氮掺杂碳量子点的制备及中药黄酮分析

尚 婧，张海容,2

(1.忻州师范学院 化学系，山西 忻州 034000；2.忻州师范学院 生化分析技术研究所，山西 忻州 034000)

碳量子点是一种新型的碳纳米材料，与传统的有机荧光染料和半导体量子点相比，其具有优异的光电学性质、低毒性、良好的生物相容性和廉价的制备成本等特点。碳量子点的制备方法可以分为两大类：自上而下法和自下而上法。自上而下法是通过打碎碳的前驱物，通过聚合物表面钝化的方式使其有效发光，包括激光烧蚀法、电化学合成法和电弧放电法。自下而上法是通过热解或碳化合适前驱物直接合成荧光碳量子点包括热解法[1]、水热法[2]、微波法[3]、超声法[4]等。高温热解法[1]是指将有机碳源高温分解制备得到荧光碳量子点的方法。碳量子点光学性能稳定、表面易修饰、制备成本低廉、生物相容性好，尤其是掺杂后的CDs比单纯的CDs具有更强的发光性能。

黄酮类化合物是一类植物中分布较广并且重要的多酚类天然产物，泛指两个具有酚羟基的苯环通过中央三碳原子相互连接而成的一系列化合物[5]对植物的生长、发育、开花、结果以及抵御异物的侵袭起着重要的作用。黄酮类化合物有广泛的药理活性，如抗菌作用、抗氧化作用和抗自由基作用[6]，对心血管的作用，抗肿瘤、抗癌作用，对平滑肌的作用，抗炎、抗菌、抗病毒的作用；降血糖的作用，镇痛止泻、防止溃疡的作用。此外，还可作为功能食品添加剂，天然抗氧化剂食用[7]。目前测定黄酮类的方法，用的较多的是以芦丁为标样的NaNO2-Al(NO3)3显色法[8-9]，但是此反应并不专一，很多非黄酮类物质也可参与反应对测定结果产生影响。因此，本实验选择氮掺杂荧光CDs作为荧光探针，用芸香叶苷猝灭CDs荧光，测定溶液中黄酮含量。方法专一、干扰小、适用范围较为广泛。

1 实验部分

1.1 主要仪器、试剂

仪器：美诚Huich马弗炉(北京盈安美诚科学仪器有限公司)；F-4600型荧光光度计(HITACHI日立集团)；SL01低速离心机(上海知信实验仪器技术有限公司)；KQ-400KDE型高功率数控超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)；SB-5200DTDN超声波清洗机(宁波新芝生物科技股份有限公司)；AB204-N电子天平(METTLER TOLEDO梅特勒-托利多公司)。

试剂：柠檬酸化学纯(西安化学试剂厂)；乙二胺分析纯(天津市申泰化学试剂有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 量子点及探针溶液制备

以柠檬酸和乙二胺为原料，采用热解法一步合成氮掺杂的荧光量子点，步骤如下：首先，准确称取0.50 g的柠檬酸于坩埚中，在350 ℃的温度条件下设置加热1.5 h，即可得到氮掺杂的碳量子点固体；将其在研钵中研磨成黑色中略带棕红色的粉末，称取该量子点粉末0.100 g，用二次蒸馏水溶解，定容到50 mL的容量瓶中，在超声波清洗器中超声30min后用漏斗取上清液，将上清液定容到50 mL的容量瓶中，在4000 r/min的条件下离心10min。取上清液可得到氮掺杂的荧光碳量子点溶液。

1.2.2 黄酮的测定方法

取制备好的氮掺杂碳量子点溶液1 mL，含黄酮的样品溶液1 mL，pH值=7的缓冲溶液2 mL，定容至10 mL。由于芸香叶苷能使所制备的荧光碳量子点荧光猝灭，测定荧光强度变化ΔF，代入回归方程，可以计算得到样品溶液中黄酮的含量。

2 实验结果讨论

2.1 碳量子点的荧光光谱

按实验方法1.2.1，在最佳的条件下合成的碳量子点的荧光激发和发射光谱，结果如图1，激发和发射波长分别为360 nm、448 nm。

图1 激发光谱与发射光谱

2.2 碳量子点制备条件优化

2.2.1 温度的选择

在控制其他条件不变的情况下，测定300、350、400、450、500℃的不同温度下的碳量子点的荧光强度。由图2可知，随着温度的增加荧光强度先增大后降低，温度为350℃时荧光强度最强，说明碳量子点在此温度下荧光性最佳。

图2 温度对氮掺杂碳量子点荧光强度的影响

2.2.2 原料配比

图3 原料比对氮掺杂碳量子点荧光强度的影响

在350℃，1.5 h的条件下用0.5 g的柠檬酸分别与0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL的乙二胺制备碳量子点固体，进行研磨。分别准确称取0.100 g的碳量子点粉末，测其荧光强度得到图3。由图3可知，随着乙二胺比例的增加，荧光强度逐渐增大，当乙二胺比例过高时，荧光强度反而降低了，当柠檬酸和乙二胺的比例为5∶4时，荧光强度最强。

2.2.3 碳量子点的稳定性

将此碳量子点放置5 d，测其每隔24 h的荧光强度，考察其稳定性。如图4所示，该碳量子点在放置的1～2 d时荧光强度最强，此后的几天其荧光强度呈下降趋势直至稳定。在使用此碳量子点时尽量选择第1～2 d，避免放置时间过长影响其效果。

图4 时间对氮掺杂碳量子点荧光强度的影响

2.2.4 碳量子点对不同猝灭剂的选择性

如图5所示，在加入芸香叶苷，核黄素，三聚氰胺，金属离子后碳量子点的荧光得到猝灭，其中芸香叶苷的猝灭效果最好；而加入KBr和抗坏血酸，荧光反而得到增强。因此，本实验选取芸香叶苷作为猝灭剂。

2.3 pH值对荧光CDs的影响

取碳量子点溶液1 mL，1×10-5mol/L的芸香叶苷溶液1 mL，分别加入不同pH值为1.61、2.64、3.74、5.18、6.15、8.58、9.15、10.59、11.42的缓冲溶液2mL定容至10 mL测其荧光强度。如图6所示，发现加入缓冲液后碳量子点的荧光强度先增大后减小后趋于平缓再稍作增大而后大幅减小，选择pH值为3.8作为碳量子点的最佳pH值。

图6 pH值对氮掺杂量子点荧光强度的影响

2.4 芸香叶苷猝灭碳量子点的工作曲线

图7 工作曲线

研究不同浓度的芸香叶苷对CDs荧光的影响，取1mL的碳量子点溶液，分别加入不同浓度的芸香叶苷溶液、缓冲溶液，定容到10 mL，测定荧光强度。如图7所示，芸香叶苷的浓度越大，荧光的猝灭效果越强。在1.0×10-6～8.0×10-5mol/L的浓度范围内,芸香叶苷对CDs的荧光猝灭成线性关系，回归方程为log△F=0.7451 logC+0.67533，相关系数为R2=0.9954。

2.5 样品加标回收率

取0.5 g的苍术和忍冬藤，，超声20min加速溶解，静置，定容100 mL。按实验方法分别取两者的上清液，加入1mL碳点，1 mL缓冲溶液定容至10 mL，测该体系的荧光强度并计算加标回收率，实验结果见表1。

表1 样品及样品回收率

通过表1可知，苍术、忍冬藤的加标回收率在95.9%～101.8%的范围内，测量两种样品的RSD分别为2.49%和1.96%，表明仪器精密度良好。

3 结论

通过探究得到合成氮掺杂碳量子点的最佳条件：用0.500 g的柠檬酸与0.4 mL的乙二胺混合，在350℃，升温速率为10℃/min的条件下在马弗炉里热解90min，用研钵研磨可得到该碳量子点的粉体；加入二次水溶解，超声30min，离心条件为4000 r/min，10min后取上清液即为制得的黄色碳量子点溶液。用F-4600荧光光度计对制备的碳量子点进行检测，结果表明：该氮掺杂的碳量子点的最佳激发波长在360 nm左右，最佳发射波长在448 nm左右。芸香叶苷可以使制得的氮掺杂的碳量子点的荧光强度猝灭，且在浓度为1.0×10-6～8.0×10-5mol/L内呈现良好的线性关系，据此该碳点可用于对微量黄酮的检测。由于此方法操作简单，选择性好，因此可以用于中药中黄酮的测定。

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