國立臺東大學應用科學系研究所碩士論文

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國立臺東大學應用科學系研究所碩士論文

Department of Applied Science National Taitung University

Master Thesis

透過 ß- 環糊精修飾碳點高靈敏檢測對鄰苯二酚及對苯二酚

High sensitive sensing of catechol and hydroquinone based on ß-cyclodextrin modified carbon dot

林忠逸 Zhong Yi Lin

指導教授：胡焯淳博士邱泰嘉博士 Advisor：Cho-Chun Hu, Ph.D.

Tai-Chia Chiu, Ph.D.

中華民國 107 年 1 月

January, 2018

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誌謝

論文得以順利完成，最先要感謝的是我的指導教授胡焯淳老師及邱泰嘉老師，

在學術思想與邏輯上給了我相當大的啟發，沒有您悉心的指導，就沒有這篇論文的誕生，兩位老師這些日子以來在生活與學業上的照顧，由衷感謝您；以及口試委員曾韋龍老師許多精闢的見解，使論文更趨完善，在此敬申謝意。

在這段既艱辛又滿足的學術道路上，承蒙許多師長的照顧與提攜。另外也要感謝李建明老師、廖尉岑教授、陳以文老師，謝謝您們指導我讓我頭痛許久的無機有機材料等化學基礎理論。感謝系辦施美英阿姨指導我許多文件的處理方式，

而實驗室夥伴同仁、冠廷學長、尹杰、元傑、威廷、義聖、哲輝學弟、憲威學弟、

志威學弟等人一起在實驗室度過許許多多的時光，雖然有時我不太懂你們的一些動漫梗，但還是很開心能與大家一同努力成長，因為有您們的鼎力相助，這篇論文才能完成。最後，感謝我的父母與弟弟，是我在遭遇挫折時的避風港，您們的一路相挺與無私付出，使我沒有後顧之憂，得以專心求學，順利取得學位。

碩士生涯告一段落，隨之而來的是更大、更艱鉅的挑戰。請容許我貪心的期望，

未來的日子中，希望還能有您們的支持與鼓勵，有您們在，我就能更堅定的走下去！

2018 立春林忠逸於臺東大學應用科學系筆

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ABSTRACT

An efficient method for the analysis of catechol (CC) and hydroquinone (HQ) at trace levels in water samples has been developed in a fluorescent probe based on carbon dot@β-cyclodextrin (C-dot@β-CD).The properties of C-dot@β-CD nanocomposite were characterized by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), Transmission electron microscope (TEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The probe behaviors of C-dot@β-CD toward CC and HQ were investigated by fluorescent spectroscopy.Based on the host–guest chemistry between C-dot@β-CD and phenolic compounds which could quench the fluorescence of C-dot@β-CD, the prepared C-dot@β-CD can be used for sensitive and selective detection of CC or HQ in a wide linear range of 0.1-10 μM with a detection limit of 47.9 nM and 20.2 nM, respectively.The present study proves that synthesized C-dot@β -CD has durable fluorescence, high water solubility and can be used as a nanoprobe for the detection of CC or HQ in real water samples.

Keywords: Carbon dot, ß-cyclodextrin, Catechol , Hydroquinone

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中文摘要

本實驗透過碳點@β-環糊精（C-dot@β-CD）複合材料開發一種有效的螢光探針在水樣中檢測鄰苯二酚（Catechol）及對苯二酚（Hydroquinone）。通過傅立葉紅外光譜（FTIR），穿透式電子顯微鏡（TEM）和 X 射線電子能譜（XPS）鑑定 C-dot@β-CD 奈米複合材料的性能。以螢光光譜研究探討修飾上β-CD 碳點的螢光變化，當鄰苯二酚因有較小的立體障礙，容易進入β-CD 特有空腔中，改變電子躍遷路徑，使螢光改變幅度大；反之，對苯二酚立體障礙較大，不易進入β-CD 特有空腔中，使螢光改變幅度小。最佳製備條件下 C-dot@β-CD 與未修飾β-環糊精之碳點相比在檢測對苯二酚（HQ）及鄰苯二酚（CC）靈敏度有明顯的提升。此方法在鄰苯二酚（CC）線性範圍 0.1-10 μM，偵測極限 47.9 nM（S/N=3），對苯二酚（HQ）

線性範圍 0.1-10 μM，偵測極限 20.2nM（S/N=3）。

關鍵字：碳點；β-環糊精；對苯二酚；鄰苯二酚。

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圖目錄

Figure 3 1. Schematic representation for fabrication of C-dot@β-CD and illustration of the proposed nanosensor. ... 17 Figure 3-2. Fluorescence spectra of C-dot and amono-6-OTs-β-CD mixed with the different ratio ([mono-6-OTs-β-CD]/[C-dot]v/v: (black) 3 : 1, (red) 4 : 1, (blue) 6 : 1, (pink) 9 : 1, (green) 12 : 1. ... 18 Figure 3-3. Fluorescence spectra of the synthesized C-dot@𝛽-CD at variety incubate time. ... 19 Figure 3-4. (A) TEM image of C-dot@β-CD ,(B) The excitation dependent behaviors of C-dot@β-CD,(C) FTIR spectra of C-dot (black), C-dot@β-CD (red),(D) Cyclic voltammo grams of in 1 M KNO3 at (black) C-dot, (red) C-dot@β-CD and (blue) 1M KNO3, potential range of −0.8～0.8 V versus Ag/AgCl.(potential scan rate 50 mVs-1)………....……20 Figure 3-5. (A) XPS analysis of C-dot@β-CD, high resolution (B) C 1s, (C) O 1s…...21 Figure 3-6. (A) XPS analysis of C-dot, high resolution (B) C 1s, (C) N 1s, (D)O 1s….22 Figure 3-7. UV–vis absorption (black line), fluorescence excitation (red line) and emission (blud line) spectra of C-dot@β-CD in aqueous solution (inset:

photographs of C-dot@β-CD solution under visible light and under UV light)………...24 Figure 3-8. (A) The stability of C-dot@β-CD at pH ranges from 5 to 12, (B) Stability of

C-dot@β-CD in different concentrations of NaCl ranging from 0.1 mM to 1M, (C) Photostability of C-dot@β-CD, (D)Influence of different solvents (80% of total volume) on the fluorescence properties………...26

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Figure 3-9. (A) Stability of C-dot@β-CD in different concentrations of NaCl ranging from 0.1 mM to 1M, (B) The stability of C-dot at pH ranges from 2 to 12, (C) Photostability of C-dot ……….27 Figure 3-10. Figure 0-10.Fluorescence spectra responses of C-dot@β-CD (black), 2ppm RB(red), 1ppm RB (blue), 0.1ppm RB (pink), C-dot@β-CD + 2ppm RB(green), C-dot@β-CD + 1ppm RB(navy),C-dot@β-CD + 0.1ppm RB(lavender) ,C-dot@β-CD + 0.1ppm RB(purple).……….29

Figure 3-11. UV−vis absorption of C-dot@β-CD(black), CC (red), HQ(blue) and C-dot@β-CD fluorescent emission(green)………...32

Figure 3-12. Time-resolved decay of C-dot@β-CD (black) with HQ (red), with CC(blue)………...33

Figure 3-13. The fluorescence spectra of C-dot@β-CD upon the addition of different concentration of (A) catechol in the range of 10^-4 ~ 10^-8 M and (B)

hydroquinone in the range of 10^-4 ~ 10^-8 M. Inset: The plot of fluorescence intensity at 448 nm different concentration of catechol and hydroquinone, respectively……….……35 Figure 3-14. (A) Comparison of fluorescence intensities of C-dot@β-CD after the addition of different metal ions. (The concentration of metal ions were 10 μM.) (B) Fluorescence response of C-dot@β-CD in the presence of different oxidizing / reducing agents (the concentration of each type of oxidizing / reducing agents is 0.1 mM)………..36 Figure 3-15. Comparison of fluorescence intensities of C-dot after the addition of different metal ions. (The concentration of metal ions were 10 μM.)……37

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表目錄

Table3-1 Time-resolved decay of C-dots in the absence and presence of catechol and hydroquinone ... 34 Table 3-2 Determination of catechol and hydroquinone in water sample ... 38 Table3-3 Comparison with other sensors for determination of hydroquinone and catechol………..………..39

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Chapter 1 緒論

1.1 前言

隨著現代科技的快速發展，各項產品皆講求輕薄短小，於是人們對於微小化材料研發的要求程度亦隨之提高。過去研究的材料多為微米等級，近年來則朝向奈米尺度發展。當固體材料的粒徑縮小至奈米級時，所表現出來的行為與特性將不同於巨觀物質，必頇將材料的表面效應 (surface effect) 、量子侷限效應 (quantum confinement effect) 納入考量。因此，奈米尺寸材料便可能會擁有獨特的光學、電磁、吸附、催化等性質，例如鉑的塊材不具催化性，但在奈米尺度時即轉變為良好的催化劑。也因此奈米材料在生物感測器開發、奈米醫學、能源與奈米觸媒等相關領域皆有廣泛應用。

奈米 (nanometer, nm) 是一種長度的單位，1 奈米為十億分之一公尺 (10^-9公尺)。奈米材料之定義泛指其任一維尺度介於1 至100 奈米之間的物質，在空間結構上我們可以對其劃分成三種形式：零維奈米材料，它們的三個維度都是奈米的尺寸，呈球狀，如僅由數十個原子所組成的原子團 (cluster)，或是尺寸較大的奈米粒子(nanoparticle)；一維奈米材料，在三個維度中有一個維度不受限於奈米尺寸，

呈棒狀，如奈米線(nanowire)、奈米棒(nanorod)和奈米管(nanotube)；二維奈米材料，

在三個維度有二個維度不限於奈米尺寸，呈層狀，如奈米薄膜 (nanofilm) 和奈米薄片 (nanosheet)，其中以零維球型奈米材料應用最為廣泛，如：半導體量子點 (quantum dots, QDs)、碳奈米點 (carbon nanodots, CDs) 以及金奈米粒子 (gold nanoparticles, AuNPs)。

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目前有許多種類的螢光奈米材料，如半導體量子點的硫化鎘 (CdS) 或硒化鎘 (CdSe)以及非金屬的有機物奈米球或碳奈米粒子等，而不同的材料有著其獨特的功 能與特色。由於量子點的螢光穩定且高的量子產率(quantum yield, QY,ϕ)，在生物 標記技術上應用廣泛。但是量子點中的重金屬，如鎘，有某種程度的細胞毒性也對環境造成危害，這大大侷限它們的實際應用。

發光碳奈米點的球形結構已經成為一種新穎的材料。至今，許多合成碳奈米粒子的方法已被開發出來，包含：電弧放電法、雷射剝蝕法、電化學、化學氧化法、

熱分解、超音波和微波法¹等。其中，水熱法合成碳奈米粒子是簡便、快速又有效

率的方法 ²。此方法能合出含氧 (如烴基、羧基) 或胺基官能化碳點，具有良好的穩定性和生物相容性，而且表面修飾使碳點能夠更容易控制大小、形狀、物理和光學性質。

1.1.1 碳奈米點的定義與探討

根據目前的文獻，不同方法所製備的碳奈米粒子粒徑皆小於 10 奈米，其螢光

特性與半導體量子點相似，因此目前多以光致發光的機制做解釋^3,4,5。當粒子粒徑

逐漸減小，能隙(band-gap)變寬而有類似原子不連續電子能階產生，產生半導體材料粒子大小與其電子能階的差異。因此，當利用不同激發波長光源照射於 C-dot 溶液，因 C-dot 的大小差異造成帶隙能量改變，致使會有著不同放光波長位置以及螢光顏色^6,7。大部分 C-dot 可被激發螢光波長範圍於 350-550 nm，放光波長範圍則約於 400-600 nm^8,9。C-dot 的螢光強度相當穩定，即使連續六小時光照(Xe lamp) 也不會造成螢光強度下降。另將其置於高鹽類環境或不同 pH 值溶液下螢光強度亦不易受到干擾，相較於金奈米點 (Au nanodots, Au NDs) 和銀奈米團簇 (Ag

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nanoclusters, Ag NCs)之螢光奈米材料，皆易受到光照或合成環境改變而造成螢光強度的衰退，導致應用上的侷限^10-15。雖然目前 C-dot 的量子產率仍比不上量子點，

但是這些量子點具有高的毒性，因此在生物體應用上多需要於表面修飾保護劑。

然而，C-dot 則為無毒性的奈米材料且擁有螢光穩定的特性，因此於生物顯影應用上極具潛力。在 C-dot 的結構鑑定部分，發現此材料具有獨特的晶格面、晶格距離、

繞射角度、拉曼(Raman)位移與元素組成 ¹⁶。由穿透式電子顯微鏡(transmission electron microscope, TEM)測量結果發現 C-dot 的晶格間距介於 0.3~0.38 nm，且粒徑皆小於 10 奈米^17,18；在 X 光繞射儀(X-ray diffraction, XRD)鑑定結果，此晶格面屬於 graphite 或 carbon 晶格結構，意謂著 C-dot 為非結晶性(amorphous)的碳料，

元素分析方面 C-dot 為高含氧量的碳材，與鑽石有所差異(碳含量大於 90 %)，其元素成份會因不同的合成方法或添加物而改變其組成^19,20；在於拉曼偵測結果，C-dot 會有兩個明顯的特徵峰分別於 1365 cm-1 以及 1580 cm-1 附近，前者的特徵峰為 Defect band (D band)，此峰為碳材表面缺陷結構及非結晶性碳材的 sp3 結構(如：

disordered graphite or glassy carbon)，後者的特徵峰則為 Graphite band (G band)，則為碳材表面完整的石墨結構(graphene sheets)及非結晶性碳材的 sp2 結構^21,22。

1.1.2 碳奈米點的量子尺寸效應

量子點的狹義定義為尺度小於十奈米之零維半導體晶體。當塊材尺寸逐減縮減至晶體中自由電子的費米波長以下時，粒子內具有三維的能量屏障，使得電子與電洞被侷限在此一微小晶粒內。量子點由少量的原子所構，其電子能階密度介於原子與塊材之間，由於量子侷限效應(或稱量子點尺寸效應)會導致類似原子的不

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連續電子能階結構發生，因此量子點的物理性質不同於一般巨觀性質。當激發光 (excitation)照射量子點時，在價電帶(valence band)上的電子會被激發而躍升至傳導帶(conduction band)而形成瞬時(生命期為奈秒等級)的電子－電洞對，稱為激發 (exciton)。電子－電洞對最終結合並將所吸收之能量以光子的形態釋放出，即產生螢光。因此量子點受到侷限效應使得材料大小的差異而放出不同顏色的螢光，例如硒化鎘(CdSe) 粒子變小，能隙加寬，螢光顏色會有從紅轉綠、再轉為藍的藍位移現象。另外，金屬粒子隨著粒徑減小，能階間隔增大，甚至會使原本是導體的金屬變為絕緣體。由於粒子顆粒小、體積小、包含原子少而產生的材料性質變化，

我們稱作奈米粒子的體積效應。這時能階隨著粒徑變化、能隙或能帶改變，我們稱做量子尺寸效應（quantum size effect，QSE）。

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1.2 環糊精

環糊精（簡稱CD）為水溶性非還原性的白色結晶粉末，常見的有α，β，γ 三種，分別由6,7,8個葡萄糖分子構成。被認為是應用性最好的主體分子之一，。

它們可用有機溶劑沉澱分離。環糊精最顯著的特徵是具有一個親水性的外環，並能選擇性結合多種有機、無機、生物分子進入其空腔中以形成穩定的主-客體材料，

由於其獨特的結構，而分子內部為疏水性且為具有一定尺寸的立體圓錐型空腔，

此結構可對苯環等分子進行包覆。環糊精在酸性條件下易水解。在近幾年廣泛應用於食品、製藥及化學工業，像是農業以及環境工程，當然也常運用到檢測方法的開發，例如修飾QDs表面或作為掌性選擇劑以改善毛細管電泳中的異構物分離等

23。這些環狀分子被修飾在量子點表面，並保持了它們的高放光效率。由於這個原

因，用這種配體修飾QD表面非常適合苯環類及掌性化合物的選擇性分析。

1.2.1 環糊精的相關應用

2017 年 Á ngel Ríos 團隊利用 β-環糊精修飾的 CdSe / ZnS 量子點（β-CDCdSe / ZnS 量子點）來分化青黴胺（Penicillamine, PA）異構物。PA 會和 QD 上的 β-CD 空腔之間的選擇性主 - 客化學作用，使得 L-PA 和 D-PA 加入後 QD 表現出不同的螢光，達到分辨異構物的作用。在優化條件下，D-PA 線性範圍在 0.1～5.0 mg L^-1範圍內，L-PA 為 0.8～5.0 mgL^-1。D-PA 之 LOD 為 0.06 mg L^-1，則 L-PA 為 0.2 mg L^-1。該方法(檢測 L-PA )也成功應用於實際水樣中回收率介於 92.1-113.9 %，

RSD 值皆小於 2.6 %；而在市售藥片中檢測 D-PA 回收率為 95%，是個成功且有效的方法檢測青黴胺（PA）異構物²⁴。

環糊精由於其結構獨特，能夠和疏水性分子形成錯合物。因此這些分子可以

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被廣泛應用在許多領域 2016 年 Xueping Ji 團隊以電化學還原石墨烯（ERGO）- 金奈米粒子（AuNPs）-β 環糊精（β-CD）和普魯士藍殼聚醣（PB-CS）與玻璃碳電極（GCE）透過 AChE 開發出對有機磷農藥（馬拉松、西維因）的生物感測器。

PB-CS 有效的催化硫代膽鹼的（TCH）氧化，並且改變其氧化電位 0.68-0.2 V，

相對提高其靈敏度。ERGO 和 AuNPs 之間的協同效應明顯促進 PB 和 GCE 之間的電子轉移。AChE 檢測馬拉松、西維因線性範圍 7.98−2.00×10³ 及 4.3−1.00×10³ pg mL −1，LOD 分別為 4.14 及 1.15 pg mL^{−1 25}。

2017 年 Shabi Abbas Zaidi 團隊開發出了 β-環糊精還原氧化石墨烯修飾玻碳電極（β-CD / RGO / GCE）傳感器的簡便高效的製備方法，對苯丙氨酸異構物具有掌性選擇性。β-CD 固定在石墨烯片上，使得由於石墨烯片有著大表面積和高電導率以及 β-CD 的特殊的主 - 客體相互作用，而使其擁有優異的異構體識別能力。

在最佳條件下，所開發的傳感器的線性範圍為 0.4～40 μM，對於 L-苯丙氨酸和 D- 苯丙氨酸，偵測極限分別為 0.10 μM 和 0.15 μM。此外，所提出的傳感器具有良好

的穩定性和再生能力。且此合成材料可以成功地用於電化學異構物辨別²⁶。

2017 年 Peng Wang 團隊透過共價鍵連接 β-環糊精與氮硫共摻碳點（β-CD-CD）

的表面，合成了一個新型官能化碳點。該碳點和三甲基碘化銨（Fc⁺），開發出了光

誘導電子轉移（PET）螢光探針系統，以檢測水中睾固酮的濃度；並透過螢光成像辨別細胞中的睾固酮，達到生物標記的目的。在最佳條件下，睾固酮線性範圍為 0-280 μM，LOD 為 0.51 μM。在真實樣品地下水中的檢測效果依舊良好，睾固酮平均回收率為 96～107 %，RSD 值 12.95 %以下，是個可靠，快速，簡易確定環境水中睾酮的方法。β-CD-CD 細胞毒性低，抗干擾能力強且具有良好生物相容性，

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使得該探針系統成功應用於細胞成像，在未來醫學研究具有廣闊的應用價值²⁷。

2017 年 Nian Bing Li & Hong Qun Luo 團隊透過使用 β-環糊精修飾黃綠色螢光的水溶性 ZnO 量子點（β-CD @ ZnO QDs）來檢測水樣中鈷（II）離子。此 QDs 顯示出良好穩定性及無毒低成本等優點，在 360 nm 激發下有 537 nm 的放射螢光。而 QDs 的螢光會因 Co（II）離子的加入產生 aggregation induced quenching

（ AIQ ），利用此特性設計出檢測水樣中 Co（II）的螢光測定法。在優化條件 pH 7.54 BR buffer，反應時間 3 min 下 LOD 為 0.34 μM，線性範圍為 1.0-10 μM ²⁸。 2017 年 Fengxian Qiu 團隊使用一鍋水熱法製備來纖維素的水溶性螢光碳點

（FCD）。在本研究中，用 FCD ， Isophorone diisocyanate（IPDI）和 β-cyclodextrin

（β-CD）作為原料製備新的螢光探針複合材料（FCDs-IPDI-CD）。而 FCDs-IPDI-CD 的螢光因為 Cr（VI）離子的加入而減少，並且結果表明 FCDs-IPDI-CD 可以用作用於以良好的方法在水溶液中高靈敏高選擇性檢測 Cr（VI）離子。根據最佳化條件，檢測 Cr（VI）離子線性範圍 0–600 μM，LOD 為 0.56 mg/L；在真實樣品水及土壤中也有令人滿意的結果²⁹。

2017 年 Ali Mohammad Haji Shabani 團隊用 NAP 和 Zn²⁺ 存在下透過硫醇化 β-環糊精（Tβ-CD 官能化金奈米粒子（Tβ-CD-Au NP）使其聚集，而開發出高選擇性和高靈敏感測器檢測萘普生（NAP）。NAP 的疏水端與 Au NP 上固定的 Tβ-CD 相互作用，並形成Tβ-CD：NAP 的複合物，而 Zn²⁺離子與 NAP 的羧基形成(NAP)₂Zn 1:2 複合物，導致官能化的金奈米粒子聚集。從 650 nm 至 520 nm 處的吸光度在 NAP 的 4-180 μgL^-1 的濃度範圍內是呈線性關係的。在最佳條件下，線性範圍為 4-180 μgL^-1 ，LOD 為 2.1 μgL-1，NAP（n = 5）的相對標準偏差為 2.5 % 。此方法在

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市售藥片(Pars Darou tablet, Dana tablet)及真實樣品(尿液及廢水)都有抗干擾及令人滿意的結果³⁰。

2016 年 Fan Zhang 團隊開發出（三聯吡啶）釕（II）絡化合物包含 6 個環糊

精（6CD-Ru）的金屬錯合物，將其衍生的用於檢測三磷酸腺苷（ATP）。螢光光譜

顯示 ATP-適體（ssDNA）可以顯著地增加 6CD-Ru 的螢光強度，這是因於適體和環糊精之間的相互作用，可以為釕核提供保護，而不會淬滅。透過添加 ATP，適體和 6CD-Ru 上的環糊精之間的相互作用減少，因為 ATP /適體複合物會優先形成，

導致相應的螢光強度降低，其可以用於定量檢測 ATP。在取對數的情況下 1 nmol / L 至 1 μmol/ L 範圍內的 ATP 濃度呈線性關係，檢測限為 0.5 nmol / L（S / N = 3）。

此螢光檢測法表現出高靈敏度和特異性，在沒有任何標記或擴增程序下，它也可

以應用於許多其他適配器特定目標的檢測³¹。

2016 年 Zhi-Qi Zhang 團隊以 β-cyclodextrin-coated quantum dots 及抑制劑建立一種對 α-葡萄糖苷酶活性的螢光檢測法。α-葡糖苷酶反應的水解產物對硝基苯酚，在和β-CD-coated QDs 會降低其螢光，而在該系統中加入α-葡糖苷酶抑制劑，使其不會產生對硝基苯酚而達到螢光 “turn on ”的效果。兩個α葡萄糖苷酶抑製劑，

2,4,6-三溴苯酚和阿卡波糖，IC50 值為 24 μM 和 0.55 mM，皆比先前報導要低。

該方法具有在篩選α葡萄糖苷酶抑製劑的應用前景³²。

2016 年 Hui Feng 團隊利用β-CD 修飾 CQDs（β-CD-CQDs）奈米探針通過特定主客體識別能力及鹼性磷酸酶（ALP）開發出方便，可靠，高敏感的螢光測定法。

CQDs 首先與 3-氨基苯基硼酸官能化以產生硼酸官能化 CQDs，然後進一步用羥丙基 β-CD 通過 BO 鍵修飾形成β-CD-CQDs 奈米探針。P-硝基苯酚磷酸鹽鈉鹽作為

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鹼性磷酸酶的基底物，並且利用 P-鹼性磷酸酶的催化作用下產生硝基苯酚。所得到的 P-硝基苯酚可以進入在奈米探針 β-CD 部分的空腔，由於其特定的主客識別能力，使得 P-硝基苯酚和 CQDs 產生光誘導電子轉移有效地淬滅奈米探針的螢光。

而淬滅螢光與 ALP 活性呈線性關係，其線性範圍 3.4 到 100.0 U / L，而 LOD 為 0.9 U / L³³。

2016 年 Jian Tang, Wei Liu 和 Weihua Tang 團隊藉由點擊化學二氧化矽層-層堆疊及 cyclodextrin (環糊精)包覆 CdTe QDs 開發出一種多功能螢光感測器。通過採用 cyclodextrin 及 CdTe QDs 的光學特性和其優點，利用 CD 與胺基酸不同的結合能力達到鏡像異構物分離的結果。此方法在檢測 D-His 線性範圍為 0-60 μM，

L-His 線性範圍為 0-20 μM ³⁴。

2015 年 Xiaohua Zhang , Jinhua Chen 團隊以 Pβ-CD/EG/GC 利用雙酚 A (BPA) 和羅丹明 B(RhB) 間主客化學的相互作用，開發出高靈敏、高選擇性的方法檢測 BPA。當 RhB 進入β-CD 的疏水空腔，使 Pβ-CD/EG/GC 電極產生出明顯的峰值電流。但當 BPA 加入後，因為 BPA 對β-CD 作用力比 RhB 大，而使 RhB 的峰值電流下降，BPA 峰值電流上升。進而達到檢測 BPA 的效果。從結果得知檢測 BPA 的線性範圍 1-6000 nM ，LOD 為 52 pM，此方法也成功應用於真實樣品 (湘江水)中 BPA 的檢測。對於未來檢測其餘有機汙染物有潛在發展能力³⁵。 2016 年 Chuan Dong 團隊水熱法製備的β-CD-Mn-ZnS QDs 在激發波長為 315 nm 顯示出雙螢光在分別在 430 nm 和 598 nm 的。 β-CD-Mn-ZnS QDs 的螢光強度對應不同色氨酸異構體影響有很大的不同，D-色氨酸影響不大，而 L-色氨酸在增強在量子點的發光強度上顯示出對時間有依賴性。β-CD-Mn-ZnS QDs 進一步選擇性水

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解 L-色氨酸，形成的產品極大地增強 QDs 發光。因為這發現，色氨酸異構體的螢光掌性測定法被開發出來了。此方法在檢測色氨酸其立體異構體濃度線性範圍為 0

～6.0 μM 偵測極限為 5.4 nM ³⁶。

1.3 研究動機

1.3.1 具主客化學能力之碳點

在先前的文獻回顧中，許多量子點都能夠依據不同性質而發展出相對應的應用；然而，這些方式也會使量子點會因為其缺點，導致影響到檢測方法的開發。

例如其在酸性環境中變質而不穩定；容易受到溫度或離子強度變化的干擾；不易保存等問題。

為了避免碳點性質被限制及達到環境友善綠色合成的方式，本研究將嘗試以不同比例混合環糊精及碳點合成官能化碳點。通過穿透式電子顯微鏡、螢光光譜儀與紫外光/可見光光譜儀鑑定，並觀察其表面與光學性質變化，發展出具有主客化學能力之碳點(C-dot@β-CD)。

1.3.2 鄰苯二酚及對苯二酚的簡介

鄰苯二酚(化學式：C₆H₄(OH)₂)，或稱兒茶酚(英文：Catechol)，是兩個鄰位氫被羥基取代的苯後所形成的化合物。無色或白色晶體，可燃，其固體或溶液露置於空氣中時，會逐漸氧化變為棕褐色。可溶於水、乙醚、苯、氯仿，易溶於氫氧化物中。有一定毒性，中毒症狀與苯酚的中毒症狀類似，為呼吸道刺激、血壓升高、體溫不穩定等。對苯二酚與鄰苯二酚對於環境污染是其在生產染料，化妝品，

農藥等³⁷。

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對苯二酚( 化學式： C₆H₄(OH)₂) ，或稱氫醌( 英文：Hydroquinone)，是兩個對位氫被羥基取代的苯後所形成的化合物。對苯二酚是白色針狀結晶，可燃，

可溶於熱水、乙醚和乙醇。具還原性，經溫和氧化得到褐色的對苯醌(C6H4O6)，對苯醌經還原又得到對苯二酚。主要做為還原劑、顯影劑(將鹵化銀還原為銀)以及皮膚美白劑等。對苯二酚是染料、香料生產中的原料。對苯二酚毒性很大，成人誤服 1 g，便出現頭痛、頭暈、噁心、嘔吐等中毒症狀，並具有致癌性。

近年來有許多的文獻都以電化學來同時檢測鄰苯二酚及對苯二酚，但在電極的

製備、保存、再現性和實際應用上都是一大課題。³⁸而在傳統上，人們嘗試將高效

液相層析（HPLC）³⁹用於檢測這兩種異構體。高效液相層析雖是一種成熟可靠的

物質分離檢測技術，但成本高昂，檢測時間長。相比之下，螢光方法具有高效率，

低成本和易用性的優點。

(23)

12

Chapter 2 實驗方法

2.1 化學試劑

氫醌(Hydroquinone)，兒茶酚 (catechol)，氫氧化鈉 (NaOH)，過氧化氫(H₂O₂)，

甲醇(Methanol) 和其他金屬離子皆是購置於美國的 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)。-環糊精 (-CD) 和羅丹明 B (Rhodamine B) 是購置於日本的 TCI (Tokyo Chemical Industry)。對甲基苯基磺醯氯(TsCl)是購置於 ACROS Organics。乙腈(ACN) 是購置於 Merck (Darmstadt, Germany)。所有的化學品都是分析級的，不需要進一步純化即可使用。水皆由 Millipore 系統製作，其電阻值 ≧ 18.25 MΩ/cm。湖水樣品是取自國立臺東大學校園內的靜心湖。

2.2 實驗設備及測量儀器

所合成之 C-dot@-CD 之吸收度與螢光光譜分別用紫外光-可見光吸收光譜儀

(Lambda EZ210，Perkin Elmer，USA)與螢光光譜儀(F-7000，Hitachi，Japan)測量，

螢光光譜分析參數：激發光狹縫及入射光狹縫設定為 5 nm，光電倍增管電壓為 400 V。bi-ligand Cu NC 之影像是利用穿透式電子顯微鏡(transmission electron microscopy，TEM；日本 Hitachi 公司，型號為 H-7100)所得。C-dot@-CD 的電子束縛能是由 X 射線光電子能譜(X-ray photoelectron spectroscopy，XPS；美國 Thermo 公司，型號為 K-Alpha)所測得，而製備樣品皆是以液滴沉積在矽基材上製成，並通過真空烘箱在常溫下除去溶劑。多功能盤式螢光分析儀由美國 Tecan 公司生產，

型號 Infinite^® 200 PRO，光源為高能量氙氣燈，用以探討 Cu NC 性質與六價鉻的檢測條件。所使用的電化學工作站為（(Chenhua Instrument CHI624A , USA)，循環

(24)

13

伏安法圖譜中使用常見的三電極系統，玻碳電極作為工作電極，Ag / AgCl 和鉑絲分別為參考電極和對電極。

2.3 C-dot@-CD 之合成

我們根據所報導的方法對碳點表面上的胺基進行了少量修飾，制定了一種新型的螢光探針⁴⁰。碳點是由水熱法製備，將 0.72 g 檸檬酸溶解在包含 1.2 mL 乙二胺和 15 mL 超純水的混合溶液中，稍做搖晃使溶液形成澄清狀。將混合液在 240

℃聚四氟乙烯高壓釜中加熱 8 小時，冷卻至室溫。然後將混合物溶液轉移到透析袋（3500Da）中並持續 24 小時以獲得 C-dot 溶液。

根據先前文獻步驟³⁶，將 TsCl（2.9 g，0.015 mol L^-1）溶於乙腈（11 mL）中，

再滴入含有-CD（17.22 g，0.015 mol）的 1％ NaOH 水溶液（200 mL）中，輕輕攪拌混合物，出現大量沉澱。然後，將溶液在室溫下連續攪拌 2 小時，過濾得到白色沉澱。用 1.0 mol L^-1 HCl 將濾液酸化至 pH 2-3，並在 4℃下過夜。最後沉澱出白色固體 mono-6-OTs-β-CD。

將上述製備的 mono-6-OTs-β-CD 加入 C-dot（7mg / mL）和 mono-6-OTs-B-CD

（不同體積比）的水溶液，混合物的最終體積為 10mL。用 1.0mol L^-1 NaOH 將溶液的 pH 值調至 12。將混合物室溫反應 2 小時。然後，混合溶液轉移到透析膜（3500 Da）中，溶液透析持續 24 小時以獲得 C-dot@-CD 溶液（2.4mg / mL）。

(25)

14

2.4 鄰苯二酚及對苯二酚之檢測方法

將 1200 μL 的超純水、200 μL 的 C-dot@-CD、200 μL 的鄰苯二酚或對苯二酚依序加入樣品槽中，使最後鄰苯二酚或對苯二酚為 0.01 μM ~ 1 mM，室溫搖晃 30 分鐘，均勻混合後使用螢光光譜儀進行分析。分析參數：激發光狹縫及入射光狹縫設定為 5 nm，激發光波長為 350 nm，光電倍增管電壓為 700 V。

2.5 湖水及自來水中檢測鄰苯二酚及對苯二酚

真實水樣品湖水是取自國立臺東大學校內鏡心湖；自來水是取自國立臺東大學奈米微量實驗室內水龍頭。在實驗前皆通過 12000 rcf 離心 30 分鐘，並以 0.22 μm 的過濾器過濾。將 1200 μL 的超純水、200 μL 真實水樣品、200 μL 的鄰苯二酚或對苯二酚、200 μL 的 C-dot@-CD 依序加入樣品槽中，使最後鄰苯二酚或對苯二酚濃度為 1μM、5μM、10 μM，室溫搖晃 30 分鐘，均勻混合後使用螢光光譜儀進行分析。

(26)

15

Chapter 3 結果與討論

3.1 C-dot@-CD 的合成與鑑定

根據 Figure3-1 碳點 C-dot 是由檸檬酸以及乙二胺水熱法合成，以及為了使

-CD 成功合成在碳點上，我們以對甲基苯基磺醯氯 TsCl 將-CD 加以修飾形成

mono-6-OTs--CD，再讓兩者於最佳化條件下反應得到奈米探針 C-dot@-CD。

在 Figure3-2 中我們以改變-CD 與碳點比率去了解兩者的相互作用，可以觀察到-CD 與碳點比率在大於 4:1 後螢光會大幅度降低，且在比率為 4:1 條件下有著最大的螢光值。我們推測可能是因為乙二胺使碳點表面上富含胺基，而 mono-6-OTs--CD 上的 OTs 與 NH₂反應所得到的。為了得大最佳化，在 Figure3-3 以不同的反應時間去觀察 C-dot@-CD 的螢光值尋找最佳化條件，發現到在合成時間為兩小時的情況下有相較其他條件來比最大的螢光值。

在 Figure3-4 (A) TEM 的分析結果中，我們發現到 C-dot@-CD 是以典型的球狀顆粒碳點均勻分散至其中，粒徑大小約為 1.97nm。在 Figure3-4 (B)以螢光儀去探討 C-dot@-CD 的光學性質，在 320~380nm 不同激發波長下有著不同的螢光放射，且在激發波長為 350nm 下有著 448nm 的最大放射螢光。在 Figure3-4 (C)FTIR 鑑定中未進行修飾的碳點有著 3480 cm⁻¹的 OH-伸縮振動和 1551 cm⁻¹的 NH-彎曲振動，以及 2925 cm⁻¹ 和 2852 cm⁻¹的 CH-伸縮振動，1648 cm⁻¹的 C=O 伸縮振動。

在 C-dot@-CD 也能發現到 3480 cm⁻¹和 1648 cm⁻¹這兩根訊號，NH-的彎曲振動會消逝我們推測可能是因為 OTs-是個良好離去基容易發生親核取代，導致 NH-的訊號消失，這也證明了-CD 是有成功合成在碳點上的。在 Figure3-4 (D)為了解

(27)

16

C-dot@-CD 的電化學能力，我們將單純的碳點以及修飾過後的 C-dot@-CD 與只

有 1M KNO3電解液三者相互比較，發現到不管是有無修飾-CD 的碳點皆無任何氧化還原峰，顯現出我們的碳點有著良好的穩定性，因為此種穩定性是有助於環境汙染物的檢測方法的開發的。

在 Figure3-5 (A) XPS 鑑定中可以發現到 285 eV 的 C1s訊號以及 532 eV 的 O1s

訊號，在 Figure3-5 (B) C_1s單譜鑑定可能發現到 284.6、286.1 和 287.4 eV 三個訊號分別為 C−C、C−O 和 C−C。在 Figure3-5(C) O1s單譜鑑定可能發現到 530.6 及 532.5 eV 兩個訊號，分別為 C=O 和 C−OH/ C−O−C。

在 Figure3-6 (A)單純 C-dot 的 XPS 鑑定中一樣也能發現到 285 eV 的 C1s訊號以及 531 eV 的 O1s訊號，因為 C-dot 上並未修飾上-CD，所以其表面是含有其餘 N 的官能基團的，因此能在 XPS 全譜圖中發現到 400 eV 的 N1S訊號。在 Figure3-6 (B) C1s單譜鑑定可能發現到 284.6、285.3 和 287.4 eV 三個訊號分別為 C−C、C−N 和 C−C。在 Figure3-6 (C)N1s單譜鑑定中發現 399.5 eV 和 401.5 eV 兩個訊號分別為 N−(C)₃和 N−H，而 N 含量在 C-dot 中占 9.51%，在 Figure3-6 (D)O_1s單譜鑑定一樣也發現到 531.0 及 532.7 eV 兩個訊號，分別為 C=O 和 C−OH/ C−O−C ⁴¹。

(28)

17

Figure 3-1. Schematic representation for fabrication of C-dot@𝛽-CD and illustration of the proposed nanosensor.

(29)

18

Figure 3-1. Fluorescence spectra of C-dot and amono-6-OTs-β-CD mixed with the different ratio ([mono-6-OTs-β-CD]/[C-dot]v/v: (black) 3 : 1, (red) 4 : 1, (blue) 6 : 1, (pink) 9 : 1, (green) 12 : 1.

(30)

19

Figure 3-2. Fluorescence spectra of the synthesized C-dot@𝛽-CD at variety incubate time.

(31)

20

Figure 3-4. (A) TEM image of C-dot@𝛽-CD ,(B) The excitation dependent behaviors of C-dot@𝛽 -CD,(C) FTIR spectra of C-dot (black), C-dot@𝛽 -CD (red), (D) Cyclic voltammograms of in 1 M KNO₃ at (black) C-dot, (red) C-dot@𝛽-CD and (blue) 1M KNO3, potential range of −0.8～0.8 V versus Ag/AgCl. (potential scan rate，50 mVs^-1)

(32)

21

Figure 3-5. (A) XPS analysis of C-dot@𝛽-CD, high resolution (B) C 1s, (C) O 1s.

(33)

22

Figure 3-6. (A) XPS analysis of C-dot, high resolution (B) C 1s, (C) N 1s, (D)O 1s.

(34)

23

3.2 C-dot@-CD 的光學性質

在 Figure3-7 螢光與吸收光譜中此奈米探針表現出典型及明顯的碳點的光學性質，在圖的左半邊(黑線)有 220nm 的吸收峰，這可能是 C-dot@-CD n−π*

的螢光躍遷。另一方面，此奈米探針在 350nm 下有最大激發波長(紅線)，448nm 有著最大放射波長(藍線)。

(35)

24

Figure 3-7.UV–vis absorption (black line), fluorescence excitation (red line) and

emission (blud line) spectra of C-dot@𝛽-CD in aqueous solution. (inset: photographs of C-dot@𝛽-CD solution under visible light and under UV light)

(36)

25

3.3 C-dot@-CD 基礎性質

對於奈米探針而言，其基礎性質與穩定性是非常重要的，因此我們針對 C-dot@-CD 之耐鹽性與光穩定性與不同 pH 環境下的螢光強度進行探討。pH 值是

影響螢光強度的重要因素之一，而控制 pH 值也對於真實樣品的分析效能佔有重要地位，pH 值對螢光強度的影響如 Figure3-8 (A)。在酸至弱鹼環境下(pH 5~9 )，

C-dot@-CD 的螢光隨著 pH 值上升而小幅度下降，這可能是質子化到去質子化之間改變所造成的結果。隨著 pH 慢慢升高至 12，C-dot@-CD 的螢光再次下降，推測是因為奈米探針上的羧酸基團去質子化程度變大，使碳點與環糊精之間的交互作用更弱，導致 C-dot@-CD 螢光再次下降。

從 Figure 3-8 (B) 可以看出即使在 1 M NaCl 的高鹽度環境下，C-dot@-CD 的螢光強度仍不會有明顯變化(只有 < 5 % 的變化)，這顯示出 C-dot@-CD 具有良好的耐鹽性。在 Figure3-8 (C)中可以發現即使在一小時的激發光( 350 nm)照射下其螢光強度也不會有太大的改變，結果說明 C-dot@-CD 擁有非常優秀的光穩定性。

在未修飾上-CD 我們為了解其基礎性質，一樣做了一系列的測試。在 Figire3-9 (A)在不同 NaCl 濃度下 C-dot 依舊表現出穩定的放射螢光，說明有良好的耐鹽性。

在 Figire3-9 (B)以 pH2-12 去探討 C-dot 在酸與鹼中螢光值的表現，發現到 C-dot 在酸性條件下會有較高的螢光值，這可能是因為質子化與去質子化導致表面電荷變化所造成的結果。在 Figire3-9 (C)照光一個小時對於 C-dot 來講還是具有良好的光穩定性。這些結果表示不管有無修飾-CD，我們以水熱法製備的 C-dot 都是具有良好的前景來開發應用。

(37)

26

Figure 3-8.(A) The stability of C-dot@𝛽-CD at pH ranges from 5 to 12, (B) Stability of C-dot@𝛽-CD in different concentrations of NaCl ranging from 0.1 mM to 1M, (C) Photostability of C-dot@𝛽-CD, (D)Influence of different solvents (80% of total volume) on the fluorescence properties.

(38)

27

Figure 3-9. (A) Stability of C-dot in different concentrations of NaCl ranging from 0.1 mM to 1M, (B) The stability of C-dot at pH ranges from 2 to 12, (C) Photostability of C-dot.

(39)

28

3.4 C-dot@-CD 與羅丹明 B 之淬滅機制

在先前的實驗中，我們選出 C-dot@-CD 當作奈米探針；另外，藉著羅丹明 B( RB )會進入-CD 主客化學特有疏水空腔中的特性，利用羅丹明 B 去探討 C-dot@-CD 中-CD 的有無，並用其特性開發應用。

如所示 Figure 0-10，將圖分成兩個部分來看，在 448nm 的位置，可以看出空白值不管在加入高濃度 RB( 1ppm )或者低濃度( 0.1ppm )皆有螢光下降的趨勢，

且有趣的是螢光下降的幅度皆一致，這明顯地說明了 RB 進入了-CD 特有疏水空腔。而單純 RB 自身的螢光表現位置在 575nm，可以看到在沒有 C-dot@-CD 加入的情況下，RB 會根據濃度高低而改變螢光值大小；但在含有高濃度 RB( 1ppm ) 中加入 C-dot@-CD 後，RB 自身的螢光會降低，說明部分的 RB 進入了-CD 的空腔內，而低濃度 RB( 0.1ppm )中加入 C-dot@-CD 後，RB 自身的螢光完全不見了。

表示 C-dot@-CD 上空腔的數量是有固定的量，導致 RB 在 0.1ppm 時全數的 RB

進入空腔內，而 575nm 的螢光才會消失。

除此之外，在 RB 濃度越來越低時屬於碳點的 448 nm 放射螢光，會有所上升，表示在碳點上環糊精輸水空腔並未被 RB 全數填滿所造成的結果；另外而在 RB 濃度越加越高來到 2ppm，會因為碳點上環糊精輸水空腔數量是固定的，導致較多多餘的 RB 在環境中，這也是為甚麼屬於 RB 的 575 nm 放射螢光較強的原因。

特別地是不管高濃度 RB 或者低濃度 RB 皆證明了 C-dot@-CD 具有主客化學識別能力。

(40)

29

Figure 3-10. Figure 0-10.Fluorescence spectra responses of C-dot@𝛽-CD (black), 2ppm RB(red), 1ppm RB (blue), 0.1ppm RB (pink), C-dot@𝛽-CD + 2ppm RB(green),

C-dot@𝛽-CD + 1ppm RB(navy),C-dot@𝛽-CD + 0.1ppm RB(lavender) ,C-dot@𝛽-CD + 0.1ppm RB(purple).

(41)

30

3.5 C-dot@-CD 檢測鄰苯二酚及對苯二酚之結果

為了使 C-dot@-CD 做有效的應用，我們將 C-dot@-CD 的激發光譜與鄰苯二酚及對苯二酚的吸收光譜進行疊圖分析。如 Figure3-11 所示，兩個光譜有很大的差異且沒有任何的重疊區段，這說明 C-dot@-CD 的不會因為激發光被鄰苯二酚及對苯二酚吸收而產生內濾鏡效應，而是因為鄰苯二酚及對苯二酚進入-CD 各有空腔導致 C-dot@-CD 螢光強度變弱。

在 Figure3-12 以螢光壽命去探討鄰苯二酚及對苯二酚可能的機制，由 Figure 3-9 可以得知並不是內濾鏡效應造成的結果，在螢光壽命圖譜上會因為分析物加入後，螢光壽命會因因此而變小。且由 Table3-1 得知 C-dot@-CD 的螢光壽命由 9.96ns 改變至 3.85ns 及 4.80ns，所以由 Table3-1 可以推斷鄰苯二酚及對苯二酚並不是以螢光共振轉移的機制使螢光淬滅。透過一連串的探討 C-dot@-CD 淬滅機制，鄰苯二酚及對苯二酚是以主客化學能力進入空腔產生 Photo induced Electron Transfer (PET)導致螢光淬滅，且會根據鄰位及對位的立體障礙不同，導致螢光下降的程度不同(Figure 3-1)。

經過前面種種實驗探討 C-dot@-CD 檢測鄰苯二酚及對苯二酚的機制與分析條件後，激發波長 350 nm，反應時間為 30min，混合均勻即可使用螢光光譜儀進行分析。利用最佳化條件，通過螢光強度比來判讀樣品中分析物的濃度，分別添加不同濃度的鄰苯二酚及對苯二酚 (0.1 – 100μM ) 進行實驗。所得結果如 Figure3-13 所示，利用螢光強度與鄰苯二酚濃度作圖，發現螢光強度隨著鄰苯二酚濃度上升而下降，此方法線性範圍 0.1 – 10μM (R² = 0.997)，偵測極限為 20.2 nM，

而對苯二酚線性範圍 0.1 – 10μM (R² = 0.996)，偵測極限為 47.9 nM，訊號定義在

(42)

31

S/N = 3。此方法可以檢測水中的鄰苯二酚及對苯二酚濃度。選擇性的能力是開發感應器重要的實驗之一，為了評估此奈米探針的選擇性及干擾，除了鄰苯二酚及對苯二酚之外，也對其他金屬離子進行相同實驗。實驗結果如 Figure3-14，在本實驗條件，相較於其他金屬離子，只有鄰苯二酚及對苯二酚能夠對 C-dot@-CD 螢光強度造成明顯的影響且不會被其他金屬離子干擾。說明了本方法具對於檢測水樣中的鄰苯二酚及對苯二酚具有優良的選擇性。而在 Figure3-15 中 C-dot 對於多數

金屬離子皆有螢光淬滅的現象，這可能是 NH₂對於常見金屬有較強的螯合能力所

導致的螢光淬滅，更進一步的證明 C-dot 表面是富含 N 的官能基團可供 mono-6-OTs-β-CD 去反應形成 C-dot@-CD 奈米探針。

最後此方法可以應用於礦泉水中鄰苯二酚及對苯二酚的檢測，自來水及湖水樣品在經過過濾器過濾後，添加 C-dot@-CD 與不同濃度的鄰苯二酚及對苯二酚。

實驗結果如 Table3-2，在最佳化條件下進行螢光光譜分析，回收率介於 97.4 – 106.7

% 之間，相對標準偏差皆小於 4.04 %。與其他文獻報導的方法比較如 Table3-3，

相較於文獻中方法，本研究開發的方法具有大的線性範圍與可接受的偵測極限。

值得一提的是，此方法有較快反應時間及不需要複雜的樣品前處理，在實地檢測方面具有極大的潛力。

(43)

32

Figure 3-11. UV−vis absorption of C-dot@𝛽-CD(black), CC (red), HQ(blue) and C-dot@𝛽-CD fluorescent emission(green).

(44)

33

Figure 3-12.Time-resolved decay of C-dot@𝛽-CD (black) with HQ (red), with CC(blue).

(45)

34

Table3-1.Time-resolved decay of C-dots in the absence and presence of catechol and hydroquinone.

(46)

35

Figure 3-13.The fluorescence spectra of C-dot@𝛽-CD upon the addition of different concentration of (A) catechol in the range of 10^-4 ~ 10^-8M and (B) hydroquinone in the range of 10^-4 ~ 10^-8M. Inset: The plot of fluorescence intensity at 448 nm different concentration of catechol and hydroquinone, respectively.

(47)

36

Figure3-14.(A) Comparison of fluorescence intensities of C-dot@𝛽 -CD after the addition of different metal ions. (The concentration of metal ions were 10 μM.) (B) Fluorescence response of C-dot@𝛽-CD in the presence of different oxidizing / reducing agents (the concentration of each type of oxidizing / reducing agents is 0.1 mM).

(48)

37

Figure3-15. Comparison of fluorescence intensities of C-dot after the addition of different metal ions.(The concentration of metal ions were 10 μM.)

(49)

38

Table 3-2.Determination of catechol and hydroquinone in water sample.

(50)

39

Table 3-3.Comparison with other sensors for determination of hydroquinone and catechol.

Sensors Method

Linear range

( 𝝁M) Detection limit Ref.

HQ CC HQ CC

Mesoporous Pt UV-vis 3.37–360 - 1.36 - 42 Pt-MnO

2/GCE Electrochemical 3–481 15–447 - - 43 CNF/GCE Electrochemical 8.0–391 5.5–540 2.6 1.8 44 PASA/MWNTs/GCE Electrochemical 6–200 2–200 0.25 0.1 45 PIL-MWCNTs Electrochemical 6–400 6–700 1 1 46 PDA-RGO Electrochemical 1–500 1–400 0.4 0.17 47 MWCNT-PMG/GCE Electrochemical 1–230 1–250 0.72 0.82 48 MWCNT/PMT Electrochemical 10–480 30–1190 1.6 5.8 49 CNF- AuNPs Electrochemical 5.0–350 9.0–500 0.36 0.86 50 Au-graphene

nanocomposite Electrochemical 1.0–100 1.0–100 0.2 0.15

51

C-dot@𝛽-CD Fluorescence 0.1-10 0.1-10 0.0200 0.0479 This work

RGO: reduced graphene oxide, CNF: carbon nano-fragment, PASA: poly-amidosulfonic acid, PIL: polymeric ionic liquid, PDA: polydopamine, MWCNT: multi-walled carbon nanotube, PMG: poly-malachite green, PMT: poly (3-methylthiophene).

(51)

40

Chapter 4 結論

本研究開發出一種透過碳點修飾環糊精(C-dot@-CD)的新型螢光探針，並針對其螢光性質進行探討，最後應用於檢測自來水及湖水中的鄰苯二酚及對苯二酚。C-dot@-CD 通過羅丹明 B 證明其擁有獨特的主客化學識別能力，並利用 C-dot@-CD 的螢光特性與光穩定性，本研究亦開發出一種利用主客化學及立體障

礙來檢測鄰苯二酚及對苯二酚的方法。此方法僅需要短的反應時間，且具有寬的線性範圍與優良的選擇性。成功應用於檢測自來水及湖水中的鄰苯二酚及對苯二酚含量，並獲得良好的回收率，說明此方法在實地檢測環境樣品方面具有很高的潛力。

(52)

41

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國立臺東大學應用科學系研究所 碩士論文