[发明专利]稀土元素掺杂碳量子点比率荧光探针、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种稀土元素掺杂碳量子点比率荧光探针、其制备方法及应用，属于荧光纳米材料与环境检测技术领域。本发明的稀土元素掺杂碳量子点比率荧光探针是以柠檬酸为碳源，三聚氰胺为氮源，加入钝化剂甲醛和稀土化合物Eu(NO₃)₃·6H₂O，在超纯水中混合均匀，经高温反应后，透析除去小分子，干燥获得。本发明通过一步水热法制备了稀土元素掺杂碳量子点比率荧光探针，在水热反应中将铕离子掺杂到碳量子点中，既能保持碳量子点本身的荧光，又能与四环素分子特异性结合，这种新型荧光探针，具有优异的物理和化学稳定性，不需要复杂的碳量子点修饰就可以实现对目标分子的比率荧光检测。

技术领域

本发明属于荧光纳米材料与环境检测技术领域，具体涉及一种稀土元素掺杂碳量子点比率荧光探针、其制备方法及应用。

背景技术

四环素(TC)是一种重要的常用抗生素，因其成本低、抗菌活性高、口服吸收好、毒性低，在畜牧业、水产养殖和个体化治疗中得到广泛应用。不幸的是，由于过度使用TC产品，已经对食品安全、环境保护和人类健康造成了一些严重的不利影响。目前，有大量检测四环素的分析策略，如液相色谱-质谱(LC-MS)、高效液相色谱(HPLC)、毛细管电泳(CE)，化学发光和电化学分析，可准确检测四环素。然而，存在仪器要求严格，耗时，步骤操作繁琐，要求专业技能等不足。近年来，荧光传感器或荧光分析技术以其操作简单、响应速度快、检测限低、样品用量少、选择性好、分析成本低等优点，成功地应用于TC的测定。值得注意的是，铕基荧光传感平台在与TC结合时表现出高度增强的荧光，近年来引起了广泛关注。这可以归因于这样一个事实，即TC可以与铕离子(Eu³⁺)结合，形成铕-四环素复合物(Eu³⁺-TC)，并将四环素吸收的能量传递给Eu³⁺，使Eu³⁺的特征荧光得以极大增强，这被称为“天线效应”。此外，Eu³⁺的荧光具有独特的光谱特性，包括大的Stokes位移、长的荧光寿命和尖锐的线性发射区。然而，由于Eu³⁺配位水分子振动模式引起的猝灭效应，Eu³⁺-TC复合物的荧光强度很弱。此外，这些基于铕的传感器平台由于在潮湿环境和紫外光下稳定性差，在实际应用中受到限制。

由于金属离子在人和动物体内的过度积累引起的毒性效应，金属离子的检测引起了广泛关注。在所有金属中，铝是现代日常生活和许多工业中使用最广泛的金属之一。酸雨和人类活动会显著增加土壤中游离铝离子的含量，对作物生产造成环境污染。铝容器、包装材料、电气和电子设备可导致饮用水和食品中的Al³⁺污染。此外，Al³⁺可通过呼吸道、消化道、皮肤进入生物体，对神经系统造成损害，并导致多种疾病，如小细胞低色素性贫血、胃肠道疾病、肝肾损害、记忆丧失等，人体平均Al³⁺摄入量为每天3-10毫克，每周最大铝摄入量为7毫克/千克体重。原子吸收光谱法原子和发射光谱法、高效液相色谱法、电化学法和电感耦合等离子体质谱法是最广泛使用的常规Al³⁺检测方法。这些方法通常需要复杂的样品制备和昂贵的精密仪器，这使得它们无法用于铝离子的快速现场检测。因此，高效、快速、简便的Al³⁺可视化现场检测仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种稀土元素掺杂碳量子点比率荧光探针的制备方法，为了达到该目的，具体采用如下步骤：

原料以柠檬酸为碳源，三聚氰胺为氮源，加入稀土化合物Eu(NO₃)₃·6H₂O，将三者在超纯水中混合均匀后，进行高温反应，反应结束后冷却至室温，将所得溶液用超纯水透析，以去除小分子；剩余溶液通过蒸发干燥，获得稀土元素掺杂碳量子点比率荧光探针粉末。

优选的，所述高温反应为180～220℃，反应5～10h；