熒光碳點在環境監測中的應用探究

王恒華，陳 偉

（山東省臨沂市生態環境局臨沭縣分局，山東 臨沂 276700）

熒光碳點是熒光碳納米材料，由Xu等在2004年發現[1]，Sun等有目的制取并命名為熒光碳點[2]。熒光碳點的生物相容性好，在水溶液中不易自聚、熒光發射穩定，低毒性且遇有機物能夠表現出很強的反應能力。經過鈍化修飾后的碳點，具有更高的化學穩定性、光穩定性和特殊的化學發光性質[3]。熒光碳點的這些特性在環境監測，尤其是在水環境監測中具有非常重要的應用意義。

1 熒光碳點的光學表現

越來越多的研究表明，熒光碳點的制備方法日趨簡潔、成熟。熒光碳點的高效熒光性和化學發光性因制備方式不同、鈍化修飾不同而受到影響，也造就了碳點應用的廣泛性。

2 熒光碳點在環境監測中的應用

鈍化修飾后的碳點表面上富集的電子在傳遞過程中發光的特性、低毒性和良好的生物相容性，備受環境監測工作人員的青睞。熒光碳點的優良性能在環境監測，尤其是水環境監測中得以應用。

2.1 對環境重金屬離子的監測

土壤和水中重金屬的監測和處理是環境化學研究的重點領域。金屬、尤其是重金屬對生物個體及群落產生影響，進而對環境表現出明顯影響，受影響的環境反作用于生物和人類[4]。這些重金屬在土壤和水中基本以離子形式存在。

經過修飾后的碳點能夠通過螯合、離子交換和吸附作用與土壤和水中的金屬離子組合成不同形式的配合物。經過不同修飾的碳點表面，其化學性能、生物性能不同，對金屬離子的選擇性不同。不同修飾的碳點選擇并結合了符合自身特性的金屬離子而改變了自身表面結構，改變了其發光特性及強度。熒光碳點前后發光特性及強度的變化幫助實現金屬離子的監測。

碳點用于Hg2+等金屬離子的定性、定量監測，表現出更高的靈敏度和監測精準度。以檸檬酸鈉為原料制得的碳點證實了這一點[5]。Hg2+與檸檬酸鈉為原料制得的碳點相結合并降低其熒光強度，當Hg2+濃度在0～5 ug/L時，監測最經濟、方法簡單、效果最好。研究也表明：二亞乙基三胺修飾后的碳點在358 nm激發光下，可以有效監測Cr（Ⅵ）。

2.2 對環境中無機陰性離子污染物的監測

無機陰性離子是化學反應中的重要成員，也對環境產生嚴重影響。例如氟化氫就是一種高毒性污染物，嚴重影響農作物的生長和人體健康。溶液中的氟離子很容易結合碳點表面的羥基，結合氟離子后碳點的熒光強度發生變化，這種變化與氟離子濃度的線性關系應用于環境監測中，是一種簡單高效的監測方法。

隨著生產生活的發展，大量的磷元素進入水體，嚴重影響水環境質量。研究表明結合銪離子的碳點熒光強度下降，但在水溶液中，磷元素與碳點的結合能力強于碳點表面的羧基，從而使碳點脫掉羧基而影響熒光強度。這也是水環境中監測磷元素的一種良好方法。

2.3 對有機物的監測

有機類農藥的發明和使用，保障了糧食生產安全，但也帶來了嚴重的環境污染問題。高毒性、劇毒性有機污染物嚴重污染環境的同時，高殘留并且在生態系統中有累加效應，在食物鏈中累加傳遞。環境中的有機物監測凸顯重要。傳統監測有機物，成本高、費時費力。熒光碳點有助于解決傳統監測的困境。碳點通過化學反應可以吸附環境中的多環芳烴等有機污染物，碳點熒光強度降低，從而實現定性監測有機污染物的目標。不同的碳點表面修飾，對有機污染物的反應活性不同，實現不同有機污染物的實時監測。

2.4 對微生物的標記

微生物在生態系統中起著至關重要的作用。作為生態系統的分解者，微生物在環境污染物分解和生態平衡保持中起到了清道夫的作用。環境中微生物的生存和數量也是環境監測中的一個重要指標。

傳統監測方式需要借助核酸探針和生物傳感器等，費用高、操作不便，并且存在選擇寬泛等缺點，熒光碳點監測技術可有效解決這些不足。利用檸檬酸胺和甘露糖為原料制得的熒光碳點，對大腸桿菌有非常好的生物相容性。碳點和大腸桿菌的蛋白質結合后，在激光下表現出明亮的熒光。利用這項操作，可對大腸桿菌等微生物進行標記。這種監測手段經濟高效，開拓了微生物的監測技術空間。

3 結語

熒光碳點在環境監測中的應用和探究，拓展了環境監測新技術，有望改變因為環境監測而或多或少地破壞環境的尷尬。盡管這一環境監測技術有待大幅度完善，大面積的推廣普及還有很大難度，但從長遠看，熒光碳點的特性還是值得我們在環境監測中去實踐和檢驗的！