環(huán)境監(jiān)測中熒光碳點的應用探究

郭恬

摘 要：近幾年來，隨著材料科學的進步，一些新型的納米材料也得以問世，給環(huán)境監(jiān)測領域也帶來了新的技術。比如在04年，科學家利用凝膠電泳分離電弧法制備單壁碳納米微管時發(fā)現(xiàn)了一種新型的熒光碳納米材料。后來有專門制備了一種直徑小于十納米的碳納米粒。這種碳納米粒子不僅毒性比較低，而且具有和無機物以及其他有機物分子發(fā)生反應的特殊性能，在環(huán)境監(jiān)測方面同樣具有很高的應用價值。

關鍵詞：熒光碳點;環(huán)境監(jiān)測;污染治理

在傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測過程中，監(jiān)測人員往往會苦于沒有一種良好的檢驗材料和試劑。因為一種良好的環(huán)境監(jiān)測材料往往需要滿足很多條件，比如不能污染環(huán)境，不能對生物造成破壞，還得具有比較良好的識別特征等等。運用傳統(tǒng)的化學反應試劑往往會對環(huán)境造成或多或少的破壞，違背了環(huán)境監(jiān)測的初衷。熒光碳點在環(huán)境監(jiān)測中的應用給環(huán)境監(jiān)測領域帶來了新的技術和前景。

1 用于對金屬離子的檢測

環(huán)境中的金屬粒子，特別是重金屬粒子對于生物的危害是非常大的。不過重金屬被吸收進了生物體內。則會對生物個體乃至整個生態(tài)系統(tǒng)都產生不好的影響。所以對于金屬離子的檢測一直是環(huán)境監(jiān)測的重要部分。熒光碳點經過鈍化。修飾之后就會在外層形成很多含氧基團，附帶大量含氧基團的熒光碳點可以利用吸附作用與環(huán)境當中的金屬離子結合形成化合物。而且在形成化合物的同時熒光碳點本身熒光性能也會受到影響，所以監(jiān)測人員可以根據(jù)熒光碳點前后熒光性能的變化來推斷金屬粒子的數(shù)量。

科學家利用檸檬酸鈉制得了一種熒光碳點，這種熒光碳點會根據(jù)汞離子的濃度改變自身的熒光強度，汞離子的濃度越大，則這種碳納米離子的熒光強度越低。利用這個方法檢測汞離子和傳統(tǒng)的方法相比更加的廉價和環(huán)保。若用二亞乙基三胺對熒光碳點的表面進行修飾，然后這種碳點散發(fā)出的熒光就可以被鉻元素所吸收。利用這個原理就可以對水里或者土壤里的鉻元素進行有效的檢測。

2 對無機陰性離子的檢測

在化學反應中我們常常會用到無機陰離子，這種無機離子比較容易和其他元素化學發(fā)生反應，所以也會對環(huán)境造成嚴重的污染。其中無機氟化物就是一種毒性非常高的污染物，人體中的神經細胞又對它特別的敏感，這種污染物可以通過消化道，甚至皮膚侵入到人體當中，使人的腦組織軟化，甚至會危害到中樞神經系統(tǒng)和心肌細胞。水中的氟離子與碳點表面的羧基具有比較強的結合力，當氟離子和碳點表面的羧基進行結合時碳點的熒光強度就會隨之發(fā)生變化，并且這種熒光強度的變化與氟離子的濃度有著較好的線性關系。所以利用熒光碳點檢測氟離子是一種非常簡單高效的方法，在環(huán)境監(jiān)測領域有著廣泛的應用。

因為含磷洗衣粉的使用，越來越多的磷元素也開始進入了水體，并且對水里的環(huán)境造成了嚴重的污染?？茖W家發(fā)現(xiàn)銪離子結合熒光碳點外層的羧基結合，并且使熒光碳點的熒光強度下降。而水中的磷元素與銪離子結合能力比羧基要強，所以當水中有磷元素時，銪離子就會從熒光碳點上的羧基上脫離從而影響熒光碳點的熒光強度。并且這個方法可以忽視水中的其他陰離子的影響。所以對于檢測生態(tài)系中的磷元素含量是一種非常優(yōu)良的方法。

3 對有機污染物的檢測

隨著農藥的發(fā)明和大量使用，有機污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的含量也越來越大，而且由于生態(tài)腹肌的作用，這種有機污染物會在生態(tài)鏈中傳遞并且會向周邊的環(huán)境傳播，無論是對人來說還是對其他生物來說都是一種很大的損害。對有機污染物的常規(guī)檢測方法通常成本比較高，而且檢測時間比較長，不利于對有機物進行實時的檢測。熒光碳點可以吸附水中的多環(huán)芳烴等有機污染物，并且熒光碳點在吸附之后會發(fā)生聚集從而影響本身的熒光強度。對有機污染物的檢測來說，熒光碳點是一種非常敏感，并且特異性很強，抗干擾性很好的良好檢測試劑，可用于對水中的有機污染物的快速檢測。

4 對微生物的標記檢測

微生物作為生態(tài)系統(tǒng)中的分解者，在生態(tài)循環(huán)當中起著非常重要的作用。他們能夠將植物尸體等有機物分解成無機物，然后再返還到生態(tài)系統(tǒng)當中。保護微生物的生存和數(shù)量也是保護生態(tài)環(huán)境的重要一環(huán)。

以往對微生物的檢測通常采用生物傳感器或者核酸探針的方式。例如核酸探針的方式，雖然靈敏度比較高，但是需要非常昂貴的儀器，而且不方便在現(xiàn)場操作，生物傳感器雖然能適應較大大的溫差和ph值變化，但同時也存在選擇性差的缺點。熒光碳點這種新技術就有效地彌補這兩種不足。利用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(fā)出明亮的熒光。利用這個原理可以把熒光碳點制成熒光探針來對大腸桿菌進行標記。而且這種方法操作簡便，成本相對較低，在測定不同菌種方面也具有廣闊的前景。

5 結語

隨著化學技術的研究和推進，碳點的合成方法也越來越先進。熒光碳點因為它的可操作性很強，也給環(huán)境監(jiān)測帶來了更多的技術手段。但是在長期看來，對熒光碳點的研究還遠遠不夠，特別是熒光碳點在長期的時間范圍內對環(huán)境究竟有沒有危害還需要進一步的研究和論證。環(huán)境監(jiān)測中對熒光碳點的應用的相關研究才剛剛開始，需要我們不斷地去實踐和檢驗。

參考文獻：

[1]李煥煥.熒光碳點在重金屬離子檢測方面的應用[J].廣州化工，2019，47（07）：41-42+45.

[2]李亞麗，郭靖，宋娟，樸向民，徐曉龍，王英平.熒光碳點探針的合成、性質及其在生物成像中的應用[J].影像科學與光化學，2019，37（01）：46-56.

[3]陳葉青，林君.熒光碳點的制備、發(fā)光性質及其機理[J].黑龍江大學自然科學學報，2018，35（06）：678-704+628.

[4]王強，胡旭虎.熒光碳點在環(huán)境監(jiān)測中的應用研究[J].中南民族大學學報（自然科學版），2017，36（04）：22-26.