六价铬(Cr(VI))是水中重点监控的高毒重金属污染物,发展对其快速、现场、高灵敏和高选择性的检测方法,对保障水环境安全至关重要。石墨烯量子点(GQDs)因其优异的光稳定性、低毒性和易于合成等优点,在荧光传感领域备受关注。在GQDs中掺杂氮元素,可以有效地引入更多的表面缺陷和活性官能团(如-NH₂),不仅大幅提高其荧光量子产率,还能创造与特定分析物特异性结合的识别位点。本研究使用L-丙氨酸作为氮源,通过一步水热法合成了表面富含氨基和羧基的氮掺杂石墨烯量子点(N-GQDs)。该N-GQDs在紫外灯照射下发出明亮的蓝色荧光。
荧光检测实验发现,当向N-GQDs溶液中加入Cr(VI)时,其荧光强度发生显著且迅速的降低(淬灭)。其淬灭机理为:Cr(VI)通过静电作用吸附到带正电的N-GQDs表面,并通过内滤效应和静态淬灭联合作用,高效地吸收N-GQDs激发态的能量,导致荧光“关闭”。在优化的检测条件下,该传感器对Cr(VI)的荧光响应在0.5-100μM的浓度范围内呈现良好的线性关系,检出限低至0.1μM(约5μg/L),远低于世界卫生组织(WHO)的饮用水标准(50μg/L)。更为重要的是,该传感器对Cr(VI)表现出了极高的选择性。在其他常见金属阳离子(如Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等)和阴离子(Cl⁻、NO₃⁻、SO₄²⁻等)浓度远高于Cr(VI)的情况下,对N-GQDs的荧光几乎无干扰。该传感器已成功应用于实际工业废水样中Cr(VI)的检测,结果与标准方法一致。该研究为水中Cr(VI)的现场快速检测提供了一种便捷、低成本、高灵敏度的荧光探针。
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