[发明专利]一种磷酸骨架功能化荧光碳点及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种磷酸骨架功能化荧光碳点及其制备方法和应用。本发明以无水柠檬酸为碳源，3‑氨丙基三乙氧基硅烷为氮掺杂表面修饰剂，通过水热法制备氮掺杂碳点，经乙烯磷酸表面功能化，制备一种新型分析检测用材料—磷酸骨架功能化荧光碳点，在其最大激发波长390nm时，发出强烈的470nm蓝色荧光。本发明根据相似相吸原理，利用氮掺杂碳点表面功能化的磷酸骨架，特异性识别有机磷分子的磷酸/膦酸骨架，通过范德华力、氢键等相互作用导致该碳点的荧光淬灭，从而检测有机磷农残。本发明方法不仅能高选择性地定性、定量检测有机磷农残，而且还具有检测速度快、灵敏度高、准确度高、适宜现场检测等特点，检测限低至0.0015mmol/L，完全适用于食品安全国家标准食品中农药最大残留限量要求。

技术领域

本发明属于食品安全检测技术领域，具体涉及一种磷酸骨架功能化荧光碳点及其制备方法和应用。

背景技术

在农业生产中，有机磷农药的广泛使用造成了面源环境污染与严重食品安全问题。有机磷农残会抑制乙酰胆碱酯酶活性，造成乙酰胆碱在体内过量聚积，从而表现出高毒性。为了保障食品安全，迫切需要开发有效的有机磷农残快速检测方法。常用的有机磷农残的检测分析方法包括：光谱法、电化学分析方法、气相色谱法、紫外可见分光光度法、伏安法、气相色谱法-质谱法和高效液相色谱法-质谱法等等。这些方法前处理要求较高，耗时长，消耗大量有机溶剂，不便于实时现场快速检测。

碳点，即碳量子点，是一种尺寸约为20nm的有机碳材料，由于其良好的光致发光特性、毒性低、可绿色合成、生物相容性好、成本低、尺寸小和耐光漂白性好等特性而被广泛用于荧光检测和分析领域。用于制备碳点的碳源一般含有可产生共轭效应的基团(如C＝C、C＝N、C＝O或N＝O等)，通过交联作用可以发出强烈的可见光或荧光。如果对碳点表面进行改性或用杂原子掺杂，不仅可以引入反应活性基团，而且还可提高量子产率。有研究者以无水柠檬酸为碳源，N-(β-氨基乙基)-γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷为N源，一步水热法合成了N掺杂碳点，通过在碳点表面掺杂N原子，可以大大提高碳点的荧光效率。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种磷酸骨架功能化荧光碳点及其制备方法和应用，本发明以无水柠檬酸为碳源，3-氨丙基三乙氧基硅烷为氮掺杂表面修饰剂，通过水热法制备氮掺杂碳点，经乙烯磷酸表面功能化，可制备出一种新型分析检测用材料—磷酸骨架功能化荧光碳点；本发明制备的磷酸骨架功能化荧光碳点可对低浓度的有机磷农残进行特异性识别与高倍富集，能利用有机磷分子与所制备的荧光碳点发生作用，导致荧光淬灭而得以检测有机磷农残，实现有机磷农残的高灵敏快速检测。

本发明通过下述技术方案实现。

一种磷酸骨架功能化荧光碳点的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)氮掺杂碳点的制备

将无水柠檬酸分散在3-氨丙基三乙氧基硅烷中，充分溶解后置入高压釜中，N₂吹扫后密封加热反应；反应结束后自然冷却，将反应粗产物转移至离心管中，先超声处理1～10分钟，之后于8000～12000rpm下离心0.5～5分钟，将离心得到的沉淀反复用石油醚冲洗后低温干燥，即得氮掺杂碳点粉末；

(2)氮掺杂碳点的双建改性

取步骤(1)制得的氮掺杂碳点粉末分散于无水乙醇中，超声处理2～10分钟，涡旋1～5分钟，加入10％乙酸水溶液，再超声处理1～5分钟，然后加入3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷后，水浴加热避光搅拌反应，即得双键改性的氮掺杂碳点；

(3)磷酸骨架功能化荧光碳点的制备

取步骤(2)制得的双键改性氮掺杂碳点悬于无水乙醇中，先超声处理5～15分钟，之后加入乙烯磷酸在N₂保护下水浴加热反应，即得磷酸骨架功能化的荧光碳点。

作为具体技术方案，所述步骤(1)中，无水柠檬酸与3-氨丙基三乙氧基硅烷的摩尔比为1:6.8～1:11.7。