[發明專利]一種石墨烯量子點傳感器及其在檢測三硝基苯酚方面的應用

有效

• 申請號: 201510412065.1
• 申請日: 2015-07-14
• 公開（公告）號: CN105115947B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 馬強;陳樹帆;宋煜
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司22201
• 代理人: 王淑秋,王恩遠

技術領域

本發明屬于分析化學領域，具體涉及一種石墨烯量子點傳感器及其在檢測三硝基苯酚方面的應用。

技術背景

探測測痕量爆炸物一直是環境保護和公共安全領域高度關注的課題。三硝基苯酚(苦味酸)類化合物是一類對環境和人體均可造成較大傷害的高毒性致癌物，同時也是一種常見的爆炸物。因此，對三硝基苯酚進行快速、便捷的檢測，對維護公共安全、環境監測均有重要意義。由于硝基爆炸物具有低蒸氣壓和高爆炸性，傳統的主要檢測方法有色譜-質譜法、離子遷移譜和x射線衍射裝備、熒光法及電化學法，但存在檢測速度慢、實驗費用高、操作復雜等缺點。

隨著科技的發展，石墨烯量子點(Graphene quantum dot，GQD))作為出現的一種新型的熒光納米粒子，近年來引起了人們的注意。石墨烯量子點是一類性能優異的準零維的納米材料，由于其內部電子在各方向上的運動都受到局限，因此其量子局限效應特別顯著，從而具有許多獨特的性質。如石墨烯量子點具有良好的熒光性能、生物相容性和水溶液穩定性，與其他熒光物相比，石墨烯量子點化學性能穩定高，發出的熒光更穩定，不會出現光漂白。石墨烯量子點可與多種有特定化學和生物性能的化學基團和功能分子進行反應,其將生物分子或化學基團修飾在石墨烯量子點上，實現石墨烯量子點的表面功能化。因此石墨烯量子點在生物、醫學、材料、新型半導體器件等領域具有重要潛在應用。但是，由于石墨烯量子點的熒光可調諧性差，因此其在實際應用過程中具有許多難以克服的缺點。因此，設計并合成基于石墨烯量子點熒光薄板的化學傳感器引起了眾多科學工作者的興趣與關注。

發明內容

我們從化學傳感器的構建角度出發，首先利用微波加熱體系制備了氮元素摻雜的石墨烯量子點，再利用表面功能化技術和靜電力作用，在透明石英薄板為底層上均勻分布羧甲基殼聚糖修飾的強熒光信號的石墨烯量子點(GQD)所組成的膜基傳感器。石墨烯量子點熒光薄板具化學穩定性好和熒光強度高等優點。在熒光薄板的基礎上，通過修飾肌酐功能分子，當薄板接觸到三硝基苯酚時，熒光信號會顯著的下降，得到了可視化檢測痕量爆炸物三硝基苯酚的化學傳感器。

本發明目的是提供一種石墨烯量子點熒光薄板化學傳感器及其在可視化檢測痕量爆炸物三硝基苯酚方面的應用。

一種石墨烯量子點傳感器，其由如下步驟制備得到：

(1)氮元素摻雜的石墨烯量子點的微波合成：將1～2g檸檬酸與0.01～1mL氨水(質量分數28％)混合，微波加熱至160℃～210℃，加熱時間0.5～2h，得到氮元素摻雜的石墨烯量子點；將得到的石墨烯量子點以體積比為1：20～50的比例倒入蒸餾水中，加入氫氧化鈉溶液，氫氧化鈉溶液的質量分數為30～40％，調節溶液的pH值到6～8；后轉移到30～50KD的透析袋中，在室溫下振蕩透析20～24h，再分別以蒸餾水和無水乙醇洗滌產物，最后將得到的純化石墨烯量子點在真空、60～80℃條件下干燥4～6h；

(2)石墨烯量子點熒光薄板化學傳感器的制備：將1～10mg步驟(1)制得的石墨烯量子點和5～10mL、濃度為5～50mg/mL的羧甲基殼聚糖溶液在20～30℃條件下混合5～60min，得到分散均勻的溶液；將石英薄板在硫酸-雙氧水混合液中，100℃下煮沸20～30min，完成硅烷基活化；再將石英薄板浸入到石墨烯量子點和羧甲基殼聚糖混合溶液中3～30min，得到具有強熒光信號的石墨烯量子點熒光薄板；將石墨烯量子點熒光薄板浸入到pH＝6～9、濃度為0.1～5mmol/L的肌酐溶液中10～60min，在石墨烯量子點熒光薄板表面形成肌酐分子功能層，再以蒸餾水沖洗2～3次后通入高純氮氣20～30min吹干，從而得到石墨烯量子點熒光薄板化學傳感器。

其中，步驟(2)所述的硫酸-雙氧水混合液，硫酸(質量分數98％)與雙氧水(質量分數30％)的體積比為0.3～0.5：1。