隨著納米科技的飛速發(fā)展，納米材料憑借其與宏觀材料截然不同的物理化學(xué)性質(zhì)，已成

為化學(xué)與料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。從用于光電器件的量子點(diǎn)、催化領(lǐng)域的納米金屬顆粒，到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的熒光納米探針，納米材料的功能實現(xiàn)與其微觀結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)及光學(xué)性能密切相關(guān)。因此，建立精準(zhǔn)、高效的納米材料表征方法，是揭示其結(jié)構(gòu)-性能內(nèi)在聯(lián)系、指導(dǎo)材料設(shè)計與合成的關(guān)鍵。

目前，納米材料表征常用的技術(shù)包括X射線衍射（XRD）、透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）等，這些技術(shù)雖能有效分析納米材料的晶體結(jié)構(gòu)與形貌尺寸，但在光學(xué)性能定量分析、表面動態(tài)變化監(jiān)測等方面存在局限性。例如，TEM雖可直觀觀察納米顆粒的粒徑分布，但無法直接反映其熒光發(fā)射特性；XRD僅能提供晶體結(jié)構(gòu)信息，難以捕捉納米材料表面修飾過程中的實時變化。

熒光光譜技術(shù)作為一種靈敏的光學(xué)表征手段，可通過分析納米材料的熒光發(fā)射峰位置、強(qiáng)度、半峰寬及熒光壽命等參數(shù)，快速獲取其光學(xué)性能、表面電子態(tài)及分子相互作用等信息。博清生物科技（南京）有限公司研發(fā)的熒光計作為一款集高靈敏度、高分辨率與快速檢測于一體的專業(yè)熒光分析儀器，具備寬波長范圍檢測、低檢出限、實時掃描等優(yōu)勢，為納米材料的光學(xué)表征提供了新的技術(shù)支撐。

一、實驗部分

（一）實驗材料與試劑

納米材料：CdSe/ZnS核殼量子點(diǎn)；檸檬酸修飾納米金；氮摻雜石墨烯量子點(diǎn)。材試劑：無水乙醇；去離子水；巰基乙酸；磷酸鹽緩沖液。

（二）儀器設(shè)備

1、主要表征儀器：博清生物熒光計，掃描速度可調(diào)，配備溫度控制模塊；透射電子顯微鏡，用于驗證納米材料的形貌與粒徑；X射線衍射儀，用于分析納米材料的晶體結(jié)構(gòu)。

2、輔助設(shè)備：超聲波清洗儀；分析天平；超純水機(jī)。

（三）實驗方法

1、納米材料的預(yù)處理

量子點(diǎn)：將不同粒徑的 CdSe/ZnS量子點(diǎn)用無水乙醇稀釋至濃度為1μmol/L，超聲分散 10min，靜置至溶液澄清，備用。

納米金：將自制的15nm、30nm檸檬酸修飾納米金用去離子水稀釋至OD520=0.5，超聲處理5min，備用；取部分納米金溶液，加入不同濃度的巰基乙酸（TGA），室溫孵育0-60min，用于表面修飾動態(tài)監(jiān)測。

石墨烯量子點(diǎn)：將水熱法合成的NGQDs用PBS緩沖液（pH=7.4）稀釋至濃度為0.5mg/mL，超聲分散15min，過0.22μm濾膜，去除團(tuán)聚顆粒，備用。

2、熒光光譜測定

激發(fā)光譜與發(fā)射光譜掃描：使用博清生物熒光計，對預(yù)處理后的納米材料溶液進(jìn)行激發(fā)光譜與發(fā)射光譜掃描。其中，量子點(diǎn)的激發(fā)波長設(shè)定為365nm，發(fā)射波長掃描范圍為400-700nm；納米金的激發(fā)波長設(shè)定為450nm，發(fā)射波長掃描范圍為500-650nm；NGQDs的激發(fā)波長設(shè)定為320nm，發(fā)射波長掃描范圍為400-550nm。掃描速度設(shè)定為500nm/min，狹縫寬度為5nm，每個樣品重復(fù)測定3次，取平均值。

熒光強(qiáng)度穩(wěn)定性監(jiān)測：選取NGQDs溶液為研究對象，在激發(fā)波長320nm、發(fā)射波長450nm 條件下，使用博清生物熒光計的實時監(jiān)測功能，連續(xù)記錄60min內(nèi)熒光強(qiáng)度的變化，采樣間隔為1min，分析儀器對納米材料熒光穩(wěn)定性的監(jiān)測能力。

3、熒光量子產(chǎn)率計算

以熒光素鈉（乙醇溶液，量子產(chǎn)率Φstd=0.95）為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，采用相對法計算納米材料的熒光量子產(chǎn)率。使用博清生物熒光計分別測定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)與樣品的熒光發(fā)射光譜，根據(jù)公式計算樣品的熒光量子產(chǎn)率：

Φsample=Φstd×(Isample/Istd)×(Absstd/Abssample)×(ηsample2/ηstd2)

其中，Φsample為樣品的熒光量子產(chǎn)率，Φstd為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的熒光量子產(chǎn)率，Isample、Istd分別為樣品與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的熒光發(fā)射積分強(qiáng)度，Abssample、Absstd分別為樣品與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在激發(fā)波長處的吸光度（控制吸光度<0.1，避免自吸收），ηsample、ηstd分別為樣品與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶劑的折射率。

4、熒光壽命測量

使用博清生物熒光計的時間分辨熒光功能，對 CdSe/ZnS量子點(diǎn)（粒徑3.5nm）與NGQDs進(jìn)行熒光壽命測量。激發(fā)波長分別設(shè)定為365nm（量子點(diǎn)）與320nm（NGQDs），發(fā)射波長分別設(shè)定為520nm（量子點(diǎn)）與450nm（NGQDs），采用時間相關(guān)單光子計數(shù)（TCSPC）技術(shù)，記錄熒光衰減曲線，使用儀器自帶的擬合軟件進(jìn)行雙指數(shù)擬合，計算熒光壽命τ1、τ2及相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)α1、α2，最終以平均熒光壽命τavg=α1τ1+α2τ2表示。

四、結(jié)論

博清生物科技（南京）有限公司研發(fā)的熒光計在化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域納米材料表征中的應(yīng)用，通過對CdSe/ZnS量子點(diǎn)、納米金、氮摻雜石墨烯量子點(diǎn)等典型納米材料的熒光光譜、熒光量子產(chǎn)率、熒光壽命及表面修飾動態(tài)過程的分析，得出以下結(jié)論：

1、博清生物熒光計可精準(zhǔn)捕捉納米材料的尺寸依賴性熒光特性，通過熒光發(fā)射峰位移實現(xiàn)對量子點(diǎn)粒徑的快速評估，且能靈敏監(jiān)測納米金表面修飾過程中的光學(xué)性能變化，為納米材料的結(jié)構(gòu)與表面狀態(tài)分析提供高效手段。

2、該儀器在熒光量子產(chǎn)率與壽命的定量分析中具有較高的準(zhǔn)確性，測定結(jié)果與文獻(xiàn)值偏差小，可有效區(qū)分納米材料不同發(fā)光位點(diǎn)的熒光壽命，為探究納米材料的光學(xué)性能與發(fā)光機(jī)理提供可靠數(shù)據(jù)。

3、博清生物熒光計憑借高靈敏度、快速檢測、多參數(shù)分析及溫度可控等優(yōu)勢，在納米材料表征領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，尤其適用于低濃度納米材料分析、表面動態(tài)過程監(jiān)測及溫度響應(yīng)特性研究。

未來，可進(jìn)一步拓展博清生物熒光計在納米材料原位表征（如納米材料合成過程中的實時監(jiān)測）、多組分納米復(fù)合材料光學(xué)性能分析等領(lǐng)域的應(yīng)用，同時結(jié)合其他表征技術(shù)，構(gòu)建更全面的納米材料表征體系，為化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域中納米材料的研究與應(yīng)用提供更強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。