纳米标记材料荧光碳点的制备探析

纳米标记材料荧光碳点的制备探析纳米标记材料荧光碳点的制备探析内容简介:近年来，半导体荧光量子点因其优良的光电性能在生物、医学及光电器件等领域得到了广泛应用.但是用于生物和医学领域最成熟的量子点，大多是含重金属镉的CdTe，CdSe和CdS等量子点，限制了其在生物医学领域的应用.因此，降低和消除荧论文格式论文范文毕业论文近年来，半导体荧光量子点因其优良的光电性能在生物、医学及光电器件等领域得到了广泛应用.但是用于生物和医学领域最成熟的量子点，大多是含重金属镉的CdTe，CdSe和CdS等量子点，限制了其在生物医学领域的应用.因此，降低和消除荧光量子点的毒性，一直是研究者密切关注的课题 . 直到201X年，Sun等用激光消融碳靶物，经过一系列酸化及表面钝化处理，得到了发光性能较好的荧光碳纳米粒子碳量子点.作为新型荧光碳纳米材料，碳量子点不仅具有优良的光学性能与小尺寸特性，还具有很好的生物相容性、水溶性好、廉价及很低的细胞毒性，是替代传统重金属量子点的良好选择.水溶性碳量子点因其表面具有大量的羧基、羟基等水溶性基团，并且可以和多种有机、无机、生物分子相容而引起广泛关注，这些性质决定了碳量子点在生物成像与生物探针领域有更大的应用前景 .ZhuH和王珊珊等将PEG-200和糖类物质的水溶液进行微波加热处理，得到了具有不同荧光性能的碳量子点，虽然利用微波合成碳量子点可以合成修饰一步实现，但是与水热法相比荧光量子的产率并没有显著地提高 . 目前，该领域的科研工作主要集中在3个方面: 碳量子点形成与其性能的机理特别是光致发光机理、如何简单快速的制备出性能优异的碳量子点以及碳量子点如何成功高效地应用于实际之中 . 采用单因素法分析影响荧光碳量子点合成的几种因素，寻求高性能荧光碳量子点的最佳合成条件，并比较微波法和水热法合成荧光碳量子点的优劣，为制备出高性能荧光纳米标记材料性能提供一定的实验依据和科学方法 .1 实验部分1试剂与仪器葡萄糖、聚乙二醇、硫代乙醇酸、CS、牛血清蛋白购自武汉凌飞生物科技公司);盐酸;十二水合磷酸氢二钠;二水合磷酸二氢钠;氢氧化钠.荧光分光光度计;紫外-可见吸收光谱仪;纯水仪;台式电热恒温干燥箱;傅立叶红外变换光谱仪;透射电子显微镜;微波反应器;电子天平有限公司);电动搅拌器;智能恒温电热套;数显恒温水浴锅;紫外灯.所有光谱分析均在室温下进行.实验中所用水为电阻率大于18Mm的高纯水.紫外-可见吸光光度计设置为:夹缝2nm，扫描速度600nmmin，扫描范围200,600nm;荧光分光光度计设置为:激发波长为350nm，扫描范围为350,650nm，扫描速度600nmmin.激发夹缝:10nm，发射夹缝:15nm.2碳量子点的制备影响碳量子点荧光性能的因素较多，其主要因素有反应物摩尔比、反应温度和反应时间.为更好的控制实验条件，提高碳量子点的性能，采用了三因素三水平的正交实验方法.该方法以较少的实验次数完成多条件下最优选择.选择碳源为葡萄糖，表面修饰剂为PEG，温度分别选择为150?，160?和?，时间分别选择为5min，5min 和5min，PEG与葡萄糖的摩尔比分别选择为4，5和此外在确定最佳条件时，除了考虑碳量子点的荧光强度之外，还要综合考虑实验条件、产物的毒性和生物相容性等因素 .称取葡萄糖2g，将其溶解到3mL水中，与不同体积的聚乙二醇混合，得到澄清溶液，然后放在微波反应器或电热恒温水浴锅中，设定一定温度和反应时间，微波辐射或水浴加热，得到不同棕红色的溶液，即碳量子点原液; 再将碳量子点原液于不同转速下离心分离纯化，测定比较其光学性能，最后选定在 6000rmin 转速下离心分离纯化，取上层清液，稀释不同倍数用于表征 .1.3 碳量子点的表征分析 将上述得到的碳量子点稀释不同倍数后，分别用 U3010型紫外-可见吸收光谱仪和LS55型荧光分光光度计测试制得的碳量子点的光致发光性能.紫外可见吸收光谱测定:将制备好的碳量子点稀释若干倍，先进行紫外扫描确定其吸收峰位置.以碳量子点的紫外吸收峰波长为激发波长，激发和发射狭缝均为5.0nm，PMT电压设置为700V，激发波长是290,350nm射光谱扫描，确定激发波长为 350nm时，其荧光发射峰位置为量子点的荧光谱峰更好. 荧光光谱测定: 取

进行多次荧光发435nm左右，碳5mL

左右的待测碳量子点溶液于荧光比色皿中，在室温下用

LS55

型荧光光谱仪检测其荧光，激发波长为

350nm，激发和发射狭缝宽度均为

5nm，扫描波长范围300,650nm，扫描速度1200nmmin.透射电子显微镜观察碳量子点样品的微观形态和尺寸;将得到碳量子点原液等体积与无水乙醇混匀后滴在 KBr压片上后放到台式电热恒温干燥箱中干燥直到变干，然后放于傅立叶红外变换光谱仪中得到红外谱图 .2 结果与讨论1微波合成碳量子点的因素分析 本实验选择反应物摩尔比、反应温度和反应时间3种影响因素，每种因素选择 3种不同的水平，即三因素三水平正交实验方法安排试验，探讨微波法制备碳量子点时对其荧光强度的影响因素，找到最优的合成条件. 根据三因素三水平的条件，选择正交表 34型. 碳量子点合成中，不同影响因素在不同水平下的趋势变化 ,在同一因素下，随着水平的变化，实验指标也发生变化，根据图中趋势，可以得到微波合成碳量子点的最优条件是 :PEG与葡萄糖摩尔比为6，反应温度为180?，反应时间为5min，在此条件下合成的碳量子的荧光强度最好 .从趋势图还可看出，微波辅助反应时间并不是越长越好，但反应时间小于3.5min 时，碳量子点的的荧光强度有随反应时间减少而提高的趋势 . 由以上正交实验的直观分析得到了优化条件，然后在该条件下微波合成了荧光碳量子点 ,优化条件下制备的碳量子点与实验组中最好的第 9号实验条件下制备的碳量子点的荧光发射光谱 .在其他条件相同的情况下，优化合成的碳量子点的荧光强度为 234，远远大于第9号实验组的碳量子点的荧光强度 153.17. 改变前驱溶液

pH

值，对实验结果进行分析处理，随着溶液

pH

值的增加，碳量子点的荧光强度先减小再增加

.

在前驱体为碱性条件即

pH=9

时，所得碳量子点荧光强度最大，在酸性条件

pH=3

时次之，在中性条件

pH=7

时最小.

其原因可能是在葡萄糖-PEG体系中，制备出来的碳量子点表面含有丰富的羟基和羧基官能团，在酸性条件下，由于碳量子点表面大量羟基与 H+形成大量氢键，导致体系较为稳定，碳量子点能较好的分散，所以发出较好的荧光 ; 而在碱性条件下，碳量子点表面的羧基与 OH-的相互作用致使体系较为稳定，碳量子点也能很好的分散; 但是在中性条件下，生成的碳量子点由于高的表面能而发生团聚，致使粒子粒径增加，粒径分布变宽 .2微波法与水热法的比较 在上述相同的优化条件下，分别采用微波法和水热法2种方法合成碳量子点，并对其光学性能进行初步比较.碳量子点的紫外可见吸收光谱2种方式得到的碳量子点的紫外可见吸收光谱图,两者的吸收峰位置都是在280nm左右，吸收峰位置并没有随着加热方式的变化而变化，这说明 2种加热方式形成碳量子点的机制可能是一致的 . 此外，在同等合成条件下，微波法制备的碳量子点的紫外可见吸收光谱强度小于水热法的吸收峰强度.2碳量子点的荧光发射光谱 将微波优化合成得到的一组碳量子点稀释后，依次增大激发波长，观察其荧光发射波长变化 . 微波合成碳量子点在不同激发波长下的荧光发射光谱,随着激发波长的增大，荧光发射峰位置发生红移，荧光强度也先增大后减小，其中，激发波长为350nm时，碳量子点的荧光发射强度最大.因此，选择350nm作为本实验中碳量子点的激发波长.3碳量子点的荧光机理探讨 碳量子点的荧光性能主要来源于 2种不同类型的发射，一种是其表面能的陷阱发射，另一种是其内在的状态发射，即电子和空穴的重新结合产生的发射，也就是通常所说的量子点的量子尺寸效应所导致的碳量子点的TEM图射.在中，一方面葡萄糖的高温热解生成的碳量子点，其表面能陷阱发射产生荧光;另一方面，PEG可以作为碳量子点的表面钝化剂.而在本研究中，前驱体是葡萄糖和PEG的混合物，因此，PEG在此合成体系中，一方面发挥了稳定剂的作用，另一方面也发挥了表面修饰剂的作用，PEG含有大量的羟基等基团，在碱性条件下，羟基等官能团引入碳量子点表面，抑制了碳量子点的缺陷状态发射，使得能够产生荧光的电子和空穴的辐射结合更加便利，即内在的本征态发射更加容易，进而提高了碳量子点的荧光强度.4碳量子点的TEM从中可以看出，碳量子点与半导体量子点类似，外貌呈圆球形，分散性较好，尺寸分布较均匀，平均粒径在 5,8nm 左右，表明在葡萄糖热解制备碳量子点的过程中，聚乙二醇作为分散剂和表面修饰剂起到了比较好的作用，能有效防止碳量子点团聚 .5碳量子点的红外光谱 不同方法制备的碳量子点的红外光谱在相同的优化条件下，微波法和水热法。 2种方法得到的碳量子点的红外谱图峰位和峰形基本一致，只是吸收峰强度略有不同，这可能与碳量子点的浓度有关 . 羟基伸缩振动谱带出现在3700,3100m-1 区域，在大多数含羟基的化合物中，由于分子间氢键很强，在3500,3100m-1区域出现一条很强、很宽的谱带.在3370m-1附近2种方法制备的碳量子点都有宽化的吸收峰，是O-H键的伸缩振动特征峰，同时在指纹区1101m-1处和1247m-1同出现较强的吸收峰，分别属于C-O-C的对称收缩和不对称伸缩振荡，证明了羟基的存在;同时在1643m-1处观察到两者的吸收峰，这是C=O的伸缩振动，证明了羧基的存在.由此判断，碳量子点表面带有羟基和羧基官能团，这不仅增强了量子点的水溶性和生物相容性，更为后续的修饰该类碳量子点提供了有益的指导 .3 结论通过正交实验方法初步确定了微波法制备纳米荧光碳量子点的合适实验条件为 : 反应时间为5min，反应温度为180?，PEG与葡萄糖摩尔比为 6，pH=合成中影响因素从主到次顺序为:反应时间摩尔比反应温度.同时发现极差R空白R温度，表明实验过程中，还有其他重要的因素需要探讨，其中，最可能忽略的因素是搅拌.在相同优化条件下，水热法合成的碳量子点的光学性能要略优于微波合成的，究其原因可能除了提到的是否使用搅拌装置有关外，可能还与合成时碳量子点的生长速度、表面修饰程度和状态等因素有关.这些因素的联合作用，导致荧光碳量子点晶格缺陷没有得到很好的控制，而表面缺陷、边缘效应等又会导致陷阱电子或空穴对的产生，它们反过来又会影响量子点的发光性质，有待今后进一步实验验证.总之，2种加热方式所制备的荧光碳量子点均具有较好的光学性能，可望用于荧光标记领域.内容简介:1概述环境保护问题是当今各国发展过程中所面临的一个重要问题，也关系着人类社会的可持续发展。由于化学污染导致了一些如酸雨、温室效应、霾等的环境问题，使得人们越来越关注化学污染的问题，并期望找出有效手段减少、避免其造成更论文格式论文范文毕业论文1概述环境保护问题是当今各国发展过程中所面临的一个重要问题，也关系着人类社会的可持续发展。由于化学污染导致了一些如酸雨、温室效应、霾等的环境问题，使得人们越来越关注化学污染的问题，并期望找出有效手段减少、避免其造成更大的危害。而随着人们的环保意识的不断增强，对经济的发展的要求也越来越朝着绿色化的方向前进。针对此问题，科学家们提出了绿色化学的概念。绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学，旨在从根本上、源头上阻止污染物以降低或消除环境污染。而分析化学绿色化作为绿色化学中的一个重要领域，它的发展对解决化学环境污染有着较大、较重要的要用，对分析化学绿色化方法的探索与发展也意义重大。2分析化学绿色化的原则和主题绿色化学涉及有机合成、生物化学、分析化学等学科，所蕴含的内容十分广泛，它最大的特点就是在开始时就采用预防污染的科学手段，因而能最大程度地实现零排放或零污染。而分析化学绿色化是绿色化学的一个重要组成部分，在进行分析化学实验中也要遵循绿色化学中化学品使用的五个基本原则，即减量使用原则、循环利用原则、回收利用原则、再生利用原则和拒绝使用危害品原则。分析化学实验中若能做到遵循以上五项原则就能够很好地做到分析化学绿色化。而实现分析化学实验绿色化则要围绕以下四大主题进行:一是保证实验原料的绿色化，因为分析化学实验中要运用到大量的化学试剂，这些化学试剂相互反应之后可能对环境造成污染，若在实验中选用的绿色化的原料能够很好地保证最大限度地降低或消除生成物对环境的污染 ;二是保证反应条件的绿色化，即对化学实验中要用到的溶剂和催化剂进行选择时，尽量避免使用有机溶剂、选择使用无毒、无害的催化剂 ;三是做到实验排放的绿色化，在实验的创建上尽可能地设计、使用副产物较少的实验，同时在化学实验结束后，要对实验中产生的实验废料、副产物进行分类处理之后再排放 ;四是保证生成物的绿色化，即在化学实验中尽量让化学反应中、反应后的生成物不具有毒性或是毒性较低，且要尽量让生成物易于控制。 3 分析化学绿色化的策略 绿色化学对保证可持续发展战略的顺利实施有着重要意义，而分析化学绿色化在绿色化学中占据相当重要的比重，对解决环境污染与资源短缺等问题有着重要作用。因此，探索分析化学绿色化的有效发展策略十分必要。对此，可以从以下两个方面着手。3.1 加强分析化学绿色化的教育、加深认识 对于绿色化学的重要性与必要性，有许多人未能正确认识和了解，更不要说分析化学绿色化了。因此，要推行分析化学绿色化并使其行之有效，就要通过一定的手段如加大宣传教育力度以加深人们对其的认识和了解，要重视教育的作用。而对于学校来说，这也是责无旁贷的义务，因为只有学校做好了分析化学绿色化教学的工作，才能培养出合格的化学人才并为分析化学绿色化的事业添砖加瓦。对此，学校要将绿色化学教育融入到分析化学实验教学中，以改进学校分析化学实验教学中存在的只重视实验的有效性而忽视实验对环境造成的污染的不足。在分析化学实验教学过程中，在首次进行化学实验时，教师就要向学生们强调实验的环保性，在此之后教师更要有意识地把一些由化学污染而造成的环境污染的典型案例融入到实验教学内容中，让学生充分而深刻地认识到化学污染的危害性及严重性，增强学生的环保意识与责任感，促进分析化学的绿色化进程。同时，教师在教学中要注重穿插一些绿色化的分析化学实验，鼓励、引导学生进行绿色分析化学实验、使其培养良好的化学实验习惯，以达到较好的教学效果。3.2 结合绿色化学理念，优化分析化学实验 结合绿色化学理念、优化分析化学实验要从调整实验内容、更新实验形式、消除实验生成物的危害三个方面着手。首先，要做到分析化学绿色化可以调整化学实验内容，即科学地安排绿色分析化学实验。在教学中要做到这点，一方面要在实验选材上下功夫，即在实验时要尽量选能反映绿色化学的实验内容;另一方面则要根据实际情况对化学实验内容进行优化，即在不影响学生实验操作能力的培养的前提下，删除一些重复且所用药品毒性较大的化学实验、改进一些实验方案以减少或消除化学污染，让分析化学实验教学朝着分析化学实验绿色化的方向靠拢。同时，在实验中还要合理安排实验项目及次序，进行串联实验，从而实现废物利用、减少废物的产生。通过调整实验教学计划，尽可能地使上一个实验中的产生的化学反应物能为下一个实验所用，实现废物利用，在一定程度上减少对环境的污染。这样做不仅有利于实现分析化学绿色化、有利于环境保护，而且对培养并提高学生的科学创新能力和环保意识也有着重大意义。其次，也可以通过更新实验形式的方式来实现分析化学绿色化。根据实验本身性质，分析化学实验课程内容可分基本分为验证性实验、设计型实验、综合性实验等，这其中有些实验不能满足分析化学绿色化的要求。因此，在分析化学实验中，可以引入一些先进的化学实验方式来实现分析化学的绿色化。在此，在分析化学实验中推行微型化学实验和采用仿真实验。微型分析化学实验是以较少的化学试剂剂量达成实验目的的一种实验方式，因而在减少污染、节省实验开支、节省学时方面具有较大的优势。同时，通过推行微型化学实验也能在无形中提升学生的实验滴水平，因为它对实验操作规范和水平要求更高。由此，推行微型分析化学实验有益于其绿色化的发展。此外，对于那些反应时间长、危险性较大的实验，可以通过一些仿真实验，即计算机多媒体辅助教学，来达成实验目的。在分析化学实验教学中运用计算机多媒体进行模拟仿真实验，最大的优点就是能真正实现零排放、零污染，做到了使分析化学实验绿色化。但需要注意的是，在使用计算机多媒体进行实验教学时，教师不仅要做好讲解工作，也要能激发学生学习的兴趣及学习的主观能动性。最后，消除化学实验生成物的危害也是分析化学实验绿色化的一个重要任务。对此，在分析化学实验中，对于实验中不可避免地生成的废气、废液、废渣要进行妥善的处理，要做到及时、合理地处理化学废物以达到绿色排放。在分析化学实验中从以上所述三个方面入手，只有从源头上阻止污染，才能做到使分析化学在绿色化的道路上越走越好。内容简介:引言随着我国工业化进程的加快，环境污染问题日益严重，人们的环保意识也逐渐增强，加上近期的溶剂税相关法案的出台，传统溶剂型涂料面临着严峻的挑战，而水性涂料以其低 VOC和环境友好等优点正进入一个高速发展的阶段。 铝合金和镁论文格式论文范文毕业论文引言随着我国工业化进程的加快，环境污染问题日益严重，人们的环保意识也逐渐增强，加上近期的溶剂税相关法案的出台，传统溶剂型涂料面临着严峻的挑战，而水性涂料以其低VOC和环境友好等优点正进入一个高速发展的阶段。铝合金和镁铝合金以其高强度、低密度和可塑性强等优点，被广泛用于航空航天、汽车以及一些特殊工件上。水性环氧具有环境友好、优秀的附着力和耐化学品性能，已被开发用于铝合金和镁铝合金的表面防护。本研究探讨了以水性环氧乳液、水性环氧固化剂、颜填料以及助剂等制作了一款适合用在铝合金和镁铝合金基材上的水性环氧底漆。1实验部分1.1 原料水性环氧固化剂:湛新公司;水性环氧乳液:国产;丙二醇甲醚:市售;氧化铁红:新乡;滑石粉:广福建材;磷酸锌:广西新晶;云母粉:滁州格锐。分散剂:迪高;基材润湿剂:毕克化学;消泡剂:迪高;防闪锈剂:海明斯;杀菌剂:国产;去离子水:自制。1.2 基础配方 根据实验室性能检测数据，结合模拟施工，确定的基础配方。1.3 涂料制备 将去离子水、分散剂以及消泡剂按顺序加入到研磨机中，分散均匀后加入水性环氧固化剂，再加入滑石粉、磷酸锌、云母粉、钛白粉和氧化铁红，待充分分散后研磨至细度 m，过滤出料。2 结果与讨论1液态环氧和环氧乳液对漆膜性能的影响 目前比较常用的水性环氧涂料体系大致有两类:一种是强制乳化或自乳化的环氧树脂乳液与水溶性环氧固化剂搭配 ;另一种是低相对分子质量液态环氧树脂和具有乳化功能的环氧固化剂搭配。这两种方案各有优缺点，本实验选用进口的水性环氧乳液与水溶性环氧固化剂搭配制漆。2n:n对漆膜性能的影响 不同的n?n比例对漆膜的影响明显。按 4组实验比例分别为0.8?1、1?1、1.1?1、1.2?1制备清漆，制板检验漆膜性能，实验主要从机械性能和耐液体介质两方面进行评价。 综合性能以n?n为1.1?1最佳。其他3组实验的综合性能不够理想。由于水性环氧固化剂具有一定的亲水性，活泼氢过量时漆膜的耐介质性能有所下降，同时未反应的过量固化剂也会导致漆膜较脆，影响机械性能。而环氧乳液过量则会影响交联密度从而降低漆膜性能。3PVC对漆膜性能的影响 研究表明，颜料体积浓度对漆膜性能具有很大影响。选择适宜的 PVC，漆膜对介质的吸附性小，能较为显著地提高漆膜的耐化学品性能和防腐性能。实验选取了 5个不同的PVC进行对比实验，漆膜性能测试结果。由性能数据可以看出，当 PVC为30%时，漆膜的性能最佳。4烘烤温度对漆膜性能的影响 对于车辆涂装许多车辆工厂都有效率要求，烘烤条件是必须被考虑的重要工艺参数。适宜的烘烤时间能增强漆膜的交联密度，提高漆膜的耐盐雾等性能，也可以提高涂装工作效率。本实验选取了

80?

、90?

、100?、110?共4

个温度下进行

30min

烘烤的工艺条件实验。

在100?和

110?烘烤条