荧光碳点在环境监测中的运用

　　摘    要：　近几年来，随着材料科学的进步，一些新型的纳米材料也得以问世，给环境监测领域也带来了新的技术。比如在04年，科学家利用凝胶电泳分离电弧法制备单壁碳纳米微管时发现了一种新型的荧光碳纳米材料。后来有专门制备了一种直径小于十纳米的碳纳米粒。这种碳纳米粒子不仅毒性比较低，而且具有和无机物以及其他有机物分子发生反应的特殊性能，在环境监测方面同样具有很高的应用价值。

　　关键词：　荧光碳点; 环境监测; 污染治理;

　　在传统的环境监测过程中，监测人员往往会苦于没有一种良好的检验材料和试剂。因为一种良好的环境监测材料往往需要满足很多条件，比如不能污染环境，不能对生物造成破坏，还得具有比较良好的识别特征等等。运用传统的化学反应试剂往往会对环境造成或多或少的破坏，违背了环境监测的初衷。荧光碳点在环境监测中的应用给环境监测领域带来了新的技术和前景。

　　1、 用于对金属离子的检测

　　环境中的金属粒子，特别是重金属粒子对于生物的危害是非常大的。不过重金属被吸收进了生物体内。则会对生物个体乃至整个生态系统都产生不好的影响。所以对于金属离子的检测一直是环境监测的重要部分。荧光碳点经过钝化。修饰之后就会在外层形成很多含氧基团，附带大量含氧基团的荧光碳点可以利用吸附作用与环境当中的金属离子结合形成化合物。而且在形成化合物的同时荧光碳点本身荧光性能也会受到影响，所以监测人员可以根据荧光碳点前后荧光性能的变化来推断金属粒子的数量。

　　科学家利用柠檬酸钠制得了一种荧光碳点，这种荧光碳点会根据汞离子的浓度改变自身的荧光强度，汞离子的浓度越大，则这种碳纳米离子的荧光强度越低。利用这个方法检测汞离子和传统的方法相比更加的廉价和环保。若用二亚乙基三胺对荧光碳点的表面进行修饰，然后这种碳点散发出的荧光就可以被铬元素所吸收。利用这个原理就可以对水里或者土壤里的铬元素进行有效的检测。

　　2、 对无机阴性离子的检测

　　在化学反应中我们常常会用到无机阴离子，这种无机离子比较容易和其他元素化学发生反应，所以也会对环境造成严重的污染。其中无机氟化物就是一种毒性非常高的污染物，人体中的神经细胞又对它特别的敏感，这种污染物可以通过消化道，甚至皮肤侵入到人体当中，使人的脑组织软化，甚至会危害到中枢神经系统和心肌细胞。水中的氟离子与碳点表面的羧基具有比较强的结合力，当氟离子和碳点表面的羧基进行结合时碳点的荧光强度就会随之发生变化，并且这种荧光强度的变化与氟离子的浓度有着较好的线性关系。所以利用荧光碳点检测氟离子是一种非常简单高效的方法，在环境监测领域有着广泛的应用。

　　因为含磷洗衣粉的使用，越来越多的磷元素也开始进入了水体，并且对水里的环境造成了严重的污染。科学家发现铕离子结合荧光碳点外层的羧基结合，并且使荧光碳点的荧光强度下降。而水中的磷元素与铕离子结合能力比羧基要强，所以当水中有磷元素时，铕离子就会从荧光碳点上的羧基上脱离从而影响荧光碳点的荧光强度。并且这个方法可以忽视水中的其他阴离子的影响。所以对于检测生态系中的磷元素含量是一种非常优良的方法。

　　3 、对有机污染物的检测

　　随着农药的发明和大量使用，有机污染物在生态系统中的含量也越来越大，而且由于生态腹肌的作用，这种有机污染物会在生态链中传递并且会向周边的环境传播，无论是对人来说还是对其他生物来说都是一种很大的损害。对有机污染物的常规检测方法通常成本比较高，而且检测时间比较长，不利于对有机物进行实时的检测。荧光碳点可以吸附水中的多环芳烃等有机污染物，并且荧光碳点在吸附之后会发生聚集从而影响本身的荧光强度。对有机污染物的检测来说，荧光碳点是一种非常敏感，并且特异性很强，抗干扰性很好的良好检测试剂，可用于对水中的有机污染物的快速检测。
 

　　4、 对微生物的标记检测

　　微生物作为生态系统中的分解者，在生态循环当中起着非常重要的作用。他们能够将植物尸体等有机物分解成无机物，然后再返还到生态系统当中。保护微生物的生存和数量也是保护生态环境的重要一环。

　　以往对微生物的检测通常采用生物传感器或者核酸探针的方式。例如核酸探针的方式，虽然灵敏度比较高，但是需要非常昂贵的仪器，而且不方便在现场操作，生物传感器虽然能适应较大大的温差和ph值变化，但同时也存在选择性差的缺点。荧光碳点这种新技术就有效地弥补这两种不足。利用柠檬酸和甘露糖为原料制得的荧光碳点对于大肠杆菌具有良好的吸附性。这种碳点能和大肠杆菌上的蛋白质进行特异性结合，并且在结合之后会发出明亮的荧光。利用这个原理可以把荧光碳点制成荧光探针来对大肠杆菌进行标记。而且这种方法操作简便，成本相对较低，在测定不同菌种方面也具有广阔的前景。

　　5、 结语

　　随着化学技术的研究和推进，碳点的合成方法也越来越先进。荧光碳点因为它的可操作性很强，也给环境监测带来了更多的技术手段。但是在长期看来，对荧光碳点的研究还远远不够，特别是荧光碳点在长期的时间范围内对环境究竟有没有危害还需要进一步的研究和论证。环境监测中对荧光碳点的应用的相关研究才刚刚开始，需要我们不断地去实践和检验。

　　参考文献

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