Deteksi Hg2+ Sangat Selektif dan Sensitif Berdasarkan Transfer Energi Resonansi Förster antara Titik Kuantum CdSe dan Nanosheet g-C3N4

Hasil dan Diskusi

Karakterisasi

Struktur dan morfologi g-C₃ N₄ nanosheet dicirikan oleh TEM, XPS, dan XRD. Gambar TEM pada Gambar. 2a menunjukkan bahwa g-C₃ N₄ nanosheet memiliki morfologi seperti graphene yang terutama terdiri dari beberapa lapisan [19]. Gambar 2a menunjukkan pola XRD g-C₃ N₄ nanosheet. Puncak XRD kuat yang berpusat pada 27,4° berhubungan dengan puncak susunan interlayer grafit tipikal (002) dari g-C₃ N₄ . Puncak kecil pada 13,1° berhubungan dengan fitur pengepakan struktural in-plain periodik dalam lembaran [20, 21]. Pengukuran XPS digunakan untuk menganalisis status valensi g-C₃ N₄ nanosheet. Spektrum XPS pada Gambar. 2c menunjukkan C–C terikat pada N pada 284,8 dan 288,0 eV, dan spektrum N 1 pada 397,04 eV. Pada Gambar. 2d, puncaknya pada 811 cm ⁻¹ dikaitkan dengan getaran cincin triazina. Puncaknya sekitar 1000 cm ⁻¹ mewakili mode peregangan heterosiklus CN, dan puncaknya pada 1800 cm ⁻¹ sesuai dengan C-NH-C. Puncaknya pada 300–3600 cm ⁻¹ berhubungan dengan vibrasi ulur N–H dan O–H [22].

Karakterisasi g-C yang telah disiapkan₃ N₄ lembar nano. a gambar TEM. b gambar XRD. c spektrum XPS. d Spektrum FTIR

Sifat UV-vis dan Fluoresensi dari CdSe QDs/g-C₃ N₄ Nanosheet

Fluoresensi dan spektrum serapan UV-vis diperoleh untuk mengevaluasi sifat optik CdSe QDs/g-C₃ N₄ nanosheet. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3a, puncak besar pada sekitar 334 nm diamati dalam spektrum penyerapan UV-vis. Selain itu, emisi fluoresensi dan puncak eksitasi diamati pada 452 dan 334 nm dalam spektroskopi fluoresensi sinkron pada Gambar. 3b dan dikaitkan dengan fluoresensi emisi dan eksitasi sinar ultraviolet pada lembaran nano. Puncak emisi menunjukkan pergeseran dibandingkan dengan g-C murni₃ N₄ nanosheet pada 14-16 nm (puncak emisi dan eksitasi diamati pada 438 dan 310 nm seperti yang disajikan pada Gambar. 3c), yang dapat dianggap berasal dari FRET. Pengaruh panjang gelombang eksitasi pada intensitas fluoresensi juga dikonfirmasi.

Penyerapan UV-vis dan spektrum fluoresensi CdSe QDs/g-C₃ N₄ konjugasi

Pengaruh pH terhadap Fluoresensi CdSe QDs/g-C₃ N₄ Konjugat Nanosheet

Gambar 4 menunjukkan fluoresensi CdSe QDs/g-C₃ N₄ nanosheet terkonjugasi pada nilai pH yang berbeda. Nilai pH meningkat dari 3 menjadi 7 dengan intensitas fluoresensi. Namun, intensitas fluoresensi secara bertahap menurun ketika nilai pH bervariasi meningkat dari 7 menjadi 10, yang dapat dikaitkan dengan efek pH pada perubahan muatan permukaan karena protonasi-deprotonasi karena keberadaan gugus amino dalam struktur gC₃ N₄ nanosheet. Dalam penelitian ini, CdSe QDs/g-C₃ N₄ konjugat nanosheet dilakukan untuk mendeteksi Hg ²⁺ ion, dan nilai pH 7 dipilih sebagai nilai pH optimum. Emisi fluoresensi diukur pada pH 7 yang mengandung konsentrasi NaCl yang berbeda untuk mendapatkan stabilitas CdSe QDs/g-C₃ N₄ nanosheet terkonjugasi dalam keadaan kekuatan ion tinggi. Hanya sedikit perubahan yang diamati di bawah kekuatan ion tinggi dalam intensitas fluoresensi CdSe QDs/g-C₃ N₄ konjugat nanosheet. Hasilnya menunjukkan bahwa kekuatan ion tinggi memiliki efek minimal terhadap intensitas fluoresensi konjugat.

Pengaruh pH terhadap fluoresensi CdSe QDs/g-C₃ N₄ konjugat nanosheets

Selektivitas CdSe QDs/g-C₃ N₄ Sistem FRET Nanosheet dalam Mendeteksi Ion Merkuri

Selektivitas merupakan parameter penting dari sistem penginderaan baru. Selektivitas CdSe QDs/g-C₃ N₄ Sensor FRET nanosheet dievaluasi menggunakan berbagai ion logam (misalnya, Cu ²⁺ , Mg ²⁺ , Na ⁺ , Ca ²⁺ , Hg ²⁺ , Cr ³⁺ , Pb ²⁺ , Cd ²⁺ , dan Zn ²⁺ ); hasilnya ditunjukkan pada Gambar. 5a. Dibandingkan dengan sampel kosong tanpa ion, rasio fluoresensi Hg ²⁺ jelas meningkat, sedangkan intensitas fluoresensi ion logam lain sedikit berubah atau tetap sama. Hasil ini menunjukkan bahwa sensor FRET menunjukkan selektivitas yang lebih tinggi daripada yang lain (Gbr. 5b). Jadi, CdSe QDs/g-C₃ N₄ menunjukkan selektivitas tinggi terhadap Hg ²⁺ . Fenomena ini berbeda dibandingkan dengan g-C murni₃ N₄ nanosheet, yang selektif untuk Cu ²⁺ dan Hg ²⁺ [23, 24].

Eksperimen selektivitas untuk CdSe QDs/g-C₃ N₄ sensor FRET nanosheet

Kelayakan Proses Fluoresensi FRET dalam Mendeteksi Hg ²⁺

Untuk mempelajari kepraktisan sensor FRET, CdSe QDs/g-C₃ N₄ deteksi fluoresensi nanosheet dari Hg ²⁺ dilakukan. Kehadiran Hg ²⁺ mengakibatkan penurunan intensitas fluoresensi seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 6, yang menggambarkan bahwa Hg ²⁺ dapat secara efektif memadamkan sensor FRET. Untuk mempelajari sensitivitas, respons sensor terhadap berbagai Hg ²⁺ konsentrasi dievaluasi lebih lanjut dengan spektroskopi fluoresensi, dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar. 6a. Intensitas fluoresensi g-C₃ N₄ nanosheets secara bertahap menurun dengan meningkatnya Hg ²⁺ konsentrasi. Gambar 6b menjelaskan bahwa I /Aku ₀ tergantung pada konsentrasi Hg ²⁺ , di mana Aku ₀ dan Aku adalah intensitas fluoresensi dengan tidak adanya dan kehadiran, masing-masing, dari Hg ²⁺ . Terlebih lagi, hubungan aku /Aku ₀ antara konsentrasi Hg ²⁺ adalah linier, dan persamaan regresi linier adalah I = − 9.6 × 10 ⁷ + 550.5(R ² = 0.9882), seperti yang ditunjukkan pada sisipan Gbr. 6b. Dibandingkan dengan metode luminesensi yang baru-baru ini dilaporkan, metode yang diusulkan memiliki batas deteksi yang lebih rendah dan sensitivitas yang lebih tinggi [25, 26]. g-C₃ N₄ nanosheets dan CdSe QD tidak menunjukkan respons pendinginan yang jelas terhadap ion logam lain selain Hg ²⁺ , yang menunjukkan selektivitas yang relatif tinggi untuk metode ini.

Sifat penginderaan dari CdSe QDs/g-C₃ N₄ konjugat nanosheet dan ketergantungan intensitas fluoresensi terhadap konsentrasi Hg ²⁺ (C_Hg ²⁺ :1, 0 nM; 2, 4 nM; 3, 8 nM; 4, 12 nM; 5, 16 nM; 6, 20 nM; 7, 24 nM; 8, 28 nM; 9, 32 nM)

Kation lain yang hidup berdampingan yang mempengaruhi deteksi ion merkuri juga terdeteksi. Tanggapan dari CdSe QDs/g-C₃ N₄ sistem penginderaan berbasis nanosheet menuju Hg ²⁺ ion dengan adanya alkali, alkali tanah, dan ion logam transisi lainnya ditunjukkan pada Tabel 1. Koeksistensi sebagian besar ion logam tidak mengganggu pengikatan Hg ²⁺ , yang menunjukkan bahwa interferensi dari ion-ion yang hidup bersama ini pada Hg ²⁺ sensor diabaikan.

Selain itu, stabilitas jangka panjang adalah properti sensor yang unggul. Absorbansi dan fluoresensi selama pemeriksaan berkelanjutan setiap 3 hari dalam 2 minggu menunjukkan bahwa aktivitas CdSe QDs/g-C₃ N₄ nanosheets tetap di atas 92% dari efisiensi awal meskipun mereka disimpan di lingkungan sekitar. Hasilnya menunjukkan bahwa CdSe QDs/g-C₃ N₄ nanosheet sebagai sensor FRET memiliki stabilitas jangka panjang yang baik.

Dibandingkan dengan laporan sebelumnya mengenai uji fluoresensi untuk Hg ²⁺ (hasil tercantum dalam Tabel 2), CdSe QDs/g-C₃ N₄ probe fluoresensi nanosheet berdasarkan FRET dengan konsentrasi Hg (II) pada kisaran 0–32 nmol/L pada pH =7 menunjukkan batas deteksi pada 5,3 nmol/L. Dengan demikian, metode kami memperoleh batas deteksi superior dan jangkauan linier.

Penerapan Sensor FRET

CdSe QDs/g-C₃ N₄ nanosheets sebagai sensor FRET berhasil menyediakan platform yang baik untuk mendeteksi Hg ²⁺ dalam sampel nyata karena sensitivitas dan selektivitasnya. Sumur, danau, dan air keran dipilih sebagai sampel nyata untuk analisis di mana pemulihan Hg ²⁺ berada di kisaran 95,4–101,6% (Tabel 3). Simpangan baku relatif (RSD) dari Hg ²⁺ berada pada kisaran 0,64-1,72%. Hasilnya menyatakan dengan jelas bahwa metode yang dirancang dapat digunakan secara efisien untuk mendeteksi Hg ²⁺ dalam aplikasi praktis. Nilai RSD yang dapat diterima dan kesalahan relatif menegaskan sensitivitas tinggi, presisi tinggi, dan keandalan tinggi dari sensor FRET yang diusulkan untuk Hg ²⁺ tekad dalam aplikasi praktis.