一种红色荧光碳点的制备方法和在检测次氯酸根中的应用

本发明属于纳米材料制备及应用，涉及一种红色荧光碳点的制备方法和在检测次氯酸根中的应用，具体涉及一种红色荧光碳点的制备方法及其在检测器皿残留次氯酸根中的应用。

背景技术：

1、次氯酸根阴离子(clo-)及其质子化形式次氯酸(hclo)具有强氧化性，作为一类高效、安全和广谱的杀菌试剂被广泛用于日常生活和食品卫生中。次氯酸盐杀菌消毒的最重要途径是在一定ph下通过水解产生次氯酸，以强氧化形式破坏细胞膜或者细胞壁，有效杀死细菌、真菌等微生物。近年来，次氯酸杀菌已经研究应用于食品加工设备包括乳制品厂、自来水厂、鱼肉类加工厂、家禽养殖场的清洗和消毒。适量浓度的clo-对于人体健康具有保护作用，人体内的嗜中性粒细胞可以内源性合成clo-来杀灭病原菌；而过量水平的clo-会诱发多种慢性疾病，如风湿性关节炎、神经退行性疾病、动脉粥样硬化。因此，设计合成具有优良选择性和灵敏度的clo-探针，对各种饮食加工器皿中残留的clo-进行快速精准可视化检测具有重要意义。

2、目前clo-检测方法主要有滴定法、荧光法、比色法、电化学法、液相色谱法等，其中，荧光法具有响应性快、灵敏度高等优点在残留次氯酸根检测中具有优势。近些年来，已有许多荧光探针被开发用于clo-检测，如有机小分子、荧光量子点、金银纳米簇等。但是，这些荧光探针存在合成或提纯复杂、使用重金属元素等缺陷，限制其进一步应用。因此，开发简单安全和灵敏快速的clo-检测探针具有重要意义。

3、荧光碳点作为一种光学性能优异、光谱可调、生物安全性良好和易官能团修饰等性质，被广泛应用于荧光成像和检测。近年来，荧光碳点制备方法不断更迭，简单经济地合成不同荧光碳点技术已有报道，无需标记即可快速响应各种金属离子和化合物。然而，目前大多检测的碳点大多发蓝绿色荧光，可能与环境中的一些干扰物质存在光谱重叠，制备反应时间和检测时间也较长，对ph值要求严格，因此，开发合成简便、红色发射、对clo-快速、灵敏、稳定响应的荧光碳点对器皿残留clo-检测具有重要意义。

4、专利cn114199847a公开了一种利用荧光碳点检测次氯酸根的方法，该方法合成的氮掺杂碳点激发和发射波长分别为370nm和445nm，处于紫外和蓝光区域，而日常生活中存在许多具有蓝色荧光发射的物质，复杂条件下容易对待测样品中的次氯酸根检测造成干扰。此外，该专利对于检测次氯酸根的模型构建相对简单，无法解决食品加工过程中涉及的次氯酸根残留检测等实际问题。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，提供了一种红色荧光碳点的制备方法和在检测次氯酸根中的应用，该制备方法可一步简易合成且对次氯酸根离子具有快速、灵敏、特异性识别检测的水溶性红色荧光碳点的制备方法和其快速检测器皿残留次氯酸根的应用。

2、本发明采用如下技术方案来实现的：

3、第一方面，本发明提供一种红色荧光碳点的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤1：称取n,n’-(1,4-亚苯基)双(n-(4-氨基苯基)苯-1,4-二胺)、叔丁基过氧化氢和盐酸溶解在乙醇中，(超声)得到混合液；

5、步骤2：将步骤1得到的混合液，(置于烘箱中)加热反应，待反应停止后，静置冷却；

6、步骤3：将经步骤2获得的反应液离心，收集上清液进行透析，得到碳点溶液；

7、步骤4：将步骤3所得的碳点溶液真空干燥后，分散于超纯水中，过滤后获得红色荧光发射的碳点溶液，即所述红色荧光碳点。

8、进一步地，步骤1中，n,n’-(1,4-亚苯基)双(n-(4-氨基苯基)苯-1,4-二胺)、叔丁基过氧化氢和盐酸的摩尔比为0.5-1.5:1:10。

9、在一些实施例中n,n’-(1,4-亚苯基)双(n-(4-氨基苯基)苯-1,4-二胺)、叔丁基过氧化氢和盐酸的摩尔比为0.5:1:10，或1:1:10，或1.5:1:10；乙醇用量为25-35ml。

10、具体在一些实施例中，所述n,n’-(1,4-亚苯基)双(n-(4-氨基苯基)苯-1,4-二胺)的称取量为0.5-1.5mm，所述叔丁基过氧化氢的用量为1mm，所述盐酸的用量为10mm，所述乙醇用量为30ml。

11、进一步地，步骤1中，超声至混合液分散均匀。

12、进一步地，步骤2中，将步骤1得到的混合液转移至反应釜后进行加热反应；所述的反应釜为聚四氟乙烯反应釜。在一些实施例中，所述聚四氟乙烯反应釜的容量为50ml。

13、进一步地，步骤2中，加热的温度为100-160℃，时间为1-4小时。本发明中所述室温为25℃。

14、进一步地，步骤3中，反应液经离心除去不溶物，收集上清液装入透析袋中，并放入超纯水中透析以除去杂质；所述反应液为绿色溶液。

15、进一步地，所述透析袋为500-1000kda的透析袋。

16、进一步地，步骤4中，过滤采用0.22μm滤膜去除大颗粒沉淀。

17、第二方面，本发明提供了一种如所述制备方法得到的红色荧光碳点。

18、作为本发明的进一步说明，所述红色荧光碳点的最佳激发波长和发射波长分别为588nm和612nm，绝对荧光量子产率为17.4％。其中，在365nm紫外灯下呈现红色荧光。

19、第三方面，本发明提供了一种所述红色荧光碳点在用作检测器皿中残留次氯酸根的探针的应用。

20、第四方面，本发明提供了一种所述红色荧光碳点检测器皿中残留的次氯酸根的方法，包括如下步骤：

21、s1：将不同浓度的clo-标准品分别与红色荧光碳点溶液混合均匀，制得不同浓度的clo-标准对照品；

22、s2：检测不同标准对照品在612nm附近处的荧光强度，将得到的荧光强度与clo-浓度线性拟合绘制出标准曲线图；

23、s3：对于器皿残留clo-浓度检测：用超纯水充分润洗器皿并收集，得到原液；将原液与红色荧光碳点溶液混合后，得到待测液；测定待测液于612nm处的荧光强度，并记录，结合s2中得到的标准曲线图，获得待测液及原液中的clo-浓度，根据稀释倍数得到器皿中残留的clo-浓度。

24、进一步地，步骤s1中，clo-标准对照品的浓度范围为0-100μm，分别为0，10，20，30，40，50，60，70，80，90，100μm。

25、在一些实施例中，步骤s1中所述红色荧光碳点溶液为2mg/ml红色荧光碳点的水溶液；clo-标准品与红色荧光碳点溶液的体积比100：1。

26、作为本发明的进一步说明，所述荧光强度的测量均使用荧光分光光度计，激发波长为570nm，收集590-750nm范围内的荧光光谱。

27、进一步地，步骤s2中，使用荧光光谱仪在激发波长为570nm的条件下，检测每份标准对照品溶液在612nm处的荧光强度；以不同标准品对照品与空白组在612nm处荧光强度的比值为纵坐标，clo-的浓度为横坐标，得到荧光强度与clo-浓度关系图；进一步地，得到0-50μm之间存在良好的线性范围，作为标准曲线。

28、进一步地，步骤s3中，所述器皿包括但不限于乳制品厂、自来水厂、鱼肉类加工厂等饮食相关器皿设备。

29、进一步地，步骤s3中，超纯水的用量为20-50ml。在一些实施例中，所述超纯水的用量为20ml。

30、进一步地，步骤s3中，待测液中红色荧光碳点的浓度与s1步骤混合液中荧光碳点的浓度相同。在一些实施例中，待测液中红色荧光碳点与s1步骤混合液中荧光碳点浓度的最终浓度均为20μg/ml。

31、在一些实施例中，步骤s3中所述红色荧光碳点溶液为40μg/ml红色荧光碳点的水溶液；原液与红色荧光碳点溶液的体积比为1：1。

32、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

33、1、本发明提供的红色荧光碳点具有水分散性，适用于日常生活大多场合，在较宽的ph范围内(ph5-9)分散性良好，具有广泛的适用性。

34、2、本发明提供的红色荧光碳点制备简便，通过一步法反应制备，最佳激发波长为588nm，最佳发射波长为612nm，绝对荧光量子产率为17.4％。

35、3、本发明通过将该红色荧光碳点作为荧光探针，应用于器皿中残留clo-的传感检测，并以612nm处荧光强度作为clo-对碳点的荧光响应信号，构建了器皿中残留的clo-检测手段。

36、4、本发明得到的红色荧光碳点对clo-具有选择性，其他常见的离子，如fe3+、fe2+、co2+、ni2+、cu2+、mg2+、mn2+、ca2+、k+、cl-、br-、i-、h2po42-、no2-、no3-、hco32-、s2o82-、so42-、aco-、h2o2、io4-均无法使碳点溶液的荧光信号发生显著变化。

37、5、本发明得到的红色荧光碳点的相对荧光强度与clo-浓度(0-50μm)之间有很好的线性关系，可以用于clo-的定量检测，响应时间约10秒。

38、6、本发明中的红色荧光碳点可直接用于clo-的检测，具有合成方法简便，检测响应迅速，选择性强，灵敏度高，适用ph值范围广等优点，具有很好的实际应用价值。

39、7、本发明针对食品加工过程中涉及的次氯酸根残留检测这一实际问题，构建了相对完善的检测计算模型和方法，既可以定量化检测残留离子的浓度，也可以快速便捷的人眼直接观测红色荧光的变化，具有一定的实际应用价值。