用于检测汞离子的比率型荧光探针、荧光试纸和检测方法

本发明涉及纳米材料制备，特别是涉及用于检测汞离子的比率型荧光探针、荧光试纸和检测方法。

背景技术：

1、汞离子（hg2+）是一种高毒性重金属离子，易通过生物链在人体内富集，对人体胃肠道、肝肾和中枢神经系统等产生严重损伤。因此，实现hg2+的快速定性和定量检测，对化学、环境科学和生物医学等多学科领域具有重要意义。汞离子的传统检测方法包括原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法、高效液相色谱法和酶联免疫吸附法等。这些方法灵敏度高，能够满足痕量分析的需求，但是存在仪器设备昂贵、测试成本高、操作繁琐等问题，在hg2+现场快速检测中仍然面临着挑战。荧光分析法具有灵敏度高、选择性好、响应速度快、操作简单等优点，在重金属离子检测领域受到广泛的关注，各类新型的荧光纳米材料，如量子点、上转换纳米材料、硅纳米材料等均被用作荧光标记物用于检测多种重金属离子。

2、荧光碳点是一种新兴的荧光纳米材料，具有低毒性、水溶性好、易于合成、光稳定性强、优秀的生物相容性以及可调节的表面官能团等优点，广泛用于生物和化学传感以及食品分析、环境监测等领域。科研工作者已经发展了一系列基于荧光共振能量转移、内滤效应等不同响应机理的cds荧光传感器，利用目标物对cds荧光的增强/猝灭，实现fe3+、al3+、hg2+、pb2+、cu2+等不同种类金属离子的检测。但这些荧光传感器大多是将cds的单一发射强度作为检测信号，很容易受到与目标分析物浓度无关因素的影响，如仪器参数、样品基质引发的光散射、探针局部浓度的变化以及探针周围微环境，可能导致荧光信号不稳定，降低传感器的灵敏度和准确度。

3、比率荧光传感器自带内置校准特性，利用两个信号发射峰的荧光强度比值作为响应指标进行检测，从而避免外部因素的影响，提高结果的可信度和准确度。近年来，比率型cds荧光传感器在金属离子检测中逐渐受到科研工作者的关注，发展了一系列新型的比率型cds荧光传感器用于不同种类金属离子的检测，取得了令人满意的结果。

4、然而，目前的比率型cds荧光传感器多是将cds与其他的荧光材料，如cds、量子点、贵金属纳米簇、金属有机框架材料等，通过镶嵌、封装、杂化等方式组合在一起，并由它们分别提供荧光信号，需要同时考虑两种材料的荧光性能、稳定性及二者之间的兼容性，增加了传感器的设计难度和复杂性。内在双发射传感器的荧光探针具有两个或以上的发射峰，仅使用单一荧光材料即可实现比率型传感器的构建，不仅意味着根本性的突破，也有效简化了传感器的设计，近年来逐渐引起人们的关注。因此亟需一种检测灵敏度高、现场可视化检测的双发射荧光cds用于检测重金属。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供用于检测汞离子的比率型荧光探针、荧光试纸和检测方法，以解决上述比率型荧光传感器是将cds与其他的荧光材料（如cds、量子点、贵金属纳米簇、金属有机框架材料等）进行组合，导致传感器设计难度大、复杂性大以及检测灵敏度不高的问题。

2、为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种用于汞离子定量检测的比率型荧光探针，比率型荧光探针为双发射荧光碳点。双发射荧光碳点在465 nm和630 nm有两个发射峰。

3、本发明第二方面提供了一种用于汞离子定量检测的比率型荧光探针的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）将尿素和柠檬酸加入二甲基甲酰胺中，室温搅拌得到混合溶液，将混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中进行溶剂热反应，待自然冷却至室温后，得到深棕色溶液；

5、（2）向深棕色溶液中加入氢氧化钠溶液并搅拌，得到的混合物离心，收集沉淀，洗涤、干燥得到固体碳点，即为双发射荧光碳点。

6、优选的，尿素的加入量为1.8~2.2g，柠檬酸的加入量为0.8~1.2g，尿素和二甲基甲酰胺的质量体积比为1.8~2.2g：8~12ml。

7、优选的，溶剂热反应的温度为155~165℃，时间为5.5~6.5h。

8、优选的，氢氧化钠溶液的浓度为45~55mg/ml，氢氧化钠溶液的加入量为18~22ml。

9、优选的，离心的转速为15000~17000r/min，时间为8~12min。

10、优选的，干燥温度为55~65℃。

11、本发明第三方面提供了一种用于汞离子定量检测的比率型荧光探针的应用，比率型荧光探针在检测汞离子中的应用，具体过程为：

12、将双发射荧光碳点溶于水中形成1.4~1.8mg/ml的cds溶液，向离心管中加入12~18μl的cds溶液，然后将待检测hg2+溶液加入cds溶液中，再加入超纯水调整溶液总体积至500μl，利用荧光光谱进行测试。

13、本发明第四方面提供了一种用于汞离子定量检测的比率型荧光试纸，比率型荧光试纸的制备方法为：将上述制备的比率型荧光探针溶于水中形成cds溶液，然后将cds溶液滴加到圆形的纸张基底上，自然晾干得到荧光试纸。

14、本发明第五方面提供了一种用于汞离子定量检测的比率型荧光试纸的应用，比率型荧光试纸在可视化检测汞离子中的应用，具体过程为：

15、将双发射荧光碳点溶于水中形成0.045~0.050mg/ml的cds溶液，采用打孔法制备直径为5~7mm的圆形纸张基底，向纸张基底上滴加6μl cds溶液，自然晾干后得到荧光试纸，向荧光试纸上滴加6μl待检测hg2+溶液，待纸张干燥后，置于紫外灯下，采用手机在标准拍照模式下拍摄在365 nm激发下的荧光图片。

16、采用手机拍照进行汞离子检测的具体过程为：将不同浓度梯度的汞离子溶液滴加在比率型荧光试纸上，比率型荧光试纸呈现由红变蓝的颜色变化，将该比率型荧光试纸放置于黑暗环境中反应3～5分钟，并在黑暗条件下用365nm波长的紫外灯对其进行照射，在黑暗条件下用能识别图像颜色rgb值的智能手机软件对该比率型荧光试纸进行拍摄并识别其颜色r值、g值和b值，根据其b值/r值比值与汞离子浓度之间的线性关系，以b值/r值比值为纵坐标，以汞离子浓度为横轴，拟合得到b值/r值比值与汞离子浓度的标准曲线。对滴加待测样品溶液后的比率型荧光试纸，将该比率型荧光试纸放置于黑暗环境中反应3~5分钟，并在黑暗条件下用365nm波长的紫外灯对其进行照射，然后在黑暗条件下通过能识别图像颜色rgb值的智能手机软件（能识别图像颜色rgb值的智能手机软件具体为color grab）对该溶液进行拍摄并识别其颜色r值、g值和b值，根据其b值/r值比值作为纵轴坐标代入到标准曲线中，其在标准曲线上对应点的横坐标，即为待测样品溶液的汞离子含量。

17、因此，本发明采用上述的用于检测汞离子的比率型荧光探针、荧光试纸和检测方法，具有以下有益效果：

18、（1）本发明材料制备方法简单，采用溶剂热法直接制备双发射荧光碳点，既保留了比率型荧光探针的优点，可以避免外部环境的干扰，同时简化了制备流程，无需进行两种材料的复合、镶嵌等步骤。

19、（2）本发明的比率型荧光试纸可以同时实现汞离子的定性和定量检测，定性检测用裸眼观察实现，可区分浓度达到50µm，定量检测可借助智能手机实现，检测线性范围为0.5~40µm，检出限达到37nm。

20、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。