大米好不好 手机验成色_深圳商报数字报

碳点在可视化精密pH检测、“分子信号交通灯”等领域的应用示意图(www.ruizuan.net)。 (受访者供图)

几种不同的碳源材料

深圳商报记者 袁斯茹

水质是否达标?大米的品质如何?未来,也许可以通过手机“一键验成色”了。近日,中科院深圳先进院金宗文团队利用碳点发光,实现了裸眼pH检测。“未来还可进一步用于各种显色反应。”团队成员赵江林博士告诉记者。

用碳点作为发光材料

使用碳点作为发光材料,源于团队的一次“意外”收获。

pH是用来衡量溶液酸碱性的一种标度。精准测量pH值具有重要意义,如人体血液的pH通常在7.35—7.45之间,如果发生波动,就是病理现象;很多化学反应也需要在特定的pH下进行,否则得不到所期望的产物;很多植物有喜欢酸性土壤或碱性土壤的习性, 控制土壤的pH可以使种植的植物生长得更好。在传统检测中,通常将待检的液体样品滴在pH试纸上,样品中的氢离子和试纸中的化学指示剂发生反应,随之产生颜色变化。

“这种颜色变化其实比较难界定,比如浅红和淡红,仅靠肉眼无法精确判断。”赵江林告诉记者。

此前,团队在一项化学研究中,本想制备一种水溶性有机物,用于生物体的发光成像。在多次尝试后,团队得到了一种非常亮眼的未知发光物质。“我专攻超分子化学,起初并不知道这种物质是什么,尝试了透射电镜、红外光谱、核磁共振等多种方法,最终确定它是一种新兴的碳基纳米材料——碳点。”赵江林告诉记者。

事实上,科学家们一直都在研究如何提高碳点的发光性能。目前的主流策略主要是后期发力,即在得到碳点后,对其表面进行后处理或加入一些其他物质。此次研究中,团队创新性地从源头开始,一步到位,直接调控碳点最终的发光性能。

“关于碳点的发光原理,目前有两种主要解释。其中一种是,碳点内包含无数个纳米级的小微球,就像一个个非常小的‘玻璃珠’,光打过去的时候,捕捉特定的光,从而呈现不同颜色。”赵江林说。

金宗文表示,为实现从源头调节碳点发光,团队设计了一系列不同的碳源,结果发现只需简单修改碳源的分子结构,就能极大影响碳点形成的聚合度和碳化程度,调节最终碳点的发光性质。

基于以上实验,团队首次从有机化学角度证实了可以从源头上调控碳点的发光性能。

可实现裸眼pH检测

“令人惊喜的是,最终优化得到的碳点表现出罕见的极酸敏感性,由此使得检测分辨率达到0.2pH单位,远高于目前商用精密pH试纸,可实现裸眼pH检测。”赵江林介绍说。

具体操作过程为,在待测溶液中加入百万分之一的碳点指示剂,用紫外光照射,根据不同的pH值,试剂会显示不同的颜色。“除了pH检测,这一过程还可用于类似的各种显色反应的快速检测,只需在制备试剂时,加入不同的反应物即可。”赵江林说。

目前,团队建立了pH值和颜色对应的标准数据库,可精准定位颜色变化和pH值的变化关系。“我们的最终目标是希望能实现,无论何时何地何人,对于任何比色检测方法,只需掏出手机,拍摄一张照片,就能直接得到分析结果,实现‘一键’即时检测。” 赵江林表示。

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