環境監測中熒光碳點的應用探究

陳小龍

(山東科泰環境監測有限公司，山東 臨沂 276000)

隨著我國環境問題的不斷惡化，環境監測工作顯得尤為重要，因此，相關部門應大力開展環境監測工作的研究，以此來實現我國環境的可持續發展。在傳統的環境監測工作中，監測人員會因為沒有良好的檢驗試劑而影響真是的監測數據，環境監測治理很大一部分取決于監測材料的質量，同時環境監測也對監測材料提出許多苛刻的要求，監測材料不但要具備準確的監測效果，同時還不能對生態環境造成污染，不能打破生物平衡，另外還要具備明顯的識別特性。而以往應用的化學反應監測方法和檢測材料都會對環境造成一定的影響，違背了環境監測的目的。隨著熒光碳點納米材料的引入，有效地解決了這一矛盾，熒光碳點納米材料不僅毒性微乎其微，同時具備明顯的識別特征，因此在環境監測領域中得到廣泛應用。

1 熒光碳點納米材料的光學特性

隨著我國環境監測技術水平的不斷發展，科學家對熒光碳點材料作了深入探索，促進了熒光碳點納米材料的進一步研究，同時鈍化中修飾的試劑不同，對熒光碳點的性質也造成巨大的影響。在現有的納米材料中，碳元素能夠提供發射光譜，隨著雙光子成像技術的不斷完善，熒光碳點成像技術在醫學領域也具有廣泛的應用。由此可見，熒光碳點具有良好的熒光識別性，通過其鈍化修飾表面的電子，可以實現電子轉移過程的發光效果，通過這一現象能夠呈現出良好的環境監測效果。

2 熒光碳點在環境監測中的應用技術

2.1 對金屬離子監測功能

我國當前的環境污染問題中，重金屬污染現象尤為嚴重，環境中存在重金屬對生態環境和人們的人身健康都具有重要的危害。當人類或者其他生物吸入過量的重金屬，會對生物個體產生不良影響，甚至還會破壞生態系統的平衡，因此，環境監測中金屬離子監測工作是一項重要內容。在傳統的環境監測工作中，重金屬離子監測水平不足，經常出現監測不全面的問題，從而影響重金屬污染的治理效果[1]。而通過熒光碳點納米材料的引入，可以發揮出良好的重金屬離子監測效果。通過熒光碳點納米材料的鈍化和修飾后，能夠在外層形成大量的含氧基團，同時附帶大量含氧集團的熒光碳點納米材料還能夠通過較強的吸附技術，吸附環境中的金屬離子，從而形成化合物，所形成的化合物中包含熒光碳點，能夠發揮出熒光特性，檢測人員可以根據熒光碳點納米材料的熒光特性來監測出環境中金屬離子的含量，從而達到金屬離子監測效果。科技工作者利用檸檬酸鈉制成熒光碳點納米材料，這種熒光碳點還能夠結合汞離子的濃度來改變熒光效果，如果環境中汞離子含量越高，則熒光碳點納米材料熒光強度也會呈現不同的效果，通過這種方式不但能夠準確地監測出環境中汞離子含量，同時也節約了監測成本，相比傳統汞離子的監測方式更加科學有效，并且對環境的影響也比較小。如果采用二亞乙基三胺對熒光碳點納米材料進行修飾，隨后碳點散發出的熒光能夠被鉻元素吸收，通過這個原理還可以對水環境中鉻金屬元素進行良好的監測，提高監測效率，為后續的環境治理提供依據。

2.2 對無機陰離子的監測功能

在化學反應中，經常會運用無機陰離子，這種無機陰離子很容易和其他元素產生化學反應，因此，也會對生態環境產生巨大的危害。我國目前無機陰離子污染現象也比較嚴重，常見的無機氟化物就是高毒性的環境污染物，這種污染物能夠刺激人類的神經細胞，影響人體消化功能，甚至還會對人體皮膚組織和腦組織造成巨大的影響，也會影響人類的神經中樞系統和心肌細胞。而采用熒光碳點納米材料進行無機陰離子的污染監測能夠發揮出良好的監測效果[2]。其原理是碳點表面的羧基能與水中的無機氟元素有效結合，將兩者進行結合時，熒光碳點納米材料中的熒光強度也會發生改變，同時熒光強度的變化與負離子的濃度有著直接關系，這樣我們就能夠利用熒光碳點與無機氟元素的反應來監測無機氟化物的污染情況，同時具有監測效果簡單、監測高效等優點。

此外，磷化物也是生活污染的主要源頭，我們日常使用的洗衣粉等化合物中含有大量的磷元素，當磷元素排入水體中，就會對水環境造成較大的污染。近年來，科學家在水環境監測工作的研究中，發現銪離子也能夠與熒光碳點外層的羧基進行有效結合，同時也會對熒光碳點材料的熒光強度產生一定的改變，而水中的磷元素和銪離子結合力比熒光碳點的結合強度要大，同時這種方法可以忽略水中的其他元素影響，能夠精準地檢測到水中的磷元素，因此，在磷化物的監測中，熒光碳點納米材料也能夠發揮出良好的作用。

2.3 對有機污染物的監測功能

隨著我國農業的大力發展，農業高產種植滿足了人們對糧食的需求，但與此同時，更多的化學農藥殘留物涌現出來，農業生產大量使用農藥，給生態系統造成了嚴重的污染，其中有機物污染含量迅速提升，嚴重破壞了生態環境，給生態鏈的平衡造成的嚴重的影響。這種有機污染物還會由于生物降解而傳遞到其他環境中，對人類和其他生物造成嚴重的危害。因此，有機污染物的監測工作也是環境監測的重點內容。傳統環境監測部門在開展有機污染物的監測工作中，經常會受到監測效果不佳、監測時間長、使用監測方法成本過高的影響，限制有機污染物監測治理效果的提升。為此，科學家們不斷探索全新的有機污染物監測方法。通過熒光碳點的引入，能夠有效提高有機污染物的監測效果，其原理是熒光碳點能夠吸附水中的多環芳烴物質，同時當熒光碳點吸附多環芳烴有機污染物后，會聚集在一起，從而使熒光碳點的熒光強度發生改變。通過這一原理，能夠實現良好的有機污染物監測效果。此外，熒光碳點作為一種敏感性有機污染物監測試劑，還具有較強的特異性和抗干擾性，可以提高有機污染物的監測效率和精準性。

2.4 對微生物的標記監測

在生態環境中，微生物作為生態系統中的分解者，在生態循環中起到了至關重要的作用，微生物的存在能夠將生物的尸體等有機物分解成無機物，在將其返還到生態系統中，保護微生物的生存，同時也是維持生態系統平衡。由此可見，微生物也是環境監測的重要內容。但是在以往的微生物監測中，一般都采用生物傳感器以及核酸探針等方式進行監測，以核酸探針為例，雖然具有較高的靈敏度，但是采用核算探針進行監測時需要昂貴的設備，并且不利于現場操作，而生物傳感器也存在著選擇性較差的問題。通過熒光碳點材料在微生物監測中的應用，能夠有效彌補傳統監測方法的不足。通過檸檬酸和甘露糖為原料制得的熒光碳點對于大腸桿菌具有良好的吸附性，這種碳點能和大腸桿菌上的蛋白質進行特異性結合，并且在結合之后會發出明亮的熒光。采用這種方式能夠快速標記和檢測微生物的含量，同時相比于傳統方式也更加便捷，成本也比較低，在微生物監測中具有廣闊的發展空間。

3 結束語

綜上所述，隨著我國生態環境的不斷惡化，環境監測工作顯得十分重要，但是在以往的環境監測工作中，常常苦于沒有優良的監測試劑而影響環境監測效果，通過熒光碳點在環境監測中的應用，不但能夠發揮出良好的監測效果，同時也不破壞生態環境，在環境監測中具有重要的應用價值。