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。
(深圳商报记者 袁斯茹)
