2019年CAIA獎二等獎獲獎項目成果簡介：基于碳點及磁性材料的水體污染物靈敏檢測技術與應用
完成單位： 中國石油大學（北京）
完成人：周慶祥，陳春茂，劉永麗，李 靖，武亞林，袁勇勇，王洪元，王玉芹，趙丹晨，詹亞力
成果簡介：
基于碳點及磁性材料的水體污染物靈敏檢測技術與應用屬環境科學領域，水體污染物種類繁多，開發可靠的監測技術是環境領域的重要熱點及研究方向之一。本研究成果立足開發靈敏的傳感器及高效的樣品前處理技術，率先將碳點及半胱氨酸修飾的硫化鎘量子點引入環境污染物的痕量檢測，開發了靈敏的檢測鉛離子、焦磷酸根離子、三硝基苯酚等的化學傳感器；采用功能化修飾磁性納米材料開發了系列檢測環境有機污染物的新型檢測技術；采用納米碳點及功能化的硫化鎘量子點開發了靈敏的化學傳感器，這些建立的了分析方法靈敏度高，無須昂貴分析檢測設備，采用常規分析儀器或其與開發的富集新方法有機結合可以達到高靈敏分析檢測要求，成本低廉，研究成果發表在如Carbon、Sensors and Actuators B-Chemical、Chemosphere等國際重要學術期刊上，受到了國內外同行的高度關注與好評，并在他們的發表的論文中進行了引用。
創新點及科學價值：
（1） 采用納米碳點及硫化鎘量子點構建了重金屬離子及有機污染物的靈敏化學傳感器
以巧克力為碳源合成的碳點構建了檢測鉛離子的熒光探針，檢測限為12.7nmolL-1; 以檸檬酸鈉和聚丙烯酰胺為碳源制備了水溶性熒光碳點，其量子產率為18.0%，實驗發現合成的碳點基于“off-on”的模式可構建靈敏性檢測Pb2+和焦磷酸根（PPi）的熒光探針,檢出限分別為4.6 nmol L-1和54 nmol L-1; 硫化鎘量子點半胱氨酸修飾構建了檢測2，4，6-三硝基苯酚的熒光探針，檢測限低至39 ng mL-1。
（2） 應用納米零價鐵功能化修飾材料建立了典型環境污染物高效富集檢測新技術
應用鎂鋁雙氫氧化物、聚苯胺、MOFs、對二巰基苯、熱敏性聚合物、分子印跡材料、聚乙烯亞胺、樹枝狀聚合物等對納米價合金鐵及四氧化三鐵進行功能化修飾，建立了富集檢測雙酚A、壬基酚、辛基酚等酚類污染物、蘇丹紅染料、雜環多環芳烴及典型多環芳烴、重金屬離子、鄰苯二甲酸酯類污染物等的靈敏檢測新方法，檢測限低于0.45 μgL?1，有機污染物可至幾個ngL-1。
（3）采用磁-熱敏性雙響應功能化開發磁性固相萃取富集環境污染物的新技術
熱敏性材料是一類隨溫度變化其性能發生顯著變化的材料，將其于磁性材料進行功能化修飾，利用熱敏性材料的隨溫度變化特性及磁性材料的磁性進行環境污染物痕量富集與檢測，酚類污染物的檢出限在0.58-0.76 μg L-1之間，將磁性納米零價鐵與熱敏性聚合物有機結合合成的結合二者優點的功能化磁性材料，可以進行有效設計，提高富集倍數，從而實現提高檢測的靈敏度，此方法的成功為其它污染物檢測方法開發提供了新的思路及理論指導，同時也為相關的研究工作拓展了新的方向。
（3） 將樹枝狀聚合物的多端基官能團特性與磁性材料的易分離特性相結合開發了高效萃取典型環境污染物的新方法
樹枝狀聚合物是高度對稱、高度枝化的具有單分散性的三維立體球狀結構，通過硅烷化反應進行端氨基修飾，功能化官能團可以實現高效富集，實驗結果表明，四溴雙酚A和壬基酚P的檢出限可達0.017 μgL-1和0.011 μgL-1。
社會經濟效益：
（1） 研究成果獲國家發明專利一項，國內外重要學術期刊發表論文17篇，這些研究成果可以給國內外相關研究工作者提供學術及應用參考。
（2） 基于碳點及量子點修飾開發的傳感器選擇性好、靈敏度、穩定性好，為相關研究提供了新的思路
（3） 基于磁性納米材料開發的富集技術思路新、二次污染少、富集倍數高、操作簡單、成本低、易于推廣、方法靈敏度，可以作為環境污染物監控的重要技術手段，也可以用作日常分析的例行分析技術，其進一步應用，必將獲得巨大的社會、經濟、環境效益。
應用前景：
（1） 水溶性碳點具有很好的化學穩定性，其毒性相對較低，開發的靈敏檢測重金屬離子等化學傳感器具有很好的應用潛力
（2） 功能化材料與納米零價鐵有機結合合成新型 功能化材料，并將其引入到環境分析化學領域，開發了系列磁性富集與分離的新技術，建立的檢測典型重金屬及有機污染物的方法靈敏度高、操作簡便、對工作人員要求低、成本低、易于推廣。
（3） 開發的系列高靈敏檢測技術可以作為目標污染物的例行分析技術，為環境監測部門提供了可信的痕量污染物的高效檢測分析平臺，同時也為其他環境污染物的痕量監控新技術與新方法的開發奠定了良好的基礎，提供了新的設計思路與參考。
