荧光分析法 荧光分析法是指利用某些物质被紫外光照射后处于激发态，激发态分子经历一个碰撞及发射的去激发过程所发生的能反映出该物质特性的荧光，可以进行定性或定量分析的方法。

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摘要：近年来，人类对于碳点的研究越来越深入，制备方法也逐渐多种多样，其性质也逐渐呈现在我们眼前。而我们所制备的碳点，就是以水热合成法为核心制取，利用荧光分析法检测其荧光性质。

引言：从三维的石墨，到二维的石墨烯和氧化石墨烯，再到一维的碳纳米管，碳材料由于具有卓越的理化性质，被越来越多的应用于多个领域。碳材料在力学和电学上都具有优越的性质，而在光学上的性质并不突出。碳点的发现，揭开了碳材料光学性质的研究序幕。与量子点和金属纳米团簇不同，碳点是一种有机荧光纳米材料，化学结构为sp2或sp3，包含石墨烯量子点、碳量子点以及聚合物点三种类型。碳量子点(carbon quantum dots, CQDs)于2004年由Scrivens课题组在单壁碳纳米管的提纯过程中首次获得。水热合成法也是制取碳点的重要方法，用于水热反应制成碳量子点的前驱体种类很多,它们可以是壳聚糖、葡萄糖、柠檬酸、 落叶松、香蕉汁、橘子汁、蛋白质等。由于碳点本身不含重金属元素，所以是一种环境友好型材料。碳点的量子尺寸效应比较明显，随着尺寸变大，荧光发射峰位置产生红移。碳纳米材料形态多样且具备优异的导电性、良好的生物相容性、稳定的化学性能和大的比表面积等优势,在纳米电子学、光学、催化化学、生物医学以及传感器等领域中得到广泛应用。

1、材料和方法:

1.1药品与试剂柠檬酸、乙二胺、二氨甲苯硫酸盐、无水乙醇（购买于中国上海国药集团化学试剂有限公司）

1.2 实验仪器荧光光谱仪（FluoroMax-4，日本Horiba Scientific公司），数显鼓风干燥箱（GZX-914，上海博迅实业有限公司），分析天平（XS105，瑞士Mettler Toledo公司），超纯水机（Cascade-bio，美国Pall公司）。

1.3 制备方法

1.3.1实验一 取1.05 g柠檬酸和0.34 mL乙二胺溶解在20 mL超纯水中，然后转移到聚四氟乙烯反应釜中，加热200 ℃，反应5小时，冷却后将碳点纯化。

1.3.2实验二将0.1 g 2,5-二氨基甲苯硫酸盐（2,5-Diaminotoluene sulfate, DATS)和20 mL乙醇混合，在聚四氟乙烯反应釜中加热150 ℃，反应12小时。反应后冷却至室温，把得到的深红色产物用0.45 μm有机相滤膜过滤，4 ℃保存。

1.4 荧光检测实验 对制备好的两种碳点进行荧光性能考察，所有的荧光测定实验都在相同的条件下进行。对不同碳点设置对应激发波长、发射波长的扫描范围和狭缝大小。

2 结果和讨论

2.1 结果分析

2.1.1 将合成的柠檬酸-乙二胺碳点稀释10000倍后，分别取60 μl（红线）和100 μl（黑线）碳点溶于水中总体积为1 mL， 利用荧光光谱仪进行荧光检测。由图1可知，碳点的荧光发射峰为443 nm，且加入碳点浓度越大，荧光强度越高。图2即是所研制出的碳点，碳点的荧光发射峰为443 nm，在紫外线下呈蓝色。

图一 柠檬酸-乙二胺碳点

（加入60 μl（红线）和100 μl（黑线）碳点的荧光发射光谱 激发波长360 nm，狭缝为5 nm）

图1 分别加入60 μL(红线)和100 μL(黑线)碳点的荧光发射光谱。实验条件：激发光为360 nm，狭缝为5。

图二 柠檬酸-乙二胺碳点

2.1.2 将合成的DATS碳点稀释20倍后，分别取10 μl、30 μl、50 μl、80 μl、100 μl 碳点溶于总体积1 mL水中，进行荧光检测。激发波长为370 nm，狭缝为8。由图3可看出碳点的荧光发射峰为双峰，分别在529 nm和602 nm 处。随着碳点浓度增加，荧光强度不断增大。图四碳点在紫外线下呈橙色。

图3 DATS碳点（激发波长为370 nm，狭缝为8 nm）

图3 分别加入不同浓度碳点的荧光发射光谱，由下至上浓度依次增加。实验条件：激发波长为370 nm，狭缝为8。

图四DATS碳点

2.2 结果讨论-分析碳点用途 碳点特殊的荧光性质也为我们对它的利用创造了条件。Ma课题组是最早将CQDs 应用于发光二极管(LED)，该课题组以柠檬酸为碳源，制备出高荧光量子产率的CQDs，该CQDs在407 nm光源激发下，可以实现对可见光区发射的全覆盖，将其应用于制备发白光的LED，在电流密度为5 Ma/cm2 时，该LED的最大外量子效率达到0.083%。它在包括污染物检测、改进生物传感器、医学成像设备和微小的发光二极管的很广领域中都有应用前景。相对于金属量子点而言，碳量子点无毒，对环境的危害小，造价也更便宜。由它制成的传感器可以用来探测爆炸物和炭疽热等生化战剂。

3 总结

碳点，就是纳米结构的碳，但它却拥有远超碳的特性。除了其自身优良的力学性质和电学性质外，光学性质也被我们所广泛应用，而我们所利用的便是它的荧光效应。例如，利用汞离子可以猝灭柠檬酸-乙二胺碳点的性质，基于碳点制备各种高灵敏度的荧光纳米传感器，以用于检测实际水样中的痕量汞离子。作为新型的“零维”碳纳米材料，CQDs不仅具有良好水溶性和生物相容性等特点，还拥有发光强度大、发光范围可调、双光子吸收截面大、光稳定性好、无光闪烁、易于功能化、价格便宜、易大规模合成等无可比拟的优势，使其在生物成像、传感器、光催化、太阳能电池等领域有着良好的应用前景。碳点，这样一个似乎离我们遥远的词汇，随我们科技的进步与发展，正一步步走近我们的视野，走进我们的生活。

作者简介：

李奇洋，开滦一中高二（2）班学生，曾于2019年1月赴山东烟台、莱阳、青岛等地参加科技研学活动。

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