发射。应该提到的是，更高程度的表面氧化或其他有效改性可以导致更多的表面缺陷，因此pl发射表现出红移发射行为。
[0114]
性能测试
[0115]
(1)紫外光照时间对荧光的影响
[0116]
由于实际应用中，需要cqds的荧光具备良好的抗光漂泊性，才能有利于实际应用，因此需要研究cqds的光学稳定性至关重要。具体做法是：在3ml的0.0045mg/ml n/s-cqds溶液中，使用1mw170nm紫外激光器在距n/s-cqds溶液5cm处连续照射120分钟，并且分别在10、20、30、60、90、120min时测试n/s-cqds溶液的荧光强度。
[0117]
紫外光照时间对n/s-cqds荧光强度的影响如图6所示。可以看出，pl强度随暴露时间的变化可忽略不计，光照2h后n/s-cqds仍然表现出了优异抗光漂白性。
[0118]
(2)不同ph值对荧光的影响
[0119]
由于各物质条件不同，所处环境不同，ph值可能很大程度影响量子点的荧光强度。另外，ph依赖性和溶剂依赖性光致发光，对于研究cqd的荧光发射行为非常重要。分子状态在强酸性和强碱性气氛下都会受到影响，而碳核心边状态的荧光强度可能由于官能团的质子化或去质子化而增加。具体做法是：将硫酸和氢氧化钠溶液滴入去离子水，使用ph计检测混合溶液的ph值得到ph值为3、5、7、9、11的不同溶液。在含0.0045mg/ml的n/s-cqds的3ml不同ph值溶液中，混合等待10min后进行荧光检测。
[0120]
ph值对n/s-cqds荧光强度的影响如图7所示。可以看出，随着ph从3增加到11，n/s-cqds的pl强度没有观察到显著变化，说明n/s-cqds的荧光强度对ph值有着较低的依赖性，并且在强酸和强碱环境中，荧光强度变化不是很大，表明具有良好的耐酸碱性。
[0121]
(3)不同nacl浓度对荧光的影响
[0122]
由于自然界物质普遍含有钠、钾等离子，所以需要检测这些离子对cqd荧光强度的影响。具体做法是：配制浓度梯度为0、500、1000、1500、2000mm的nacl溶液，在含0.0045mg/ml的n/s-cqds的3ml不同浓度nacl溶液中加入300μl的n/s-cqds溶液，混合等待10min后进行荧光检测。
[0123]
不同nacl浓度对n/s-cqds荧光强度的影响如图8所示。可以看出，即使在浓度高达2000mm的nacl溶液中，n/s-cqds的荧光强度也只有轻微的改变，这就说明在高浓度的nacl溶液中，n/s-cqds的荧光强度是稳定的，nacl对n/s-cqds的表明发射陷阱以及表面官能团没有影响。
[0124]
上述分析表明，本发明制备的n/s-cqds具有较高的稳定性。
[0125]
应用例1
[0126]
使用n/s-cqds作为荧光探针，构建一种cu
2+
的荧光检测方法。
[0127]
首先使用硝酸铜配制铜离子溶液，并配置了浓度梯度为0、100、250、500、750、1000μm的cu
2+
溶液。取2.7mlcu
2+
溶液，加入300μl浓度为0.05mg/ml的n/s-cqds溶液，混合均匀静置10min，分别采用智能手机光谱仪和稳态荧光设备对0～1000um浓度梯度的cu
2+-n/s-cqds溶液进行荧光测试。
[0128]
不同浓度cu
2+
的n/s-cqds的荧光光谱如图9所示，图9中，(a)为稳态荧光发射光谱，
(b)为智能手机荧光光谱。
[0129]
由于智能手机光谱仪的检测原理是基于溶液发光强度的变化而做出的相应光谱图，所以(b)中610nm的峰值是由于溶液本身颜色所致。合成的n/s-cqds液是深棕色，在2.7ml铜离子溶液中加入300μl n/s-cqds液后，溶液呈橘黄色，其发光波长恰好在600～625nm范围内。由图10可知，cu
2+
浓度越高，相应的荧光强度越弱，且荧光猝灭效率(f/f0)与cu
2+
浓度(0～1000μm)之间存在良好的线性关系(r
12
＝0.9933、r
22
＝0.9934)，其中f和f0分别是含不同浓度和不含cu
2+
溶液中n/s-cqds的荧光强度，且智能手机的检测限lod＝29.4643。
[0130]
应用例2cu
2+
加标检测
[0131]
为验证基于荧光猝灭效果检测cu
2+
结果的正确性，应测试线性区间内的其他浓度点，将其结果与实际值进行比较。具体做法是：在应用例1所得结果的线性范围的重新配置200、400、800μm的cu
2+
溶液，取2.7mlcu
2+
溶液，加入300μl浓度为0.05mg/ml的n/s-cqds液，混合均匀静置10min后进行荧光测定。然后将既得的荧光光强与f0的比值带入线性方程求得溶液的测试浓度。cu
2+
浓度加标测试结果如表3所示。
[0132]
表3cu
2+
浓度加标测试结果
[0133][0134]
cu
2+
实际浓度与测试浓度的对比柱状图如图11所示。由表3和图11可以看出，本发明使用一步水热法制备的n/s-cqds能够用于溶液中cu
2+
的定量检测，且智能手机光谱仪的检测结果与实际值十分接近，能够满足cu
2+
的检测需求。
[0135]
应用例3特异性测试
[0136]
天然水中共存着多种金属离子，包括ca
2+
、cd
2+
、cr
2+
、fe
3+
、mg
2+
，zn
2+
、cu
2+
。通过测试不同金属离子对荧光的猝灭效果，证明n/s-cqds对于cu
2+
检测的特异性。具体做法是：分别配制了100mm的ca
2+
、cd
2+
、cr
2+
、fe
3+
、mg
2+
、zn
2+
、cu
2+
溶液，并取上述7种溶液和去离子水各2.7ml，然后加入300μl浓度为0.05mg/ml的n/s-cqds溶液，混合均匀静置10min后进行荧光测定。
[0137]
不同金属离子对n/s-cqds荧光的测试结果如图12所示。图12中，(a)为常见金属离子对n/s-cqds的猝灭pl图，(b)为常见金属离子猝灭效果的柱状图。可以看出，与未添加金属离子的溶液(0)相比，ca
2+
、cd
2+
、cr
2+
、fe
3+
、cu
2+
对n/s-cqds具有荧光猝灭作用，而mg
2+
，zn
2+
几乎没有变化，但只有cu
2+
引起荧光强度显著降低。
[0138]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点的制备方法，包括以下步骤：对铜绿微囊藻液进行超声、离心、洗涤和干燥，得到铜绿微囊藻粉末；将所述铜绿微囊藻粉末与水混合，进行水热反应，得到铜绿微囊藻水热液；对所述铜绿微囊藻水热液进行微滤、透析和冷冻干燥，得到基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铜绿微囊藻液中铜绿微囊藻的浓度为0.5～1g/100ml。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为120～200℃，时间为8～16h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述微滤使用的微滤膜的孔径为0.15～0.30μm；所述透析的截留分子量为800～1200da；所述冷冻干燥的时间为18～30h。5.权利要求1～4任意一项所述制备方法制备得到的基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点。6.根据权利要求5所述的基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点，其特征在于，所述基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点的粒径为5～10nm。7.权利要求5或6所述的基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点在荧光定量检测cu
2+
中的应用。8.一种荧光定量检测cu
2+
的方法，包括以下步骤：将待测溶液与权利要求5或6所述的基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点混合，得到供试液；将所述供试液置于比色皿中，使用紫外光源照射比色皿，使用基于智能手机的便携式光谱仪测试比色皿中试液的荧光光谱，并测定相应荧光值，获得荧光猝灭效率，所述荧光猝灭效率为实测荧光强度与不含cu
2+
的空白溶液的荧光强度的比值；根据所述荧光猝灭效率和预定的第一标准曲线获得待测溶液中cu
2+
的浓度；所述第一标准曲线为荧光猝灭效率和cu
2+
浓度的线性关系曲线。9.根据权利要求所述的方法，其特征在于，使用基于智能手机的便携式光谱仪测试比色皿中试液的荧光光谱后，还包括通过gospectro软件对荧光强度进行量化。10.一种荧光定量检测cu
2+
的方法，包括以下步骤：将待测溶液与权利要求5或6所述的基于铜绿微囊藻的n/s共掺杂量子点混合，得到供试液；使用稳态荧光光谱仪测试所述供试液的荧光强度，获得荧光猝灭效率，所述荧光猝灭效率为实测荧光强度与不含cu
2+
的空白溶液的荧光强度的比值；根据所述荧光猝灭效率和预定的第二标准曲线获得待测溶液中cu
2+
的浓度；所述第二标准曲线为荧光猝灭效率和cu
2+
浓度的线性关系曲线。

技术总结
本发明提供了一种基于铜绿微囊藻的N/S共掺杂量子点和在荧光定量检测Cu


技术研发人员：任波源 涂新满 徐子涵 张立 邓腊梅
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/23