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        基于檸檬酸/乙二胺-碳量子點制備熒光傳感器

        2021-02-04 07:01:22張語嫣李永生
        應(yīng)用化工 2021年1期
        關(guān)鍵詞:超純水毛細管酸度

        張語嫣,李永生

        (四川大學 化學工程學院,四川 成都 610065)

        碳量子點具有獨特的物理及化學性質(zhì),與半導體量子點相比,碳量子點具有低毒性、環(huán)境友好、生物相容性好、化學性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點,現(xiàn)廣泛用于生物成像[1-2]、傳感[3-4]、藥物傳遞[5-6]和光催化[7-8]等領(lǐng)域。由于碳量子點對金屬離子的超高選擇性,越來越多的碳量子點用于金屬檢測[9-10]。但目前利用的碳量子點熒光探針技術(shù)大多使用液態(tài)碳量子點,使用過后難以回收,不能重復使用。本研究通過靜電結(jié)合,將碳量子點固定在毛細管內(nèi)表面,制備了一種熒光生物傳感器,對Fe3+有特定響應(yīng)。

        1 實驗部分

        1.1 材料與儀器

        pH標準物、聚丙烯酸、乙醇、聚乙烯亞胺(PEI)、氫氧化鈉、無水檸檬酸、乙二胺均為分析純;實驗用水均為超純水(電導率0.1 μS/cm)。

        RF-5301PC熒光光度儀;玻璃毛細管(45 mm×0.90 mm);毛細管精密定位座(13 mm×13 mm×43 mm),自制;艾柯KL-UP-IV-10型超純水器;AUW型電子天平;傲藝紫外-可見分光光度計。

        1.2 試劑配制

        1.2.1 25 g/L CA/EDA-CQDs儲備液 稱取1.5 g CA/EDA-CQDs,用超純水溶解,100 mL容量瓶定容,置于4 ℃冰箱中保存。

        1.2.2 6 g/L PAA儲備液 稱取0.6 g PAA,用超純水溶解,100 mL容量瓶定容。置于4 ℃冰箱中保存。

        1.2.3 10 g/L PEI儲備液 稱取1.0 g PEI,用超純水溶解,100 mL容量瓶定容。置于4 ℃冰箱中保存。

        1.3 CA/EDA-CQDs的制備[11]

        10 mL 1 mol/L檸檬酸溶液中加入2 mL乙二胺,待溶液混合均勻后,置于微波爐中,中高火加熱5 min,可觀察到溶液顏色逐漸變黃,最終得到的褐色產(chǎn)物即為CA/EDA-CQDs。于60 ℃ 烘干24 h。

        1.4 CA/EDA-CQDs熒光傳感器制備

        用濃硫酸、NH3/H2O2對玻璃表面進行預(yù)處理,使玻璃表面帶有負電荷,從而將碳點固定在玻璃表面[12]。其制備過程見圖1。

        1.4.1 玻璃毛細管的預(yù)處理 將玻璃毛細管放入煮沸的1.0 mol/L NaOH溶液中1 h,使其內(nèi)表面修飾上硅羥基。取出毛細管,用水、無水乙醇清洗數(shù)次,于50 ℃下烘干。

        1.4.2 PEI陽離子層修飾 將毛細管浸入10 g/L PEI溶液,室溫下反應(yīng)5 min。取出毛細管用超純水清洗2次,清除未結(jié)合的PEI分子。

        1.4.3 PAA陰離子層修飾 將毛細管浸入6 g/L PAA溶液,室溫下反應(yīng)5 min。取出毛細管,用超純水清洗2次,清除未結(jié)合的PAA分子。

        1.4.4 CA/EDA-CQDs固定化 將毛細管浸入 15 g/L CA/EDA-CQDs溶液,室溫下反應(yīng)5 min。取出毛細管,用超純水清洗2次,清除未結(jié)合的CA/EDA-CQDs。

        1.4.5 多層CA/EDA-CQDs固定化 依次循環(huán)上述1.4.3、1.4.4節(jié)步驟,按制備PAA/CA/EDA-CQDs復合薄膜層數(shù)確定步驟循環(huán)次數(shù)。

        圖1 CA/EDA-CQDs熒光傳感器制備流程圖Fig.1 Flowchart of CA/EDA-CQDs fluorescence sensor preparation

        2 結(jié)果與討論

        2.1 CA/EDA-CQDs光學表征

        圖2為CA/EDA-CQDs紫外-可見吸收光譜及熒光光譜表征。

        圖2 CA/EDA-CQDs光譜圖Fig.2 The spectrogram of CA/EDA-CQDs

        2.2 CA/EDA-CQDs溶液濃度對固定化影響

        CA/EDA-CQDs溶液濃度對CA/EDA-CQDs固定化影響見圖3。

        由圖3可知,隨著CA/EDA-CQDs溶液濃度增加,傳感器平臺熒光強度隨之增加。為了節(jié)省試劑,同時獲得較好的熒光強度,選定CA/EDA-CQDs溶液濃度為15 g/L。

        圖3 CA/EDA-CQDs濃度對固定化影響Fig.3 Effect of concentration of CA/EDA-CQDson immobilization

        2.3 CA/EDA-CQDs溶液酸度對固定化影響

        CA/EDA-CQDs溶液酸度對CA/EDA-CQDs固定化影響見圖4。

        圖4 CA/EDA-CQDs pH對固定化影響Fig.4 Effect of CA/EDA-CQDs pHon immobilization

        由圖4可知,固定化CA/EDA-CQDs毛細管的熒光強度隨著CA/EDA-CQDs溶液pH的增加而增加,當pH=3時,達到最大值,隨后固定化CA/EDA-CQDs毛細管的熒光強度隨著CA/EDA-CQDs溶液pH的增加而減小。這是由于CA/EDA-CQDs+與H+與PAA的 —COO-基團競爭結(jié)合。

        2.4 PAA溶液濃度對固定化影響

        PAA作為平臺的聚強陰離子電解質(zhì)層,對CA/EDA-CQDs固定化存在影響,PAA濃度對CA/EDA-CQDs固定化影響見圖5。

        圖5 PAA濃度對固定化影響Fig.5 Effect of PAA concentration on immobilization

        由圖5可知,PAA濃度為6 g/L時,CA/EDA-CQDs在毛細管內(nèi)壁固定的效果最好。聚電解質(zhì)發(fā)生電離時,聚電解質(zhì)鏈上帶有同種電荷,發(fā)生靜電排斥,分子鏈舒展開來。溶液濃度<1%,隨著濃度的降低,平衡向電離方向移動。當濃度適當降低時,有利于PAA的電離,利于CA/EDA-CQDs與PAA分子間的靜電結(jié)合。

        2.5 PAA溶液酸度對固定化影響

        PAA溶液酸度對PAA的電離有影響,從而影響到PAA與CA/EDA-CQDs之間的靜電結(jié)合。PAA溶液酸度對固定化影響進行考察,結(jié)果見圖6。

        圖6 PAA的pH對固定化影響Fig.6 Effect of PAA pH on immobilization

        由圖6可知,PAA溶液pH為3時,CA/EDA-CQDs在毛細管內(nèi)壁固定的效果最好。當溶液的酸度過高時,溶液中存在大量H+,對PAA長鏈上的 —COOH的電離有抑制作用,不利于PAA與CA/EDA-CQDs的靜電結(jié)合;溶液的酸度降低時,溶液中存在的OH-增多,抑制了固定在毛細管內(nèi)壁的CA/EDA-CQDs的質(zhì)子化,仍然不利于PAA與CA/EDA-CQDs的靜電結(jié)合。故當pH為3時,對PAA的電離與CA/EDA-CQDs的質(zhì)子化沒有較大影響。

        2.6 傳感器金屬離子選擇性考察

        將制備的傳感器內(nèi)吸入超純水,測定此時傳感器熒光強度為F1,吹出超純水,再吸入不同的金屬離子溶液(1 mg/L),在傳感器內(nèi)停留10 min,反應(yīng)結(jié)束后,吹出管內(nèi)溶液,重新吸入超純水,測定此時傳感器熒光強度(F2),金屬離子對傳感器熒光猝滅值ΔF=F1-F2,結(jié)果見圖7。

        圖7 傳感器對金屬離子選擇性Fig.7 Sensor selectivity for metal ions

        由圖7可知,該傳感器對Fe3+有高選擇性。

        3 結(jié)論

        基于靜電結(jié)合法制備了CA/EDA-CQDs的熒光傳感器。在CA/EDA-CQDs溶液濃度為15 g/L,pH為3,PAA溶液濃度為6 g/L,pH為3時制備的傳感器熒光強度最高。將傳感器內(nèi)吸入不同的金屬離子,發(fā)現(xiàn)傳感器對Fe3+的響應(yīng)最強,說明該傳感器對Fe3+有特定響應(yīng),可用來檢測生物樣品中Fe3+含量。

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