在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，清潔水源的監(jiān)測與保護(hù)一直是研究的熱點。隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，水體中重金屬污染問題日益嚴(yán)峻，對人類健康、水生生態(tài)及環(huán)境可持續(xù)性構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。墨西拿大學(xué)Claudia Espro教授團(tuán)隊在《Environmental Science: Nano》（IF=5.8）上發(fā)表的一項研究中提出了一種創(chuàng)新的解決方案——利用啤酒業(yè)副產(chǎn)品啤酒渣（BB）合成碳納米點（CNDs），并成功應(yīng)用于水中重金屬（Hg2? 和 Pb2?）的高靈敏度熒光和電化學(xué)檢測。本文將對這一研究進(jìn)行詳細(xì)解讀，并特別關(guān)注EMA502 CNHS-O元素分析儀在其中的關(guān)鍵作用。

研究背景

清潔水是農(nóng)業(yè)、海洋生態(tài)系統(tǒng)、人類健康及能源生產(chǎn)不可或缺的資源。重金屬離子如汞、銅、鎘、鉛等，由于其高毒性和難以降解的特性，成為水體污染的主要來源之一。這些重金屬離子可通過食物鏈累積，對人類健康造成長期危害。因此，開發(fā)高效、靈敏的重金屬檢測方法對于環(huán)境監(jiān)測和公共健康保護(hù)至關(guān)重要。

研究方法

碳納米點的合成：

本研究采用了一種簡單而高效的合成方法，利用啤酒渣通過水熱碳化過程制備了碳納米點（CNDs）。啤酒渣作為啤酒工業(yè)的副產(chǎn)品，具有作為木質(zhì)纖維素來源的諸多優(yōu)勢，如低成本、可再生及環(huán)境友好等。通過水熱碳化處理，啤酒渣中的有機(jī)物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為富含羥基和羧基功能團(tuán)的碳納米點，這些功能團(tuán)不僅提高了CNDs的水溶性，還賦予了其優(yōu)異的熒光性能。

表征方法：

為了全面了解CNDs的物理化學(xué)性質(zhì)，研究團(tuán)隊采用了多種表征技術(shù)，包括透射電子顯微鏡（TEM）、X射線衍射（XRD）、傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、CHNS元素分析、動態(tài)光散射（DLS）以及zeta電位測量等。特別值得一提的是，EMA502 CNHS-O元素分析儀在CNDs的CHNS元素分析中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，為CNDs的精確組成分析提供了可靠數(shù)據(jù)。

熒光與電化學(xué)檢測：

基于CNDs的優(yōu)異性能，研究團(tuán)隊進(jìn)一步開發(fā)了高靈敏度的熒光和電化學(xué)探針，用于檢測水中的Hg2?和Pb2?。熒光探針的檢測限分別達(dá)到了11.3 nM（Hg2?）和78.8 nM（Pb2?），而電化學(xué)平臺則實現(xiàn)了對這兩種重金屬離子的選擇性和同時檢測，檢測限分別為124 ng/L（Hg2?）和551 ng/L（Pb2?），靈敏度高達(dá)11.4-34.1 μA nM?1 cm?2。

研究亮點

• 可持續(xù)合成：利用啤酒渣這一可持續(xù)資源合成碳納米點，實現(xiàn)了廢物資源化利用，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則。

• 高級表征：采用EMA502 CNHS-O元素分析儀等先進(jìn)儀器對CNDs進(jìn)行全面表征，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

• 高靈敏度檢測：開發(fā)的熒光和電化學(xué)探針均表現(xiàn)出極高的檢測靈敏度，能夠準(zhǔn)確檢測出水中微量重金屬（Hg2? 和 Pb2?）。

• 環(huán)境與健康：該研究為環(huán)境監(jiān)測和公共健康保護(hù)提供了有力工具，有助于減少重金屬污染對人類健康和水生生態(tài)的威脅。

本研究通過創(chuàng)新性地利用啤酒渣合成碳納米點，并成功應(yīng)用于水中重金屬的高靈敏度檢測，展示了廢物資源化利用的巨大潛力。EMA502 CNHS-O元素分析儀在表征過程中的關(guān)鍵作用，進(jìn)一步凸顯了先進(jìn)儀器在科學(xué)研究中的重要性。未來，隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，基于碳納米點的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)有望得到更廣泛的應(yīng)用，為環(huán)境保護(hù)和公共健康事業(yè)做出更大貢獻(xiàn)。

感謝 @Claudia Espro 教授和 @Viviana Bressi 博士以及墨西拿大學(xué)為本研究做出的重要貢獻(xiàn)。

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參考文獻(xiàn)：

Viviana Bressi,Consuelo Celesti,Angelo Ferlazzo,Thomas Len,Kaveh Moulaee,Giovanni Neri,Rafael Luque,Claudia Espro,et al. Waste-derived carbon nanodots for fluorimetric and simultaneous electrochemical detection of heavy metals in water[J].Environ.Sci.:Nano, 2024, 11, 1245–1258.https://doi.org/ 10.1039/d3en00639e