利用碳点实现水中铅污染的快速检测：只需一部智能手机和一张荧光试纸！

在金属离子中，铅被认为是毒性最大的元素之一，它会严重损害人体健康，污染环境。铅在电池、颜料、造纸、弹药和燃煤等多种工业活动中排放，会造成不同程度的环境污染；通过空气、饮用水和食物对人类健康构成严重威胁。

传统的铅离子检测方法包括溶出伏安法(SV)、原子吸收光谱法(AAS)、原子发射光谱法(AES)和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)，可以完成对水样中Pb2+含量的灵敏、选择性分析。然而，这些技术的应用受到仪器成本高、需要专业操作和测试周期长的限制。近年来，用于金属离子分析的荧光传感器引起灵敏、可靠、直观等优点而得到了广泛的研究。而纸质传感器因其廉价、便捷和多功能的优点而被广泛用于血液、细胞、微小RNA和环境污染物的分析，特别是对于金属离子的检测。

近日，中国科学院合肥智能机械研究所蒋长龙以及合肥工业大学于少明等相关研究人员设计了一种有效的水中铅离子比色荧光检测方法，并通过荧光探针溶液和智能手机应用程序（Coloriizer，Xiyi Technology）打印纸条，实现了视觉、实时和半定量检测。比色荧光探针由蓝碳点（BCDs）和红碳点（RCDs）的混合物制备，具有固定的荧光强度比。BCDs的蓝色荧光可以被Pb2+淬灭，而作为背景参考的RCDs的红色荧光对Pb2+是惰性的。随着Pb2+浓度增加，蓝色荧光强度的降低使得发光颜色从蓝色变为红色，这可以使用智能手机在紫外灯光下方便的识别出来。相关研究成果以“Semiquantitative Visual Detection of Lead Ions with a Smartphone via a Colorimetric Paper-Based Analytical Device”为题发表在《ANALYTICAL CHEMISTRY》

图1. 比色荧光探针设计原理及Pb2+的视觉检测原理示意图

这种检测铅离子的方法有三个优点。首先，用环保的碳点制备了双色荧光纸带，用于铅离子的检测。其次，可以达到较低的检测限，荧光探针溶液在发光光谱仪和智能手机应用上的检测限分别为2.89 nM和35.26 nM，远低于饮用水铅(10 mg·L-1)的允许限量(WHO)。第三，用智能手机对荧光纸条的RGB值进行了识别，无需其他仪器即可实现对水中铅离子的现场半定量检测，整个检测过程可以在5分钟内完成。荧光纸条便于储存和携带，使铅离子的检测更加方便、简单、省时、经济。将比色纸分析装置应用于自来水、湖水等实际样品的视觉检测，具有较高的可靠性和适应性。

图2. 自来水和湖水中Pb2+的视觉检测。照片由365nm紫外线灯下拍摄所得

该项目获得了国家自然科学基金(no . 21876175, 21671052, 21605144, 21806168)、国家基础研究计划(2015CB932002)、安徽省重点研究开发计划(1804a07020103)资助。

DOI: 10.1021/acs.analchem.9b02297

碳点自2004年发现以来，受到国际学术界的广泛关注和深入研究，其制备和应用不断取得巨大进展。碳点是继石墨烯、碳纳米管和碳笼之后，新一代的创新材料，因其与众不同的荧光特性，碳点在生物成像、发光器件、光电催化和纳米传感等诸多领域有展现出巨大的前景。为此，第四届国际碳材料大会特设碳点分论坛，聚焦于碳点领域的更多内容敬请期待Carbontech 2019！

关于碳点领域的部分议题参考

模块一：碳点基本科学问题

1	碳点的历史沿革与发展
2	碳点研究的复杂性与交叉特色

模块二：碳点制备、结构与性质调控、应用研究

1	碳点的绿色合成技术与方法
2	碳点的发光机制与发光性质调控
3	碳点的结构设计、组装与复合
4	碳点的催化特性与催化剂设计
5	碳点的生物效应与生物安全性
6	基于碳点的发光器件与能量存储器件
7	基于碳点的靶向载药与智能诊疗系统

模块三：碳点产业化探索

1	碳点功能材料在发光领域的产业化探索
2	碳点功能材料在催化领域的产业化探索
3	碳点功能材料在检测领域的产业化探索
4	碳点功能材料在复合材料领域的产业化探索
5	碳点与新农业、环境保护

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