[发明专利]一种水溶性荧光碳点及其制备方法和多种重金属检测应用

说明书

本发明公开了一种水溶性荧光碳点及其制备方法，由樟树籽为碳源，经高温碳化制得，所得材料含有含氧官能团，所述含氧官能团为羟基，羰基，醚或环氧基中的一种或多种，所得碳点的粒径为2‑4 nm，对Cd²⁺、Pb²⁺和Cu²⁺的选择性。一种检测重金属离子传感器和一种重金属离子的检测方法，检测方法包括步骤：1）测试条件的准备；2）重金属离子浓度标准线性关系的测试；3）待测重金属离子溶液浓度的检测。本发明的优点为：1、基于通用仪器电化学工作站，具有可原位检测、检测周期短、购置成本和使用成本低廉、无需培训的特点；2、可实现便携化和轻量化；3、原料是天然生物质材料，对环境和人体均没有伤害，且来源广泛，解决了原料绿色安全问题。

技术领域

本发明涉及碳纳米材料和电化学传感器技术领域，具体涉及一种水溶性荧光碳点及其制备方法和多种重金属检测应用。

背景技术

重金属离子被认为是“高毒性的低密度化学成分”，对人类健康和环境造成极大的风险。重金属如镉，铅，砷，铬和汞即使浓度较低，也被认为是有害化合物，尤其镉离子（Cd²⁺）、铅离子（Pb²⁺）和铜离子（Cu²⁺），是其中最严重、危害最大的三种重金属离子。因此，开发用于精确定量Cd²⁺、Pb²⁺和Cu²⁺的敏感和选择性分析方法是当前极为必要的。

目前，已经开发出多种用于分析重金属离子的技术，如：质谱法、原子吸收光谱法、X射线荧光光谱法以及光学方法和液相色谱法等。其中质谱法、原子吸收光谱法和X射线荧光光谱法已被广泛用于工业生产，此类技术具有高灵敏度，高精确度和高选择性的技术效果，但是存在的技术问题不仅包括专用检测仪器成本昂贵，且需要培训专门操作人员，还有由于其检测原理上无法实现原位检测而导致无法制备成便携式检测仪器，实现现场原位检测的技术效果。

例如，现有技术采用X射线荧光光谱法制备的X射线荧光光谱仪（吴晓青. 用于X射线荧光光谱检测水中重金属离子的多官能团富集纤维组合膜片的制备方法[P].CN110404518A,2019-11-05.）和液相色谱（韦联强,李启虔,覃勇荣. 一种重金属离子的检测试剂及其合成方法[P]. CN106404931A,2017-02-15.），虽然均具备灵敏度高的特点，Cd²⁺的检测限为1.87μg/L，Pb²⁺的检测限为2.59μg/L，Cu²⁺的检测限为0.60μg/L。但是，上述技术存在无法进行原位检测和检测周期长的问题，直接决定了无法实现便携式检测的技术效果；并且，检测环境要求高和仪器操作复杂也降低实际应用的效果。

为了解决原位检测这个技术问题，必须从检测原理出发，采用全新技术实现重金属离子的原位检测。

例如，现有制备便携式荧光探针（林石狮,叶文美,郭楠楠,林福宾,陈清己,程淑宏. 一种用于检测重金属离子的荧光探针及其制备方法[P]. CN110483538A,2019-11-22），通过荧光分光光度法，实现了原位检测的技术效果，但是，该技术存在以下技术问题：1、测试用的探针制备方法复杂，且为一次性消耗品；2、其检测限无法满足实际应用的要求。

经研究表明，荧光碳点由于具有高选择性，可以有效提高检测限。例如，现有技术（李焕焕. 荧光碳点的制备及重金属离子检测和吸附研究[D].天津工业大学,2019.）采用荧光碳点对重金属离子进行检测，获得了检测限明显提高的技术效果，对Hg²⁺的检测限达到2.3nM/L，较专用检测仪器提高了一个数量级，但是，由于存在检测结果的线性范围较小，只有0.5-2.5nM/L，该技术问题导致该技术完全无法满足实际应用的要求。

此外，目前荧光碳点的制备原料多为有机物，例如现有技术（李焕焕. 荧光碳点在重金属离子检测方面的应用[J]. 广州化工, 2019,47(07):56-57+60.），由于采用间苯二胺、聚乙烯亚胺，对环境和人体健康均存在危害。