環(huán)境監(jiān)測(cè)中熒光碳點(diǎn)的應(yīng)用探究

陳小龍

(山東科泰環(huán)境監(jiān)測(cè)有限公司，山東 臨沂 276000)

隨著我國(guó)環(huán)境問(wèn)題的不斷惡化，環(huán)境監(jiān)測(cè)工作顯得尤為重要，因此，相關(guān)部門(mén)應(yīng)大力開(kāi)展環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的研究，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)我國(guó)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。在傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中，監(jiān)測(cè)人員會(huì)因?yàn)闆](méi)有良好的檢驗(yàn)試劑而影響真是的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，環(huán)境監(jiān)測(cè)治理很大一部分取決于監(jiān)測(cè)材料的質(zhì)量，同時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)也對(duì)監(jiān)測(cè)材料提出許多苛刻的要求，監(jiān)測(cè)材料不但要具備準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)效果，同時(shí)還不能對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染，不能打破生物平衡，另外還要具備明顯的識(shí)別特性。而以往應(yīng)用的化學(xué)反應(yīng)監(jiān)測(cè)方法和檢測(cè)材料都會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的影響，違背了環(huán)境監(jiān)測(cè)的目的。隨著熒光碳點(diǎn)納米材料的引入，有效地解決了這一矛盾，熒光碳點(diǎn)納米材料不僅毒性微乎其微，同時(shí)具備明顯的識(shí)別特征，因此在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。

1 熒光碳點(diǎn)納米材料的光學(xué)特性

隨著我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，科學(xué)家對(duì)熒光碳點(diǎn)材料作了深入探索，促進(jìn)了熒光碳點(diǎn)納米材料的進(jìn)一步研究，同時(shí)鈍化中修飾的試劑不同，對(duì)熒光碳點(diǎn)的性質(zhì)也造成巨大的影響。在現(xiàn)有的納米材料中，碳元素能夠提供發(fā)射光譜，隨著雙光子成像技術(shù)的不斷完善，熒光碳點(diǎn)成像技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也具有廣泛的應(yīng)用。由此可見(jiàn)，熒光碳點(diǎn)具有良好的熒光識(shí)別性，通過(guò)其鈍化修飾表面的電子，可以實(shí)現(xiàn)電子轉(zhuǎn)移過(guò)程的發(fā)光效果，通過(guò)這一現(xiàn)象能夠呈現(xiàn)出良好的環(huán)境監(jiān)測(cè)效果。

2 熒光碳點(diǎn)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用技術(shù)

2.1 對(duì)金屬離子監(jiān)測(cè)功能

我國(guó)當(dāng)前的環(huán)境污染問(wèn)題中，重金屬污染現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，環(huán)境中存在重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境和人們的人身健康都具有重要的危害。當(dāng)人類或者其他生物吸入過(guò)量的重金屬，會(huì)對(duì)生物個(gè)體產(chǎn)生不良影響，甚至還會(huì)破壞生態(tài)系統(tǒng)的平衡，因此，環(huán)境監(jiān)測(cè)中金屬離子監(jiān)測(cè)工作是一項(xiàng)重要內(nèi)容。在傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中，重金屬離子監(jiān)測(cè)水平不足，經(jīng)常出現(xiàn)監(jiān)測(cè)不全面的問(wèn)題，從而影響重金屬污染的治理效果[1]。而通過(guò)熒光碳點(diǎn)納米材料的引入，可以發(fā)揮出良好的重金屬離子監(jiān)測(cè)效果。通過(guò)熒光碳點(diǎn)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(tuán)，同時(shí)附帶大量含氧集團(tuán)的熒光碳點(diǎn)納米材料還能夠通過(guò)較強(qiáng)的吸附技術(shù)，吸附環(huán)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(diǎn)，能夠發(fā)揮出熒光特性，檢測(cè)人員可以根據(jù)熒光碳點(diǎn)納米材料的熒光特性來(lái)監(jiān)測(cè)出環(huán)境中金屬離子的含量，從而達(dá)到金屬離子監(jiān)測(cè)效果?？萍脊ぷ髡呃脵幟仕徕c制成熒光碳點(diǎn)納米材料，這種熒光碳點(diǎn)還能夠結(jié)合汞離子的濃度來(lái)改變熒光效果，如果環(huán)境中汞離子含量越高，則熒光碳點(diǎn)納米材料熒光強(qiáng)度也會(huì)呈現(xiàn)不同的效果，通過(guò)這種方式不但能夠準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)出環(huán)境中汞離子含量，同時(shí)也節(jié)約了監(jiān)測(cè)成本，相比傳統(tǒng)汞離子的監(jiān)測(cè)方式更加科學(xué)有效，并且對(duì)環(huán)境的影響也比較小。如果采用二亞乙基三胺對(duì)熒光碳點(diǎn)納米材料進(jìn)行修飾，隨后碳點(diǎn)散發(fā)出的熒光能夠被鉻元素吸收，通過(guò)這個(gè)原理還可以對(duì)水環(huán)境中鉻金屬元素進(jìn)行良好的監(jiān)測(cè)，提高監(jiān)測(cè)效率，為后續(xù)的環(huán)境治理提供依據(jù)。

2.2 對(duì)無(wú)機(jī)陰離子的監(jiān)測(cè)功能

在化學(xué)反應(yīng)中，經(jīng)常會(huì)運(yùn)用無(wú)機(jī)陰離子，這種無(wú)機(jī)陰離子很容易和其他元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，因此，也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大的危害。我國(guó)目前無(wú)機(jī)陰離子污染現(xiàn)象也比較嚴(yán)重，常見(jiàn)的無(wú)機(jī)氟化物就是高毒性的環(huán)境污染物，這種污染物能夠刺激人類的神經(jīng)細(xì)胞，影響人體消化功能，甚至還會(huì)對(duì)人體皮膚組織和腦組織造成巨大的影響，也會(huì)影響人類的神經(jīng)中樞系統(tǒng)和心肌細(xì)胞。而采用熒光碳點(diǎn)納米材料進(jìn)行無(wú)機(jī)陰離子的污染監(jiān)測(cè)能夠發(fā)揮出良好的監(jiān)測(cè)效果[2]。其原理是碳點(diǎn)表面的羧基能與水中的無(wú)機(jī)氟元素有效結(jié)合，將兩者進(jìn)行結(jié)合時(shí)，熒光碳點(diǎn)納米材料中的熒光強(qiáng)度也會(huì)發(fā)生改變，同時(shí)熒光強(qiáng)度的變化與負(fù)離子的濃度有著直接關(guān)系，這樣我們就能夠利用熒光碳點(diǎn)與無(wú)機(jī)氟元素的反應(yīng)來(lái)監(jiān)測(cè)無(wú)機(jī)氟化物的污染情況，同時(shí)具有監(jiān)測(cè)效果簡(jiǎn)單、監(jiān)測(cè)高效等優(yōu)點(diǎn)。

此外，磷化物也是生活污染的主要源頭，我們?nèi)粘Ｊ褂玫南匆路鄣然衔镏泻写罅康牧自?，?dāng)磷元素排入水體中，就會(huì)對(duì)水環(huán)境造成較大的污染。近年來(lái)，科學(xué)家在水環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的研究中，發(fā)現(xiàn)銪離子也能夠與熒光碳點(diǎn)外層的羧基進(jìn)行有效結(jié)合，同時(shí)也會(huì)對(duì)熒光碳點(diǎn)材料的熒光強(qiáng)度產(chǎn)生一定的改變，而水中的磷元素和銪離子結(jié)合力比熒光碳點(diǎn)的結(jié)合強(qiáng)度要大，同時(shí)這種方法可以忽略水中的其他元素影響，能夠精準(zhǔn)地檢測(cè)到水中的磷元素，因此，在磷化物的監(jiān)測(cè)中，熒光碳點(diǎn)納米材料也能夠發(fā)揮出良好的作用。

2.3 對(duì)有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)功能

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)的大力發(fā)展，農(nóng)業(yè)高產(chǎn)種植滿足了人們對(duì)糧食的需求，但與此同時(shí)，更多的化學(xué)農(nóng)藥殘留物涌現(xiàn)出來(lái)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大量使用農(nóng)藥，給生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的污染，其中有機(jī)物污染含量迅速提升，嚴(yán)重破壞了生態(tài)環(huán)境，給生態(tài)鏈的平衡造成的嚴(yán)重的影響。這種有機(jī)污染物還會(huì)由于生物降解而傳遞到其他環(huán)境中，對(duì)人類和其他生物造成嚴(yán)重的危害。因此，有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)工作也是環(huán)境監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)內(nèi)容。傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)在開(kāi)展有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)工作中，經(jīng)常會(huì)受到監(jiān)測(cè)效果不佳、監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)、使用監(jiān)測(cè)方法成本過(guò)高的影響，限制有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)治理效果的提升。為此，科學(xué)家們不斷探索全新的有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)方法。通過(guò)熒光碳點(diǎn)的引入，能夠有效提高有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)效果，其原理是熒光碳點(diǎn)能夠吸附水中的多環(huán)芳烴物質(zhì)，同時(shí)當(dāng)熒光碳點(diǎn)吸附多環(huán)芳烴有機(jī)污染物后，會(huì)聚集在一起，從而使熒光碳點(diǎn)的熒光強(qiáng)度發(fā)生改變。通過(guò)這一原理，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)效果。此外，熒光碳點(diǎn)作為一種敏感性有機(jī)污染物監(jiān)測(cè)試劑，還具有較強(qiáng)的特異性和抗干擾性，可以提高有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)效率和精準(zhǔn)性。

2.4 對(duì)微生物的標(biāo)記監(jiān)測(cè)

在生態(tài)環(huán)境中，微生物作為生態(tài)系統(tǒng)中的分解者，在生態(tài)循環(huán)中起到了至關(guān)重要的作用，微生物的存在能夠?qū)⑸锏氖w等有機(jī)物分解成無(wú)機(jī)物，在將其返還到生態(tài)系統(tǒng)中，保護(hù)微生物的生存，同時(shí)也是維持生態(tài)系統(tǒng)平衡。由此可見(jiàn)，微生物也是環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容。但是在以往的微生物監(jiān)測(cè)中，一般都采用生物傳感器以及核酸探針等方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)需要昂貴的設(shè)備，并且不利于現(xiàn)場(chǎng)操作，而生物傳感器也存在著選擇性較差的問(wèn)題。通過(guò)熒光碳點(diǎn)材料在微生物監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，能夠有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法的不足。通過(guò)檸檬酸和甘露糖為原料制得的熒光碳點(diǎn)對(duì)于大腸桿菌具有良好的吸附性，這種碳點(diǎn)能和大腸桿菌上的蛋白質(zhì)進(jìn)行特異性結(jié)合，并且在結(jié)合之后會(huì)發(fā)出明亮的熒光。采用這種方式能夠快速標(biāo)記和檢測(cè)微生物的含量，同時(shí)相比于傳統(tǒng)方式也更加便捷，成本也比較低，在微生物監(jiān)測(cè)中具有廣闊的發(fā)展空間。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，環(huán)境監(jiān)測(cè)工作顯得十分重要，但是在以往的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中，常常苦于沒(méi)有優(yōu)良的監(jiān)測(cè)試劑而影響環(huán)境監(jiān)測(cè)效果，通過(guò)熒光碳點(diǎn)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，不但能夠發(fā)揮出良好的監(jiān)測(cè)效果，同時(shí)也不破壞生態(tài)環(huán)境，在環(huán)境監(jiān)測(cè)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。