譚 琰, 賀李瓊, 李 樂, 廖力夫, 肖錫林,*

(1.南華大學 衡陽醫(yī)學院公共衛(wèi)生學院,湖南 衡陽 421001;2.南華大學 化學化工學院,湖南 衡陽 421001)

0 引 言

隨著工業(yè)化和城市化進程的加速，水體重金屬污染已經(jīng)成為威脅生態(tài)系統(tǒng)和人類健康的嚴重問題[1]。重金屬具有毒性、難降解性等特點，容易在生物體內(nèi)積累[2]，當這些有毒金屬在細胞內(nèi)的含量超過允許水平時，會導致中毒、癌癥和其他疾病[3]。目前金屬離子的檢測方法有紫外可見分光光度法[4]、原子吸收法[5]、原子熒光法[6]、電感耦合等離子體法[7]、電化學法[8]等。但是這些方法前處理過程復雜，所用儀器設備昂貴，檢測耗時較長，不利于推廣運用。熒光傳感器[9]具有檢測靈敏度高、選擇性好、儀器設備易于操作等特點，已被廣泛地應用于環(huán)境監(jiān)測、生化分析等領域。

碳量子點(carbon quantum dots，CQDs)是2004年用電弧放電法制備單壁碳納米管的過程中首次發(fā)現(xiàn)的[10]。碳量子點是一種粒徑小于10 nm、表面帶有大量含氧基團、具有熒光性質(zhì)的準球形碳納米顆粒，具有低毒性、化學惰性、較好的生物相容性、光誘導的電子轉(zhuǎn)移和高度可調(diào)的光致發(fā)光特性[11]。碳量子點具有很強的熒光性質(zhì)和生物相容性，經(jīng)過表面鈍化、功能化或摻雜后，金屬離子對碳量子點的熒光有增強或猝滅作用。與傳統(tǒng)的熒光物質(zhì)相比，碳量子點作為熒光傳感器具有較好的水溶性、穩(wěn)定的光學性質(zhì)、較好的抗光漂白能力以及易于功能化等特點，在金屬離子檢測、生物成像、光催化等領域具有廣泛的應用前景。

本文對碳量子點的制備方法以及碳量子點熒光傳感器檢測水體中痕量重金屬離子的應用進展進行綜述，以期為碳量子點熒光傳感器的進一步深入發(fā)展提供思路和方向。

1 碳量子點的合成方法

目前碳量子點的合成方法主要有兩類：自上而下(top-down)法和自下而上(bottom-up)法[12]。自上而下法是將尺寸較大的碳源切割成尺寸較小的碳量子點，主要包括電化學法[11]、激光刻蝕法[13]、電弧放電法[10]等，其碳源主要有碳納米管[14]、活性炭[15]、氧化石墨[16]等。自上而下法合成的碳量子點雜質(zhì)多、碳量子點產(chǎn)率低且成本較高。而自下而上法是將小分子的前驅(qū)體通過碳化處理合成更大分子量的碳量子點，主要包括熱解法[17]、微波法[18]、水熱法[19]、燃燒法[20]等，其碳源主要有檸檬酸[21]、葡萄糖[22]、氨基酸[23]等。自下而上法操作比較簡單、碳量子點產(chǎn)率相對較高，應用廣泛。下面將具體介紹這兩種方法。

1.1 自上而下法

1.1.1 電化學法

電化學法以石墨棒、碳納米管等碳源作為工作電極，利用電化學法進行處理，從碳工作電極上剝離得到碳量子點。M.L.Liu等[11]以石墨為工作電極，鉑箔為對電極，Ag/AgCl為參比電極，堿性乙醇溶液為電解質(zhì)，在5 V電壓下制備了碳量子點(CQDs)，其粒徑大小為(4.0±0.2) nm，結(jié)晶度高。初形成的CQDs是無色的，但在室溫條件下表面物質(zhì)氧化，CQDs逐漸變?yōu)榱咙S色。CQDs可用于檢測自來水中的Fe3+，也可應用于細胞成像。李騰飛等[24]通過在堿性條件下將石墨棒電解制備碳量子點，其粒徑約為19 nm。碳量子點在400 nm和525 nm處有兩個熒光發(fā)射峰，這可歸因于碳量子點的π-π共軛體系和含氧官能團的n-π共軛體系。電化學法制備的碳量子點比較均勻，但后續(xù)分離純化步驟繁瑣，且量子產(chǎn)率低，不適合大規(guī)模生產(chǎn)，目前應用較少。

1.1.2 激光刻蝕法

激光刻蝕法是利用激光作為能源來燒蝕目標材料以合成碳量子點。S.Kang等[25]以多壁碳納米管為碳源，以高純度乙醇為溶劑，采用波長分別為355 nm和532 nm的Nd：YAG激光制備兩種碳量子點(GQD和GOQD)，其粒徑大小范圍為1～5 nm。原子力顯微鏡結(jié)果顯示制備的碳量子點厚度為0.5～1.5 nm，表明其具有單層或幾層結(jié)構(gòu)。實驗表明，改變激光波長可以制備出含氧官能團可控的GQD和GOQD。當采用較短波長的激光脈沖時，富氧官能團更容易從溶劑(即乙醇)中衍生出來。因此，可以通過該方法選擇性地制備GQD和GOQD，這在光學器件和生物成像等光電應用中具有潛在的應用價值。激光燒蝕法很難控制納米粒子的粒徑大小、團聚和晶體結(jié)構(gòu)[10]，而且對設備要求高，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。

1.1.3 電弧放電法

電弧放電法是制備碳量子點的傳統(tǒng)方法，但該方法很難獲得高產(chǎn)量的碳量子點。Y.J.Su等[26]利用電弧合成單壁碳納米管中的碳副產(chǎn)物制備碳量子點。制備的碳量子點的粒徑大小范圍為3.2～8.0 nm，平均粒徑為5.6 nm，熒光量子產(chǎn)率為3.31%。合成的碳量子點水分散性較好，在365 nm波長照射下有明顯的綠色發(fā)光。熒光圖譜表明，當激發(fā)波長為360 nm時，其最大發(fā)射波長為502 nm。而與其他大多數(shù)碳量子點不同的是，該方法合成的碳量子點表現(xiàn)出與激發(fā)無關的熒光發(fā)射性質(zhì)，這可能是碳量子點的少量官能團相對均勻地分布在其表面所致。

1.2 自下而上法

1.2.1 熱解法

1.2.2 微波法

微波法通過微波加熱的方式使碳源脫水、聚合、碳化形成碳量子點。高量子產(chǎn)率以及合成快速是微波法制備碳點的主要優(yōu)勢。

X.Y.Wang等[29]以檸檬酸三鈉為碳源，尿素為氮源，將其超聲溶解在水中形成透明溶液后微波加熱制備氮摻雜碳點(CDUN)，其平均粒徑為30 nm。當激發(fā)波長為370 nm時，CDUN在450 nm處有一個熒光峰，在375 nm處有一個共振瑞利散射(resonance rayleigh scattering,RRS)峰。其原理可能是氮原子是給電子原子，它將適量的電子對引入碳源，摻雜氮后，碳點表面上的電子增加。當CDUN被入射光激發(fā)時，有更多的表面電子躍遷到激發(fā)態(tài)，并躍遷到能隙態(tài)從而產(chǎn)生更強的熒光，而且氮摻雜碳點具有高穩(wěn)定性。將核酸適配體(Apt)加入體系后，CDUN被Apt包裹，其熒光強度和RRS強度降低。加入K+后，K+與Apt反應形成穩(wěn)定的G-四鏈體和游離的CDUN。隨著K+濃度的增加，游離的CDUN越多，其熒光強度和RRS強度呈線性增強(圖1)。微波法對設備的要求低，操作簡單，合成時間短，但產(chǎn)物粒徑大小分布不均勻，需要進行進一步分離純化。

1.2.3 水熱法

目前大多數(shù)碳量子點通過水熱法合成。水熱法是將碳源與水均勻混合，在反應釜內(nèi)密閉恒溫加熱后，碳源脫水碳化為碳量子點。水熱法的碳源來源豐富，H.Eskalen等[30]以廢棉絨為碳源，在石英管中將其與水混合，在150 ℃條件下于襯有聚四氟乙烯的反應釜中加熱制備熒光碳量子點(CDs)，其粒徑大小范圍為1.8～22 nm，平均粒徑為10.14 nm。當激發(fā)波長為376 nm時，CDs在420 nm處有一個熒光發(fā)射峰。CDs可應用于細胞成像。S.Karami等[31]以葡萄糖和3-硝基苯胺為原料，采用水熱法合成雙發(fā)射碳量子點(CDs)，其平均粒徑為5 nm。所制備的CDs在300 nm激發(fā)波長下，在400 nm和610 nm分別有一熒光發(fā)射峰，其發(fā)射強度基本相等。Cu2+可以選擇性地猝滅400 nm的熒光，而天冬氨酸可以恢復CDs-Cu2+體系的熒光。該體系可應用于河水中Cu2+的檢測以及人血清樣品中天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶的檢測。水熱法量子產(chǎn)率相對較高，粒徑分布均勻，碳源來源豐富，應用廣泛。

1.2.4 燃燒法

燃燒法通過高溫燃燒碳前驅(qū)體，再經(jīng)過分離提純后制備碳量子點。M.C.Rong等[32]將氨基苯基硼酸加入到乙醇中，將混合溶液倒入酒精燃燒器中，將玻璃燒杯倒置在酒精燃燒器上方，點燃酒精燃燒器后形成的黑煙會附著在玻璃燒杯的內(nèi)壁上。刮取玻璃燒杯內(nèi)壁的附著物后將其加入混合酸，80 ℃回流12 h后透析過夜得到碳量子點(B，N-CD)溶液，其產(chǎn)率為18.7%。B，N-CD的粒徑大小范圍為1.5～40 nm，平均粒徑為2.5 nm。熒光圖譜表明，B，N-CD最大熒光激發(fā)和發(fā)射波長分別為310 nm和520 nm。該體系可用于檢測天然水樣中的Cu2+，其檢測范圍為1～25 mmol/L，檢測限為0.3 mmol/L。燃燒法操作比較簡單，但是碳量子點的粒徑難以控制。

圖1 熒光/RRS雙模式分析檢測痕量K+[29]Fig.1 Analysis principle of detecting trace K+ by fluorescence/RRS dual-mode analysis method

2 碳量子點熒光傳感器在檢測重金屬離子中的應用

重金屬不可降解，容易沿著食物鏈通過富集作用在生物體中累積，在人體中累積達到一定程度后會對臟器和神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生毒性，損害人體健康。碳量子點具有較好的水溶性，其熒光可在與金屬離子相互作用時被猝滅或增強。這一特性使碳量子點可成為熒光傳感器用于檢測水體中痕量重金屬離子(表1)。目前對金屬離子猝滅碳量子點熒光的機制尚無統(tǒng)一的說法，主要的猝滅機制有聚集猝滅、內(nèi)濾效應、光誘導電子轉(zhuǎn)移等。基于這些主要猝滅機制，下面將介紹一下碳量子點熒光傳感器在檢測重金屬離子中的應用。

2.1 鐵離子熒光傳感器

鐵離子可與碳量子點表面的氨基、羧基、羥基等基團配位，引起碳量子點聚集，從而猝滅其熒光。F.J.Liu等[33]以三聚氰胺為原料，采用中和熱反應一步法合成了水溶性的氮摻雜碳量子點(N-Cdots)。Fe3+和Fe2+能特異地猝滅N-Cdots的亮藍綠熒光，同時使溶液顏色改變。熒光猝滅機制可能是Fe3+和Fe2+與N-Cdots的氨基和酰胺基之間的配位相互作用引起N-Cdots聚集。除了鐵離子引起碳量子點聚集造成其熒光猝滅外，鐵離子也可通過與碳量子點表面的含氧基團配位從而猝滅其熒光。該體系對自來水中Fe3+的檢測線性范圍為0.025～10.0 μmol/L，檢出限約為15 nmol/L。H.Shah等[34]以N-(2-羥乙基)乙二胺三乙酸(HEDTA)為碳源和氮源，采用水熱法制備了藍色熒光的碳量子點(N-CDs)。與其他金屬離子相比，N-CDs對Fe3+的選擇性較高，這是因為Fe3+與其他金屬離子相比具有缺電子特性。當N-CDs的表面官能團(如羧基、氨基、羥基等)的氧原子和碳原子之間自由轉(zhuǎn)移電子時，N-CDs有較高的熒光強度。當N-CDs的氧原子與Fe3+之間形成配位鍵時抑制了N-CDs上的表面官能團的電荷轉(zhuǎn)移，導致N-CDs的熒光猝滅。其中N-CDs是電子對的供體，而Fe3+是電子對的受體。N-CDs的檢測線性范圍為0.76～400 μmol/L，檢測限為0.16 μmol/L。

內(nèi)濾效應也是鐵離子猝滅碳量子點熒光的常見機制。X.B.Sun等[35]研究了比色/熒光雙模式檢測Fe2+的方法，以間苯二胺和聚乙二醇1500為原料制備相對量子產(chǎn)率為74.13%的綠色熒光碳點(mPD-CDs)。以綠色發(fā)光mPD-CDs為熒光傳感器，1，10-鄰菲咯啉為顯色劑，實現(xiàn)了Fe2+的比色和熒光雙模式檢測。在mPD-CDs存在下，F(xiàn)e2+與1，10-鄰菲咯啉形成絡合物(Fe(Ⅱ)-菲咯啉)，其吸收峰位于512 nm，在過量鄰菲咯啉存在下，其吸光度對Fe2+的濃度很敏感，且不受mPD-CDs的干擾，據(jù)此建立了檢測Fe2+的比色分析方法，檢出限為2.98 μmol/L。Fe(Ⅱ)-鄰菲咯啉配合物的吸收光譜與mPD-CDs的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜有重疊，猝滅機制為內(nèi)濾效應，由此建立了檢測Fe2+的熒光分析方法，檢出限低至0.59 μmol/L，實現(xiàn)了碳量子點/鄰菲咯啉體系對水中Fe2+的比色和熒光雙模式檢測。

表1 碳量子點熒光傳感器對不同重金屬離子的檢測方法比較Table 1 Comparison of detection methods for various heavy metal ions by fluorescent carbon quantum dots

2.2 銅離子熒光傳感器

碳量子點檢測銅離子的機制主要是銅離子與碳量子點表面的氨基形成配位絡合物，引起碳量子點聚集，發(fā)生熒光猝滅現(xiàn)象。N.Chaudhary等[50]以香蕉為碳源，采用水熱法制備了氮、硫摻雜的碳量子點(NS-CQDs)。加入Cu2+后NS-CQDs的發(fā)射峰出現(xiàn)明顯的紅移，表明NS-CQDs與Cu2+相互作用并發(fā)生聚集。同時，Cu2+可以猝滅NS-CQDs的熒光，其猝滅機理可能是帶負電荷的NS-CQDs及其表面活躍的官能團(如羥基、羧基、羰基等)與Cu2+通過配位鍵形成絡合物，使得NS-CQDs在Cu2+周圍聚集，同時NS-CQDs與Cu2+之間發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移，這二者都為非輻射復合，其共同作用導致NS-CQDs發(fā)生熒光猝滅。與其他離子相比，Cu2+可極大地猝滅NS-CQDs的熒光，并且可以消除其他金屬離子的影響。X.Y.Wang等[51]以雛菊葉為碳源制備了氮摻雜碳量子點(N-CD)，其具有豐富的表面官能團，如羥基、羧基和氨基。Cu2+對N-CD的熒光猝滅機制可能是Cu2+與N-CD表面的羧基和氨基之間的絡合作用。絡合作用影響了N-CD的芳環(huán)結(jié)構(gòu)和非輻射復合，所形成的Cu-N-CD絡合物使N-CD聚集，從而猝滅其熒光。實驗表明，不含氮摻雜劑的碳量子點對Cu2+等金屬離子沒有明顯的熒光猝滅作用。因此，N-CD中的氮在Cu2+的檢測中發(fā)揮了重要作用。N-CD對Cu2+的濃度檢測線性范圍為10.0～120.0 nmol/L，檢測限為1.0 nmol/L。R.Bisauriya等[39]采用水熱法制備氮和硫共摻雜碳點(NS-CDs)，在溶液中加入Cu2+會在660 nm處產(chǎn)生明顯的吸收帶，這可能是由于Cu2+與NS-CDs氨基官能團配位形成銅氨絡合物。在1～100 μmol/L范圍內(nèi)，體系吸光度隨Cu2+濃度增高而線性增加，檢測限為200 nmol/L。由于氨基與Cu2+的親和力強，且碳量子點富含氨基，因此碳量子點檢測Cu2+大多基于氨基與Cu2+形成銅氨絡合物的原理。

2.3 汞離子熒光傳感器

碳量子點表面的羧基、羥基、氨基等基團可通過與汞離子形成非熒光絡合物猝滅碳量子點的熒光。Q.Q.Duan等[37]以焦磷酸鹽修飾碳量子點(PP-CDs)用于Hg2+檢測(圖2)。熒光圖譜顯示，Hg2+使PP-CDs在513 nm處的熒光發(fā)生猝滅，其猝滅機制可能是Hg2+與PP-CDs表面的焦磷酸基團反應形成非熒光絡合物使PP-CDs熒光猝滅。而在PP-CDs-Hg2+體系中加入谷胱甘肽后，紫外圖譜顯示在212 nm處出現(xiàn)新的吸收峰，其余吸收峰與PP-CDs的吸收峰一致。這可能是由于谷胱甘肽具有強還原性，與Hg2+反應后形成復合物，恢復了PP-CDs的熒光。PP-CDs的檢測線性范圍為0.1～1.4 μmol/L，檢測限為2 nmol/L。S.M.Du等[52]以氮摻雜石墨烯量子點(N-GQDs)為發(fā)光劑，谷胱甘肽為掩蔽劑，用于檢測自來水中的Hg2+。氮摻雜有利于GQD的發(fā)光紅移和發(fā)光強度的提高。隨著Hg2+的加入，N-GQDs的熒光強度降低，歸因于N-GQDs與Hg2+之間的絡合。FTIR和XPS表征表明，N-GQDs為氮摻雜，表面富含羥基、羰基、羧基等含氧官能團，這些官能團都能與金屬離子發(fā)生絡合反應，誘導N-GQDs聚集，導致相應熒光強度降低。XPS結(jié)果表明所制備的N-GQDs上含有豐富的含氧基團和嘧啶結(jié)構(gòu)，說明N-GQDs表面存在胸腺嘧啶(T)衍生物，而Hg2+能夠與T堿基特異性結(jié)合，形成穩(wěn)定的T-Hg2+-T絡合物。這些結(jié)果表明，所構(gòu)建的N-GQDs/谷胱甘肽體系對Hg2+具有較好的選擇性，其檢測線性范圍為0.5～110 nmol/L，檢測下限為0.08 nmol/L。

圖2 PP-CDs的檢測機理[37]Fig.2 Schematic illustration of detection of PP-CDs

2.4 鉛離子熒光傳感器

Z.S.Sun等[53]以鹽酸甜菜堿和磺胺嘧啶分別作為碳源和氮源，通過水熱法合成了綠色發(fā)射碳點(G-CDs)。Pb2+對G-CDs有較好的熒光猝滅作用，其猝滅機理可能是Pb2+與G-CDs表面的基團配位形成非熒光絡合物，從而猝滅G-CDs的熒光。G-CDs的檢測線性范圍為0～200 μmol/L，檢測限為3.017 4 μmol/L。而R.Bandi等[54]以馬纓丹果為碳源制備氮摻雜碳量子點(NCDs)，通過研究其猝滅機制發(fā)現(xiàn)其猝滅常數(shù)與溫度成正比，而碰撞頻率隨溫度而增加，這說明Pb2+與NCDs之間的碰撞次數(shù)增加。因此，猝滅常數(shù)隨溫度升高而增加可歸因于其碰撞/動力學性質(zhì)。在添加Pb2+之后NCDs的吸收峰位置沒有明顯變化，這表明在NCDs和Pb2+之間沒有形成靜態(tài)中間產(chǎn)物。因此，Pb2+對NCDs的猝滅機制可能是NCDs表面官能團的高親和力使其可選擇性地與Pb2+相互作用，促進非輻射電子從NCDs的激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)移到Pb2+從而導致NCDs熒光猝滅。NCDs量子產(chǎn)率為33.15%，在0～200 nmol/L濃度范圍內(nèi)對Pb2+有較好的線性響應，檢測限為9.64 nmol/L。H.Q.Wang等[55]開發(fā)了一種比色熒光檢測水中Pb2+的方法，并通過熒光紙條和智能手機應用程序?qū)崿F(xiàn)了可視化、實時和半定量檢測。由藍色碳點(BCDs)和紅色碳點(RCDs)以固定的熒光強度比混合制備比色熒光傳感器。BCDs的藍色熒光可以被Pb2+猝滅，RCDs的紅色熒光作為背景值Pb2+對其無影響。隨著Pb2+含量的增加，藍色熒光強度的降低使得溶液顏色從藍色變?yōu)榧t色，在紫外燈下使用智能手機可以進行區(qū)分，檢測限分別為2.89 nmol/L和35.26 nmol/L。該體系可應用于自來水、湖水等實際樣品的目視檢測。

2.5 鉻離子熒光傳感器

對于鉻離子猝滅碳量子點熒光的機制探討較為豐富，其中內(nèi)濾效應是熒光猝滅的主要機制。

Y.Y.Ji等[56]制備硫、氮共摻雜碳點(S，N-CDs)用于鉻(VI)和抗壞血酸(ascorbic acid，AA)的檢測。鉻(VI)通過內(nèi)濾效應猝滅S，N-CDs在445 nm處的熒光。加入抗壞血酸后體系的熒光恢復，這可能是由于抗壞血酸與鉻(VI)螯合從而恢復S，N-CDs的熒光，其次，抗壞血酸將鉻(VI)還原成低價態(tài)，消除鉻(VI)對S，N-CDs的內(nèi)濾效應，恢復體系的熒光。鉻(VI)對S，N-CDs的檢測范圍為0.03～50 μmol/L，檢測限為21.14 nmol/L。Y.Y.Wang等[57]采用水熱法制備了硼氮共摻雜碳量子點(B，N-CDs)，熒光量子產(chǎn)率達59.01%。B，N-CDs可以作為熒光傳感器檢測Cr(VI)，其熒光猝滅機制為靜態(tài)猝滅和內(nèi)濾效應。該體系檢測線性范圍為0.3～500 μmol/L，檢出限為0.24 μmol/L，該體系可應用于實際水樣中的Cr(VI)檢測。F.P.Mutuyimana等[58]以4-乙酰氨基苯甲醛和4-氨基乙酰苯胺鹽酸鹽為原料，采用水熱法制備碳量子點(CD)，Cr(VI)對其有較好的熒光猝滅作用。熒光圖譜顯示Cr(VI)的吸收光譜和CD的激發(fā)和發(fā)射光譜之間沒有重疊，故可以排除內(nèi)濾效應導致CD熒光猝滅這一原因。在添加各種濃度的Cr(VI)前后，CD的熒光壽命幾乎保持不變，這表明Cr(VI)對CD的熒光猝滅是由靜態(tài)猝滅引起。CD可用于檢測水中Cr(VI)，其線性檢測范圍為1～400 μmol/L，檢出限為0.13 μmol/L。

2.6 放射性金屬離子熒光傳感器

放射性重金屬是指可以放射出α、β和γ射線的天然金屬和合成金屬。天然放射性重金屬包括钚(Po)、鈁(Fr)、鐳(Ra)、錒(Ac)、釷(Th)、鏷(Pa)、鈾(U)。放射性重金屬元素通過生物富集作用進入人體后可引起內(nèi)照射放射病，嚴重危害人體健康。因此對環(huán)境中放射性重金屬的檢測尤為重要。目前碳量子點作為放射性重金屬離子熒光傳感器方面的研究主要用于對鈾離子的檢測，猝滅機制主要有非熒光絡合物的形成、聚集、內(nèi)濾效應等。

2.7 其他離子熒光傳感器

圖3 基于智能手機快速檢測鈾酰離子設備的結(jié)構(gòu)[59]Fig.3 Photograph and structure of smartphone based platform device for uranyl detection[59]

碳量子點同時檢測多種金屬離子的研究較少。P.Chauhan等[61]以廢椰殼為碳源制備碳量子點(C-dots)，具有“開-關”熒光效應，可用于檢測水中的Cd2+和Cu2+，其檢測限分別為0.18 nmol/L和0.28 nmol/L。在Cu2+存在的情況下會引起C-dots熒光猝滅，其原因主要是Cu2+與C-dots表面上的羥基、羧基和氨基的配位導致C-dots聚集。Cd2+存在的情況下會引起C-dots熒光增強，其一可能是由于Cd2+的存在使得C-dots的激發(fā)速率增加，其二可能是C-dots表面的局部表面等離子共振與Cd2+之間的相互作用導致C-dots的發(fā)射峰增強。

3 總結(jié)與展望

綜上，碳量子點具有粒徑小、比表面積大、水溶性好、化學結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易于制備、無毒無害等優(yōu)點，在金屬離子檢測和生化分析等領域展現(xiàn)出較好的應用前景。雖然對碳量子點的研究在近幾年來取得了較大的進展，但還存在以下問題需要進一步解決：

1)目前對于碳量子點的熒光發(fā)光機理仍沒有統(tǒng)一的說法，在很大程度上限制了碳量子點的應用與發(fā)展。

2)雖然制備碳量子點的方法有很多，但不同原料和制備方法所得到的碳量子點在物理化學等性質(zhì)方面存在很大差異，給定量分析帶來了困難。因此需要實現(xiàn)碳量子點的標準化，進一步拓展其應用。

3)碳量子點檢測重金屬離子大多基于絡合作用，可以引入對重金屬離子敏感的特異性官能團來加強其對重金屬離子的選擇性。

4)目前碳量子點主要是檢測單一的重金屬離子，缺少碳量子點對多種重金屬離子同時檢測的方法，需要進一步探索。

5)目前碳量子點對放射性金屬離子的檢測研究較少，主要是對鈾酰離子的檢測，缺少對其他放射性金屬離子的檢測研究，需要進一步探索。

6)相信隨著對碳量子點熒光傳感器的不斷探索和研究，上述問題能夠得到較好解決。同時，碳量子點的新性質(zhì)將不斷被開發(fā)，有望更廣泛地應用于各個領域。