Tổng hợp polymer nano carbon từ thực phẩm và ứng dụng của nó trong phát hiện ion Pb (II)

Mai Xuân Dũng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 45 - 51 
45 
TỔNG HỢP POLYMER NANO CARBON TỪ THỰC PHẨM VÀ ỨNG DỤNG 
CỦA NÓ TRONG PHÁT HIỆN ION Pb (II) 
Đăng Thị Thu Huyền1, Nguyễn Thi Quỳnh1,2, Lê Thi Hằng1, 
Lê Quang Trung
1, Đỗ Thi Thu Hòa1, Phạm Thị Hải Yến1, Mai Xuân Dũng1* 
1Đại học Sư phạm Hà Nội 2, 
2Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội 
TÓM TẮT 
Polymer điểm xuyết hạt nanocarbon (CPDs: carbon polymer dots) là một trong ba cấu trúc của 
chấm lượng tử carbon (CQDs: carbon quantum dots), đang được nghiên cứu ở các khía cạnh khác 
nhau từ tổng hợp đến triển khai ứng dụng do CQDs có khả năng phát xạ huỳnh quang tốt và thân 
thiện với môi trường. CPDs thường được tổng hợp bằng cách dehydrate hóa các polyamide tuy 
nhiên thường đòi hỏi điều kiện nhiệt độ và áp suất cao, thời gian xử lý lâu. Trong bài báo này, 
chúng tôi tổng hợp CPDs sử dụng thực phẩm giầu protein và acid là sữa đậu tương và nước chanh 
bằng phương pháp nhiệt vi sóng với dung môi glycerol. Cấu trúc của CPDs được nghiên cứu bằng 
kính hiển vi điện tử truyền qua TEM. Tính chất quang được nghiên cứu bằng phổ hấp thụ UV-vis 
và phổ phát xạ huỳnh quang PL. Kết cho thấy, CPDs có thể hình thành ở áp suất thường sau 5-7 
phút phản ứng. CPDs có phổ phát xạ dạng đám, với hai trung tâm phát xạ ở 405 nm và 520 nm. 
Hiệu suất phát xạ huỳnh quang của CPDs thu được từ nước chanh, đậu tương và hỗn hợp của 
chúng lần lượt là 17%; 31% và 36%. Tín hiệu huỳnh quang của CPDs giảm đáng kể khi có mặt ion 
Pb(II) ở nồng độ khoảng 10-8 M cho thấy có thể ứng dụng CPDs làm vật liệu phát hiện ion Pb(II). 
Từ khóa: chấm lượng tử carbon, hạt nanocarbon, huỳnh quang, thực phẩm, protein. 
GIỚI THIỆU* 
Kể từ lần đầu được phát hiện năm 2004 khi 
Xiaoyou Xu và các cộng sự làm sạch ống 
nanocarbon [1], chấm lượng tử carbon với 
kích thước cỡ nanomet và có khả năng phát 
xạ huỳnh quang đã thu hút sự chú ý của các 
nhà khoa học. Những nghiên cứu về tổng hợp 
sau đó cho thấy CQDs có thể được tổng hợp 
bằng nhiều phương pháp khác nhau, sử dụng 
đa dạng các nguồn nguyên liệu từ than chì, 
phân tử hữu cơ đơn giản đến các polymer tự 
nhiên có trong thực phẩm [2,3]. Dựa vào cấu 
trúc CQDs gồm có ba loại chính bao gồm 
chấm lượng tử đơn lớp graphene (GQDs: 
graphene carbon quantum dots), hạt nano 
carbon (CNDs: carbon nanodots) và polymer 
điểm xuyết hạt nanocarbon (CPDs: carbon 
polymer dots) [2]. GQDs bao gồm một vài 
lớp C sp2 đa vòng liên hợp có các nhóm chức 
phân cực ở rìa cạnh của hệ liên hợp. GQDs 
chủ yếu được tổng hợp bằng các phương pháp 
điện hóa hoặc laser phân hủy than chì. CNDs 
có dạng hình cầu gồm hai phần lõi và vỏ; 
*
 Email: xdmai@hpu2.edu.vn 
trong đó lõi gồm có các lớp C sp2 liên hợp có 
kích thước khác nhau và chồng xếp lên nhau; 
phần vỏ có các nhóm chức phân cực giúp 
CNDs tan tốt trong nước. CPDs gồm có các 
nhóm C sp
2 liên hợp kết nối với nhau thông 
qua các mạch hydrocarbon no [2]. 
CPDs và CNDs được tổng hợp chủ yếu từ các 
tiền chất là các hợp chất hữu cơ đơn giản 
hoặc từ các polymer, oligomer. Tiền chất 
thường được sử dụng là hỗn hợp của acid và 
amine hữu cơ; acid được sử dụng chủ yếu là 
citric acid (CA). Trong quá trình thủy nhiệt, 
acid và amine phản ứng với nhau tạo thành 
các polyamide trước khi xảy ra quá trình 
dehydrate hóa tạo thành các cấu trúc dầu 
carbon [4]. Dựa vào cơ chế này, thay vì sử 
dụng các hóa chất hữu cơ, người ta có thể sử 
dụng trực tiếp các polyamide có nguồn gốc tự 
nhiên như tóc [5], sữa [6] và nhiều nguồn sinh 
học khác [7] để tổng hợp CPDs. 
Trong các nguồn thực phẩm tự nhiên, đậu 
tương có hàm lượng protein cao, chiếm từ 38 
đến 41% khối lượng khô [8]. Bên cạnh đó, 
nước chanh là nước hoa quả có hàm lượng 
citric acid cao nhất, với hàm lượng dao động 
trong khoảng từ 39 đến 48 g/L [9]. Do đó, có 
Mai Xuân Dũng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 45 - 51 
46 
thể xem đậu tương và nước chanh là nguồn 
polyamide và acid citric dồi dào, thân thiện 
với con người, có thể được sử dụng để tổng 
hợp CPDs. Quá trình dehydrate hóa tạo thành 
hệ C sp2 thường đòi hỏi nhiệt độ cao (180 – 
260
oC), áp suất cao dưới điều kiện thủy nhiệt 
và thời gian phản ứng kéo dài từ 2 đến 12 
tiếng. Mặc dù quá trình thủy nhiệt có nhiều 
ưu điểm như thân thiện với môi trường, 
không sử dụng dung môi nhưng lại đòi hỏi 
bình phản ứng chịu áp suất cao, thời gian 
phản ứng kéo dài và lượng chất tổng hợp 
được nhỏ. Thay vì thủy nhiệt, người ta có thể 
sử dụng vi sóng để cung cấp năng lượng cho 
phản ứng. Thời gian phản ứng có thể giảm từ 
vài tiếng đến dưới 10 phút [10]. Trong trường 
hợp sử dụng dung môi nước, hệ thống phản 
ứng vi sóng đòi hỏi bình phản ứng chịu áp 
suất cao kèm theo thiết bị kiểm soát điều kiện 
phản ứng và an toàn khắt khe. Mặc dù vậy, 
chưa có nhiều nghiên cứu sử dụng các dung 
môi có nhiệt độ sôi cao, thân thiện với môi 
trường như glycerol (nhiệt độ sôi bằng 290oC) 
để tổng hợp CPDs ở áp suất thường. Trong 
nghiên cứu này, chúng tôi nghiên cứu tổng 
hợp CPDs từ đậu tương và nước chanh sử 
dụng dung môi glycerol, cấp nhiệt bằng lò vi 
sóng. Kết quả cho thấy, CPDs hình thành 
dưới 10 phút phản ứng, sản phẩm thu được 
tan tốt trong nước và có khả năng phát xạ 
huỳnh quang cao với hiệu suất lượng tử có 
thể đạt trên 30%. 
THỰC NGHIỆM 
Nước chanh được vắt từ quả chanh (citrus 
aurantifolia). Dịch đậu tương được chuẩn bị 
bằng cách ninh hạt đậu tương (glycine max) 
với nước trong 12 giờ. Ly tâm dịch thu được 
với tốc độ 6000 vòng/phút trong 5 phút để 
loại bỏ cặn rắn. Dịch nước chanh, dịch đậu 
tương hoặc hỗn hợp của chúng được trộn với 
glycerol (99%, Aladdin Chemicals) theo tỷ lệ 
thể tích 1:1 trong lọ vial 20 ml. Hỗn hợp sau 
đó được đặt vào lò vi sóng Goldsun (model: 
MWO-G20SA, hoạt động ở tần số 2450MHz, 
công suất 1200W) và tiến hành cấp nhiệt ở 
chế độ 80% công suất tối đa. Để làm sạch 
PCDs, hỗn hợp sản phẩm thu được được hòa 
tan vào nước và cho vào túi lọc dialysis có 
kích thước lỗ 2000 Da và đặt trong bình nước 
cất hai lần. Nước bên ngoài được thay thường 
xuyên cho đến khi màu của nước bên ngoài 
túi lọc hoàn toàn trong suốt. 
Cấu trúc của CPDs được phân tích bằng kính 
hiển vi điện tử truyền qua TEM trên máy 
JEM 2100 (JEOL, Nhật bản) với thế phát 200 
kV sử dụng sợi đốt LaB6. Tính chất hấp thụ 
của CPDs được đo trên máy quang phổ hấp 
thụ Shimadzu UV-2450 ở chế độ đo độ hấp 
thụ hai chùm tia trong dung môi nước. Tính 
chất phát xạ quang học của CPDs được 
nghiên cứu trên hệ thống quang phổ huỳnh 
quang Horiba; nguồn kích thích gồm đèn Xe 
kết hợp bộ tán sắc; hệ thống cảm biến gồm 
CCD kết hợp bộ tán sắc. 
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
Hình 1a mô tả vắt tắt quy trình tổng hợp 
CPDs từ đậu tương hoặc nước chanh, hai 
nguồn nguyên liệu giầu protein và citric acid. 
Hình 1b, c, và d, là ảnh chụp hỗn hợp thu 
được sau các khoảng thời gian phản ứng khác 
nhau. Hình 1e là ảnh chụp dung dịch CPDs 
(bên phải) so với nước cất (bên trái) dưới ánh 
sáng trắng; các hình 1b', c', d' là ảnh chụp 
dung dịch CPDs thu được từ b, c, d dưới đèn 
UV (365 nm). 
CPDs
a)
b)
c)
d)
Đậu
Chanh
Hỗn hợp
3 p 3,5 p 4 p 4,5 p 5 p
4 p 4,5 p 5 p 5,5 p 6 p 6,5 p 7 p
5,5 p3,5 p 4 p 4,5 p 5 p
b’)
c')
d')
e)
Hình 1. a) Sơ đồ tổng hợp CPDs; Ảnh chụp dung 
hỗn hợp phản ứng từ đậu tương (b), nước chanh 
(c) và hỗn hợp đậu tương - chanh (d) sau các thời 
gian vi sóng khác nhau; p là viết tắt của phút. e) 
ảnh chụp dung dịch CPDs (bên phải) và nước cất 
(bên trái) dưới ánh sáng trắng. b', c' và d' là ảnh 
chụp dung dịch CPDs (bên phải) thu được từ b 
(5p), c (7p) và d (5,5p) dưới đèn UV (365 nm) so 
với nước cất (trái). 
Mai Xuân Dũng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 45 - 51 
47 
Có thể thấy trên hình 1 là khi tăng thời gian 
xử lý nhiệt vi sóng, mầu của hỗn hợp phản 
ứng chuyển từ không mầu đến vàng nhạt, nâu 
đậm rồi cuối cùng chuyển sang đen. Sự 
chuyển màu này có nghĩa là giải hấp thụ ánh 
sáng của hỗn hợp phản ứng mở rộng từ vùng 
sóng ngắn đến toàn bộ vùng nhìn thấy. Đây là 
dấu hiệu cho thấy sự hình thành và phát triển 
của hệ C sp2 liên hợp. Bằng cách đo phổ hấp 
thụ của hỗn hợp theo thời gian phản ứng khác 
nhau, chúng tôi xác định thời gian phản ứng 
tối ưu - là thời gian phản ứng tối thiểu cần 
thiết để độ hấp thụ đạt cực đại ổn định - lần 
lượt là 5 phút, 7 phút và 5,5 phút cho đậu 
tương, nước chanh và hỗn hợp đậu tương - 
chanh (tỷ lệ 1:1 về khối lượng khô). Sản 
phẩm CPDs thu được tan tốt trong nước (hình 
e) và chỉ cần ở nồng độ thấp (dung dịch gần 
như không màu) có thể phát xạ huỳnh quang 
tốt dưới đèn UV (365 nm) như nhìn thấy trên 
hình 1 b', c', d'. 
Hình 2. Ảnh TEM của mẫu CPDs tổng hợp từ hỗn 
hợp đậu tương - chanh sau 5,5 phút phản ứng 
Hình 2 là ảnh TEM của mẫu CPDs thu được 
từ hỗn hợp nguyên liệu dịch đậu tương và 
nước chanh với tỷ lệ khối lượng rắn 1:1. 
CPDs thu được gồm phần C sp2 có màu đen 
trên ảnh TEM với kích thước dao động từ 4 
đến 12 nm. Bên rìa cạnh các chấm màu đen 
có phần màu xám có thể là các mạch 
hydrocarbon no. Trên ảnh TEM chúng tôi 
nhận thấy sản phẩm thu được bao gồm hỗn 
hợp hai dạng cấu trúc: 1) các hạt C sp2 màu 
đen riêng biệt nằm độc lập với nhau và 2) các 
hạt C sp2 kết nối với nhau qua phần 
hydrocarbon no màu xám. Do đó, sản phẩm 
thu được có cấu trúc polymer điểm xuyết hạt 
nano carbon CPDs. 
Tính chất hấp thụ và phát xạ huỳnh quang PL 
của CPDs được tổng hợp trên hình 3. Phổ hấp 
thụ của CPDs có vùng hấp thụ ở khoảng 225 
nm với một vai hấp thụ ở khoảng 275 nm 
tương ứng với sự chuyển dịch điện tử π→π* 
của hệ liên hợp C sp2 và n→π* từ các orbital 
không liên kết của nhóm phân cực như -C=O, 
-COOH, -OH, hay -NH- lên orbital π* của hệ 
C sp
2
 [11]. Ngoài ra, các CPDs đều có giải 
hấp thụ với độ hấp thụ giảm dần kéo dài đến 
vùng nhìn thấy; đây là đặc trưng hấp thụ của 
cấu trúc C sp2 liên hợp [11]. 
Phổ phát xạ PL của CPDs với các bước sóng 
kích thích khác nhau đều có dạng phổ đám, 
trải rộng từ khoảng 375 đến 650 nm. Tích 
phân cường độ phát xạ trên toàn miền phát xạ 
đạt cực đại ở bước sóng kích thích 360 nm. 
Để tính hiệu suất phát quang, chúng tôi đo 
phổ phát xạ của dung dịch nước của CPDs và 
dung dịch quinine sulfate trong H2SO4 0,5 M 
ở cùng điều kiện đo. Các dung dịch này được 
chuẩn bị sao cho độ hấp thụ quang ở bước 
sóng 360 nm xấp xỉ bằng 0,1 đơn vị. Hiệu 
suất phát xạ sau đó được tính theo công thức: 
2
55 s sr
s r r
A na
a A n

Trong đó, a, A, n là độ hấp thụ quang ở bước 
sóng 360 nm, tích phân cường độ phát xạ PL 
và chiết suất của dung môi của mẫu nghiên 
cứu (s) và mẫu so sánh (r). 55 là hiệu suất 
phát xạ huỳnh quang của quinine sulfate; 
chiết suất ns = nr. Hiệu suất phát xạ lượng tử 
tính được với CPDs thu được từ nước chanh, 
đậu tương và hỗn hợp đậu tương - chanh lần 
lượt là 17, 31 và 36%. 
Mai Xuân Dũng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 45 - 51 
48 
200 250 300 350 400 450 500
 B-íc sãng (nm)
§
é
 h
Ê
p
 t
h
ô
 (
a
. 
u
)
 Chanh
 §Ëu t-¬ng
 Hçn hîp 
350 400 450 500 550 600 650 700
C
-
ê
n
g
 ®
é
 P
L
 (
a
. 
u
)
B-íc sãng (nm)
 260 nm
 280 nm
 300 nm
 320 nm
 340 nm
 360 nm
 380 nm
 400 nm
 420 nm
 440 nm
350 400 450 500 550 600 650 700
C
-
ê
n
g
 ®
é
 P
L
 (
a
. 
u
)
B-íc sãng (nm)
 260 nm
 280 nm
 300 nm
 320 nm
 340 nm
 360 nm
 380 nm
 400 nm
 420 nm
 440 nm
350 400 450 500 550 600 650 700
C
-
ê
n
g
 ®
é
 P
L
 (
a
. 
u
)
B-íc sãng (nm)
 260 nm
 280 nm
 300 nm
 320 nm
 340 nm
 360 nm
 380 nm
 400 nm
 420 nm
 440 nm
d)b)
a) c)
Hình 3. Tính chất quang học của CPDs. a) phổ hấp thụ UV-Vis của dung dịch CPDs trong nước; phổ phát 
xạ huỳnh quang PL tương ứng với các bước sóng kích thích khác nhau của dung dịch CPDs thu được từ b) 
nước chanh, c) đậu tương và d) hỗn hợp đậu tương - chanh tỷ lệ khối lượng 1:1. 
260 280 300 320 340 360 380
C
-
ê
n
g
 ®
é
 P
L
 (
a
. 
u
)
B-íc sãng (nm)
 Chanh
 §Ëu t-¬ng
 Hçn hîp
260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460
C
-
ê
n
g
 ®
é
 P
L
 (
a
. 
u
)
B-íc sãng (nm)
 Chanh
 §Ëu t-¬ng
 Hçn hîp
405 nm 525 nma) b)
Hình 4. Phổ kích thích huỳnh quang PLE của các mẫu CPDs với hai tâm phát xạ a) 405 nm và b) 525 nm. 
Phổ PL có thể phân tích thành hai vùng phát xạ Gaussian định xứ tại 405 và 520 nm; cường độ 
tương đối của hai vùng này thay đổi theo bước sóng kích thích như trình bày trên phổ PLE trên 
hình 4. Bước sóng kích thích tối ưu cho tâm phát xạ 405 nm là 340 nm trong khi bước sóng kích 
thích tối đa cho tâm phát xạ 520 nm là 380 nm. Từ tính chất huỳnh quang của CPDs thu được 
trên hình 3 và 4, chúng tôi đề xuất cơ chế quang học trên CPDs như hình 5. Dựa trên tính toán 
lượng tử DFT (density funtional theory), chúng tôi nhận thấy khi cấu trúc của CPDs gồm hai 
thành phần là hệ C sp2 liên hợp (PAH: polycyclic aromatic hydrocarbon) và nhóm chức quang 
học F (fluorophore) thì tính chất quang của CPDs phụ thuộc vào kích thước của hệ liên hợp PAH, 
cấu tạo của nhóm F và đặc biệt là liên kết giữa PAH và F. Khi F liên kết trực tiếp với PAH orbital 
Mai Xuân Dũng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 45 - 51 
49 
phân tử sẽ trở nên không định xứ, làm giảm đáng kể hiệu năng lượng LUMO-HOMO đồng thời 
làm tăng độ hấp thụ của CPDs ở vùng sóng dài [12]. Chúng tôi đề xuất rằng sự tồn tại của hai 
tâm phát xạ ở 405 và 520 nm là do sự có mặt đồng thời nhiều dạng liên kết giữa PAH và F. Tuy 
nhiên, cấu trúc cụ thể của CPDs cần được tiếp tục nhiên cứu thêm để làm sáng tỏ liên kết giữa 
PAH và F. 
5
2
0
 n
m
4
0
5
 n
m
3
4
0
 n
m
3
8
0
 n
m
Hình 5. Cơ chế quang học trong CPDs. 
350 400 450 500 550 600 650 700 750
C
-
ê
n
g
 ®
é
 P
L
B-íc sãng (nm)
Nång ®é (M)
 C=0
 C=10
-9
 C=10
-8
 C=10
-7
 C=10
-6
 C=10
-5
 C=10
-4
a) b)
1E-9 1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4
40
50
60
70
80
90
100
2.07x10
-4
2.07x10
-3
2.07x10
-2
2.07x10
-1
2.07x10
0
2.07x10
1
Nång ®é Pb
2+
 (ppm)
%
 c
-
ê
n
g
 ®
é
 P
L
Nång ®é Pb
2+
 (M)
TCVN
Hình 6. Ảnh hưởng của ion Pb(II) đến cường độ huỳnh quang. a) Phổ phát xạ PL của CPDs trong dung 
dịch Pb(II) có nồng độ (M) khác nhau; b) Ảnh hưởng của nồng độ Pb(II) đến tích phân cường độ PL so với 
mẫu trắng 
Cuối cùng, để đánh giá tiềm năng ứng dụng 
của CPDs trong việc phát hiện ion kim loại 
nặng, chúng tôi đã tiến hành đo phổ PL của 
dung dịch CPDs trong sự có mặt của ion 
Pb(II) với nồng độ khác nhau. Các chế độ đo 
PL bao gồm bước sóng kích thích, khe sáng 
kích thích và khe sáng phát hiện đến detector, 
thời gian tích phân cường độ được giữ cố 
định ở 340 nm, 5 nm và 3 ms. Kết quả được 
trình bày trong hình 6. Có thể thấy trên hình 
6a là cấu trúc phổ PL không thay đổi ngoại 
trừ cường độ phát xạ giảm dần khi tăng nồng 
độ ion Pb(II). So với mẫu trắng (không có ion 
Pb(II)), cường độ PL giảm chậm từ 95% 
xuống 83% khi tăng nồng độ Pb(II) từ 10-9 M 
(tương ứng 2,07x10-4 ppm) lên 10-6 M (0,21 
ppm). Khi tăng nồng độ Pb(II) lên trên 10-6M, 
cường độ PL giảm nhanh rõ rệt. Theo quy 
chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước 
ăn uống (QCVN 01:2009/BYT), nồng độ Pb 
trong nước tối đa cho phép là 0,01 ppm, hay 
4,8x10
-8M. Ở ngưỡng nồng độ này, tín hiệu 
phát xạ huỳnh quang của CPDs sẽ giảm còn 
khoảng 85% so với nước tinh khiết. Tuy mức 
Mai Xuân Dũng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 45 - 51 
50 
độ giảm tín hiệu (15%) là có thể cảm nhận 
bằng mắt thường, nhưng ngưỡng nồng độ cho 
phép nằm ở vùng 10-9 - 10-6 M; ở vùng này 
khi tín hiệu huỳnh quang thay đổi chậm so 
với nồng độ Pb (II). Do đó, CPDs có thể sử 
dụng để phát hiện nước nhiễm Pb(II) nặng 
(>0,2 ppm) bằng mắt thường, nhưng cần đến 
máy phân tích quang phổ để phát hiện Pb(II) 
ở nồng độ thấp hơn (khoảng 10-4 ppm). 
KẾT LUẬN 
Chúng tôi đã sử dụng dung môi phân cực có 
nhiệt độ sôi cao là glycerol để làm môi trường 
chuyển hóa nguồn nguyên liệu từ đậu tương 
và nước chanh thành vật liệu huỳnh quang 
nanocarbon (CPDs). Kết quả cho thấy, sử 
dụng sóng siêu âm để cung cấp nhiệt cho quá 
trình, CPDs có thể hình thành sau 5-7 phút 
phản ứng, nhanh hơn nhiều so với phương 
pháp thủy nhiệt (thường từ 2 đến 12 giờ) và 
có thể thực hiện ở ngay áp suất thường. CPDs 
thu được tan tốt trong nước, có các cấu trúc C 
sp
2
 liên hợp với kích thước dao động khoảng 
4-12 nm. CPDs có phổ phát xạ dạng đám rộng 
với hai tâm phát xạ ở 405 và 520 nm. Hiệu 
suất phát xạ huỳnh quang, khi kích thích ở 
360 nm, phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu 
ban đầu và đạt 17-39%. Tín hiệu huỳnh quang 
giảm khi có mặt ion Pb(II) cho thấy CPDs có 
thể được sử dụng làm đầu đò huỳnh quang 
phát hiện các kim loại nặng trong nước. Giới 
hạn phát hiện bằng mắt thường khoảng 0,2 
ppm và bằng máy quang phổ huỳnh quang là 
10
-4
 ppm. 
LỜI CẢM ƠN 
Nghiên cứu này được tài trợ từ nguồn kinh 
phí Khoa học công nghệ của Trường Đại học 
Sư phạm Hà Nội 2 cho đề tài mã số: C.2018-
18-04. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. X. Xu, R. Ray, Y. Gu, H.J. Ploehn, L. 
Gearheart, K. Raker, W.A. Scrivens, 
Electrophoretic analysis and purification of 
fluorescent sing-walled carbon nanotube 
fragments., J. Am. Chem. Soc. 126 (2004) 12736–
12737. doi:10.1021/ja050082h. 
2. S. Zhu, Y. Song, X. Zhao, J. Shao, J. Zhang, B. 
Yang, The photoluminescence mechanism in 
carbon dots (graphene quantum dots, carbon 
nanodots, and polymer dots): current state and 
future perspective, Nano Res. 8 (2015) 355–381. 
doi:10.1007/s12274-014-0644-3. 
3. R. Wang, K.-Q. Lu, Z.-R. Tang, Y.-J. Xu, 
Recent progress in carbon quantum dots: 
synthesis, properties and applications in 
photocatalysis, J. Mater. Chem. A. 5 (2017) 3717–
3734. doi:10.1039/C6TA08660H. 
4. D. Qu, M. Zheng, L. Zhang, H. Zhao, Z. Xie, X. 
Jing, R.E. Haddad, H. Fan, Z. Sun, Formation 
mechanism and optimization of highly 
luminescent N-doped graphene quantum dots, Sci. 
Rep. 4 (2015) 5294. doi:10.1038/srep05294. 
5. Y. Guo, L. Zhang, F. Cao, Y. Leng, Thermal 
treatment of hair for the synthesis of sustainable 
carbon quantum dots and the applications for 
sensing Hg
2+
, Sci. Rep. 6 (2016) 35795. 
doi:10.1038/srep35795. 
6. D. Wang, L. Zhu, C. McCleese, C. Burda, J.F. 
Chen, L. Dai, Fluorescent carbon dots from milk 
by microwave cooking, RSC Adv. 6 (2016) 
41516–41521. doi:10.1039/c6ra06120f. 
7. S.A. Chechetka, E. Miyako, Light-Active 
Carbon Nanodots from Autoclaved Bioresources, 
ChemistrySelect. 1 (2016) 608–611. 
doi:10.1002/slct.201600169. 
8. L.K. Karr-Lilienthal, L.L. Bauer, P.L. 
Utterback, K.E. Zinn, R.L. Frazier, C.M. Parsons, 
G.C. Fahey, Chemical composition and nutritional 
quality of soybean meals prepared by 
extruder/expeller processing for use in poultry 
diets, J. Agric. Food Chem. 54 (2006) 8108–8114. 
doi:10.1021/jf061425t. 
9. K.L. Penniston, S.Y. Nakada, R.P. Holmes, 
D.G. Assimos, Quantitative Assessment of Citric 
Acid in Lemon Juice, Lime Juice, and 
Commercially-Available Fruit Juice Products, J. 
Endourol. 22 (2008) 567–570. 
doi:10.1089/end.2007.0304. 
10. J. Park, B. Kwon, W. Jeong, A. Chae, Y. Choi, 
S.Y. Park, I. In, Microwave-assisted Synthesis of 
Fluorescent Polymer Dots from Hyperbranched 
Polyethylenimine and Glycerol, Chem. Lett. 46 
(2017) 1463–1465. doi:10.1246/cl.170565. 
11. S. Saxena, T.A. Tyson, S. Shukla, E. Negusse, 
H. Chen, J. Bai, Investigation of structural and 
electronic properties of graphene oxide, Appl. 
Phys. Lett. 99 (2011) 67–70. 
doi:10.1063/1.3607305. 
12. T.H. Ngà, B.T. Hạnh, M.X. Dũng, Tính toán 
lượng tử làm rõ tính chất quang học của chấm 
lượng tử carbon, Tạp Chí Khoa Học - Đại Học Sư 
Phạm Hà Nội 2. 56 (2018). 
Mai Xuân Dũng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 189(13): 45 - 51 
51 
ABSTRACT 
THE SYNTHESIS OF CARBON POLYMER DOT 
AND ITS APPLICATION IN Pb(II) DETECTION 
Dang Thi Thu Huyen
1
, Nguyen Thi Quynh
1,2
, Le Thi Hang
1
, 
Le Quang Trung
1
, Do Thi Thu Hoa
1
, Pham Thi Hai Yen
1
, Mai Xuan Dung
*1
1Hanoi Pedagogical University 2, 
2University of Science - VNU 
Carbon polymer dots (CPDs), graphene quantum dot and carbon nanodot are three structures of 
carbon quantum dots (CQDs). CPDs have been investigated increasingly from the synthesis to the 
applications due to their non-toxicity and strong luminescence in the visible region. CPDs can be 
synthesized straightforwardly by dehydration of polyamide, however, high pressures and long 
reaction time are ussually required. Herein, we synthesized CPDs from soybean and leamon juice 
which are protein and acid rich foods using microwave-assisted thermal treament in glycerol 
solvent. The structure of CPDs was investigated by transimission electron microscope (TEM) 
while their optical properties were characterized by UV-Vis and photoluminescent (PL) 
spectroscopy. It has been demonstrated that CPDs can be formed within 5-7 minutes of microwave 
treatment. PL spectra of CPDs were broad with two emitting centers at 405 and 520 nm. The 
emission quantum yield ranged from 17 to 36% depending on the food precusor. The PL intensity 
decreased with the presence of Pb(II) showing the potential application of CPDs as 
photoluminescence probe for Pb(II) detection. 
Keywords: carbon quantum dot, carbon nanodot, photoluminescence, fruit juice, protein 
Ngày nhận bài: 07/9/2018; Ngày hoàn thiện: 01/11/2018; Ngày duyệt đăng: 30/11/2018 
*
 Email: xdmai@hpu2.edu.vn