Обзор методов характеризации углеродных квантовых точек и их применения для обнаружения остатков агрохимикатов

В последние годы углеродные квантовые точки (CQDs) стали одними из наиболее перспективных наноматериалов в семействе углеродных наноструктур благодаря низкой токсичности, простоте синтеза, уникальной флуоресценции, высокой фотостабильности, хорошей растворимости в воде, большой удельной площади поверхности и выдающимся электронным свойствам. Их применяют в самых разных областях, включая флуоресцентное и электрохимическое детектирование, биовизуализацию, доставку лекарственных препаратов, антимикробные исследования, изучение антиоксидантов и фотокатализ. Особый интерес к CQDs в сенсорных приложениях обусловлен их уникальными фотохимическими, электрохимическими и электрохемилюминесцентными свойствами. Они проявляют фотолюминесценцию (PL), зависящую или не зависящую от длины волны возбуждения, характеризуются высоким квантовым выходом и способны связываться с аналитами, что делает их перспективными для флуоресцентных сенсорных платформ. Чрезмерное применение агрохимикатов на сельскохозяйственных угодьях может загрязнять окружающую среду и оказывать потенциально неблагоприятное воздействие на водные организмы и здоровье человека. Поскольку методов контроля таких вредных веществ пока мало, необходимо разрабатывать сенсоры для простого, быстрого и непосредственного на месте обнаружения и количественного определения остатков агрохимикатов в окружающей среде. В последнее время опубликованы данные о нескольких флуорофорах на основе CQDs для обнаружения остатков агрохимикатов с использованием статического или динамического тушения флуоресценции. К основным механизмам тушения, задействованным при детектировании, относятся FRET, PET и IFE. В первой части обзора подробно рассматриваются различные методы характеризации CQDs, в том числе УФ-видимая спектроскопия, ИК-Фурье-спектроскопия, PL, рентгеновская дифракция, ЯМР, ПЭМ, термогравиметрический анализ, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и рамановская спектроскопия. Кроме того, обобщены данные о применении CQDs в качестве флуоресцентных сенсоров для обнаружения остатков агрохимикатов в различных средах. Низкие пределы обнаружения и быстродействие сенсоров свидетельствуют о существенных преимуществах этих методов перед традиционными аналитическими методами.