碳量子点荧光探针的淬灭快速感知茶多酚含量的机理及方法研究

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碳量子点(carbon quantum dots,简称CQDs)是近十多年来发现的尺寸小于10 nm,形状与球形相似,表面含有许多的官能团,能够发荧光的碳纳米材料。碳量子点除了具有传统“量子点”的光学性质外,还具有毒性低、环保、低成本、易制备、生物相容和化学稳定性等优势,在纳米医学、检测、催化、生物成像、传感等方面具有广泛的应用。茶是世界上受欢迎的风味和功能性健康饮品,主要归因于茶叶中的主要功效成分—茶多酚,它不仅决定了茶叶的品质,还具有抗氧化、抗血脂、抗肿瘤、抗动脉硬化等功能。目前常用于检测茶多酚的方法主要包括酒石酸亚铁比色法、福林酚比色法、高锰酸钾滴定法、高效液相色谱法(HPLC)等。这些检测方法步骤复杂、耗时耗力,成本高、不环保、需要大量实验前处理等。因此,开发一种快速、准确、安全检测茶叶中茶多酚含量的方法具有十分重要的意义。本文主要研究快速、高效制备荧光碳量子点的方法及其性质,提出检测茶多酚含量的新分析方法,并实现快速检测茶水中茶多酚的含量。主要研究内容及结果如下:1.快速合成荧光碳量子点。利用高通量微波消解/萃取工作站法快速制备高量子产率的荧光碳量子点。主要研究几个因素:碳源结构、碳氮源摩尔比、温度、功率以及时间。利用荧光分光光度计在350 nm激发光下扫描上述不同条件下合成碳量子点的发射光谱。结果发现:最佳制备荧光碳量子点的条件为一水合柠檬酸(碳源)和乙二胺(氮源)的摩尔比1:1.5、温度200℃、功率500 W、时间5 min,相对荧光量子产率约为73.66%,传统水热反应釜法制备的碳量子点(一水合柠檬酸和乙二胺摩尔比1:1.5、温度200℃、时间4 h)的相对荧光量子产率为66.08%。2.荧光碳量子点的性质。在最佳条件下制备好的碳量子点,使用紫外-可见光吸收光谱,荧光光谱,透射电子显微镜(TEM),傅里叶红外光谱(FTIR)对其进行表征。结果发现:最佳激发波长为350 nm,发射波长为445 nm,激发波长具有依赖性;其形状类似球形,少部分呈不规则状态,在水中很好的分散开,平均粒径约为6 nm,表面含有许多的官能团,如C-OH、C-H、C=O、N-H等;在紫外光照射下,碳量子点溶液显示出蓝色,在自然光下为黄色;另外,还研究了碳量子点的稳定性。在pH为4-10范围内,碳量子点的荧光强度没有显著的变化,但pH为2、3、11等强酸强碱的环境下,其荧光强度显著的下降,说明了研究体系溶液的pH要在4-10之间;不同条件下原液储藏的碳量子点的荧光强度没有明显的变化,但稀释后再储藏的碳量子点的荧光强度则有所差异。稀释后的碳量子点常温不避光储藏,荧光强度明显的下降,30天后约下降了74%。3.快速感知EGCG及其促氧化作用的研究。研究了Cu2+存在条件下,反应时间、反应温度、表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)浓度对体系中碳量子点荧光探针淬灭的影响及其EGCG的促氧化作用。研究表明:Cu2+和EGCG的浓度为2:1,40℃水浴30 min,碳量子荧光淬灭效果较好;在0-50μM范围内,EGCG的检测限为0.45μM,R2=0.9986。与EGCG结构类似的其他物质如表儿茶素没食子酸酯(ECG)、表没食子儿茶素(EGC)、表儿茶素(EC)、茶多酚(TP)对碳量子点荧光探针的淬灭也有类似的影响。EGCG在Cu2+存在条件下,表现出其促氧化活性,产生.OH活性氧自由基,导致CQDs荧光淬灭。4.快速检测茶样品中的茶多酚。根据上述实验得到的最优条件基础下,研究茶多酚(TP)的浓度对体系中碳量子点荧光探针的影响。研究表明:40℃水浴30 min条件下,碳量子点荧光探针对TP测定的线性范围为0-30μg/mL,检测限为0.31μg/m L,R2=0.9865。并且,茶水中的其他成分如茶碱、L-茶氨酸、L-丙氨酸、Na+、K+等对碳量子点荧光探针的淬灭没有明显的影响。此方法实现了对实际茶水体系中茶多酚含量的检测,与国标的标准方法基本一致,回收率在101.11%-106.97%之间。
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2011年03月25日19:21
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