目前，碳基发光纳米粒子可以通过多种物理和化学方法从各种碳基来源合成。然而，在大多数情况下，合成产物是复杂的混合物，这给理解反应产物的结构和光学性质带来了重大挑战。2019年， Saratov State
University的Kokorina教授对碳基发光纳米粒子的分离纯化方法的研究现状进行了综述。本文特别针对蔗糖密度梯度离心、色谱技术和电泳等方法进行了探讨，因为它们能够将反应产物精细分离成许多部分。比较分析的目的是帮助开发未来的反应产物分离和纯化的策略，从而更好地了解碳基发光纳米粒子的结构和发光机理，并巩固其应用。相关成果于2019年以Luminescent carbon nanoparticles
separation and purification为题发表在Adv. Colloid Interface Sci. (IF = 15.9) 上。1. 前言
在本文中，将不同文献中报道的碳纳米材料分为碳点、碳量子点、石墨烯量子点等。这些结构的共同特征是存在大量具有sp2杂化轨道的石墨烯样的C=C和具有sp3杂化轨道的缺陷区域。众所周知的碳纳米结构，如碳纳米管、纳米金刚石或富勒烯，在本综述中没有考虑，因为已经有大量关于它们的纯化和分离技术的文章。合成CNPs的起始材料和已报道的方法有很多。起始材料从化学试剂（柠檬酸、对苯二胺、二氨基萘等，包括聚合物和生物聚合物），到实验室生产的化学品（表面活性剂改性硅球），甚至是天然产物（蜡烛烟灰、柠檬皮等）。合成方法包括激光烧蚀、电化学、微波或溶剂热处理。到目前为止，这些方法都不能获得具有均匀尺寸和性质的纳米颗粒，也不能对CNPs的尺寸和性质提供足够的控制。因此，为了详细了解CNPs的结构和性质并使其得到广泛应用，有必要开发具有相同（或至少相似）特征的反应产物的分离方法。离心和过滤被广泛用于去除CNPs悬浮液中较大的碎片。透析允许从包括分子和未经处理的化合物在内的较小结构中解决CNPs溶液纯化的问题。然而，这些方法并没有分离出具有均匀性质（甚至均匀大小）的CNPs或具有目标性质的CNPs组分。将CNPs混合物精细分离成更明确的组分的方法目前较少，但已经报道了一些非常有用的分离成具有不同性质的组分的示例（示例见表1）。表1. 见https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0001868619302155?via%3Dihub#t0005
CNPs之间往往在反应产物的大小、缺陷结构和发光性质上有显著的差异。由于从复杂的反应产物混合物中分离单个组分的困难，所有这些特征尚未得到很好的理解。此外，在许多情况下，CNPs的确切原子结构尚不清楚。因此，在本文中，对CNPs的分离方法（如大小、质量、电荷、密度或疏水性或亲水性）的应用场景进行了总结和分析，以探索其性质、发光机制和潜在的应用。表2总结了CNPs分离技术的原理和可能性。表2. 见https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0001868619302155?via%3Dihub#t0010
2. 透析
透析是一种广泛使用的技术，用于使用半透膜从低分子量物质中分离蛋白质的胶体溶液、聚合物和金属纳米颗粒。在透析过程中，低分子化合物穿透膜孔（透析袋），而高分子量化合物保留在透析袋中，称为透析液。通常，透析对纯净水或缓冲液（如果需要保持pH值）进行12-48 h。虽然透析是从CNPs溶液中去除低分子物质的有效方法，但它仍然有一个显著的缺点，因为透析后的样品被稀释了。但仍然有大量的文献报道将透析作为主要的分离方法或分离方法之一。在下面部分中，按透析袋孔径增大的顺序总结了几个例子。Hu的小组使用100-500 Da的小孔透析膜纯化HT获得的CNPs。结果表明，合成的CNPs平均尺寸为5 nm，发射波长为456 nm，量子产率为38.7%。其他组使用MWCO较大（1000 Da）的透析膜分离混合的CNPs溶液。Wang等从间氨基苯甲酸中获得了420 nm发光明亮的CNPs，其QY = 30.7%，尺寸约为3 nm。Kumar等使用透析过程作为过滤后的第二个分离步骤，发射最大值在510-550 nm之间，QY为9.3%。CNPs的尺寸也相对较小，平均直径为3 nm。通过高温加热(2-吡啶偶氮)-2萘酚和氯化钴，可得到3 nm左右的纳米颗粒。CNPs的发射最大值位于绿色区域（最大564 nm），QY为6.2%。Mao等采用较大（MWCO为8000 - 14000 Da）的透析袋分离裸CNPs和PEG钝化物。所报道的CNPs的尺寸约为1.5 nm，最大发射波长为520-560 nm，在不同激发波长下，裸CNPs的QY最高为0.87%，PEG修饰纳米颗粒的QY最高为1.24%。蛋白质质量（单位为Da）与其最小半径（单位为nm）的相关性允许假设CNPs大小与透析袋孔的大小相关。因此，5 kDa左右的孔隙可以被1 nm或更小的纳米颗粒通过。因此，透析通常用作分离方法之一，主要在处理合成混合物的开始，以去除低分子量组分。从理论的角度来看，透析分离的主要原理主要是基于粒度。本节的主要发现之一是透析膜的MWCO、所报道的颗粒大小与其PL峰发射波长之间没有明确的相关性。这表明透析对于去除过量的试剂或分子大小的反应产物更有效。3. 离心
离心是另一种广泛使用的颗粒分离方法。该工艺是基于在离心力作用下从溶液中析出具有较高密度、较大质量和尺寸的颗粒。在分离CNPs时，该方法用于分离合成中获得的较大的聚合物或分离质量/密度有显著差异的颗粒。离心转速在8000 - 13000 rpm范围内，通常使用10-30 min。在大多数报道的方案中，与透析一样，离心通常是合成后的第一步。离心的优点之一是CNPs可以在水中和有机溶剂中分离，另一个优点是没有样品稀释，甚至可能增加浓度。此外，在较宽的范围内，不同的离心机速度可以为样品分离成不同质量的纳米颗粒的几个部分提供途径。例如，Sahu等报道了用离心分离法将从橙汁中提取的CNPs分离成两个不同大小的组分。他们使用了两种不同的离心速度模式：3000 r/min和10000 r/min，中间加入丙酮，连续分离出尺寸分别为20 nm和1.5-4.5 nm的CNPs，分别称为CP和CD。结果表明，这两个组分具有不同的发射最大值（CP为474 nm，CD为455 nm）和不同的QY（CP为20%，CD为26%）。许多报告证明了离心可作为去除诸如碳聚集物或无定形碳等杂质的方法。Jia等从坏血酸和Cu(Ac)2·H2O合成CNPs，并在8000 r/min的转速下离心分离。所得CNPs在450 ~ 550 nm区域蓝绿色发光，平均尺寸为3.2±0.72 nm，QY约为3%。在另一项工作中，同样的离心速度为8000 r/min，离心30 min，用于纯化由氧化石墨和石墨颗粒通过电化学手段得到的CNPs，所得CNPs的尺寸为2 ~ 8 nm。较高的离心速度（10,000 r/min）离心10 min，可以从较大的颗粒中分离出基于多巴胺的CNPs。分离后的CNPs平均尺寸为3.8 nm，最大发射波长在380 ~ 530 nm之间，QY为6.4%。Cai等使用类似的离心参数从柠檬酸和乙二胺为前驱体制备的混合物中提取粒径为< 5 nm的纳米颗粒。CNPs的发射波长在蓝色光谱范围内，在435 nm处最大。总之，离心是一种常用的方法，从大颗粒和碳聚合物中分离碳基发光纳米粒子的胶体溶液。应用离心条件、提取的颗粒大小与光发射没有明显的相关性。这可能表明合成条件可能对粒径、结构和表面状态有显著影响，导致粒径变化很大。4. 过滤
过滤是一种经典的基于物质大小的分离方法。含有不同物质的溶液（或悬浮液）通过具有固定孔径的材料（过滤器或膜）。粒径小于膜孔的CNPs可以穿透过滤器，而粒径较大的CNPs不能通过膜孔，在膜表面形成沉淀。这种方法的局限性是不可能通过一次过滤获得不同大小的馏分。采用孔径为0.1 μm的滤纸，经过氧化处理，从未反应的碳管和石墨片中分离CNPs。两种碳纳米管（单壁和多壁）和石墨制备的三种CNPs经过过滤和透析后表现出相似的发光性能，在535 nm处最大发光。测定了CNPs的发光QY为~ 3-6%，所有CNPs类型的尺寸均为3-5 nm。孔径为0.22 μm的膜广泛用于CNPs溶液的过滤。在三种合成温度（40、100和140 °C）下合成的基于头发的CNPs经过过滤，去除大量毛发纤维。在不同的合成温度下，得到了尺寸分别为8.5、4.2和3.1 nm的纳米颗粒。所有CNPs的发射光谱范围在320 ~ 450 nm之间，QY分别为11.4%、4%和5.4%。用同一膜对不同植物叶片合成的三种CNPs进行了分离。所得CNPs的尺寸约为4 nm，最大发射波长为430 nm，QY范围为11.8-16.4%。经过高温处理的姜汁过滤后，获得了类似大小的CNPs（约4.3 nm）。发射最大值为420 nm，QY为13.4%。Yang等在高温处理葡萄糖和二氢磷酸钾后，使用1.0 μm的更大孔径去除杂质。他们根据原料配比合成了两种不同尺寸的CNPs：C-blue（发射波长为435 nm，QY为2.4%）和C-green（发射波长为510 nm， QY为1.8%），分别为1.83 nm和3.83 nm。可以得出这样的结论：简单的过滤确实能有效地将小颗粒从大颗粒中分离出来，但不能有效地用于从反应溶液中选择可调颗粒。从所收集的数据可以清楚地看出，孔径（0.1-1 μm）远远大于所获得的CNPs的尺寸。因此，孔径似乎不影响CNPs的渗透，过滤主要是去除大粒径组分的方法。该方法的优点是简单、快速。然而，与离心分离相比，过滤是一种不太流行的初级分离方法，因为它具有明显的缺点，杂质易粘附在过滤材料上并堵塞孔隙，可能需要使用超声波来防止过滤器堵塞。5. 蔗糖密度梯度离心
蔗糖密度梯度离心是一种根据不同物质在高粘度介质中的沉降特性进行分离的方法。在分离前制备不同密度（由蔗糖浓度决定）的蔗糖凝胶，并将其作为离散层沉积在塑料管中，从蔗糖浓度最高的凝胶开始，因密度最高，从而提供密度梯度。样品被小心地放置在密度从上到下递增的梯度表面上。对于CNPs分离，通常使用50-100%蔗糖凝胶层。在离心力作用下，样品渗入不同的蔗糖层。最后，这些物质在与纳米粒子密度相关的层之间形成条带。Oza等将柠檬制备的CNPs在超声波下利用50-100%蔗糖梯度进行分离，得到两个光学性质不同的组分。离心速度为5000 r/min，离心1 h。CNPs组分的大小有显著差异：第一个组分的大小为20 nm，第二个组分的大小为5 nm。尺寸较小的部分比较大的部分行进的路线更长，并且停在密度较高的层之间。在这种情况下，与第一部分纳米颗粒相比，来自第二部分的较小的CNPs应该具有更大的密度。第一部分的发光光谱在310-340 nm范围内，而第二部分的发光光谱范围明显更宽，约为325-550 nm，QY分别为12.1%和15%。另外两篇报道采用了相同的蔗糖梯度（50-100%），其中CNPs是由碱性甘蔗渣MW处理制备的。分离后，Thakur等得到三种不同的组分，分别为i、ii和iii（图1）。“i”的发光最大值在500 nm左右，“ii”的发光最大值在472 nm左右，而“iii”的发光最大值则下降到463 nm。这与Oza等的结果在粒度和蔗糖梯度上有相似的相关性。粒径在7 nm左右的最小颗粒“iii”在蔗糖梯度中的路径较长，可能比分数“ii”和“i”具有更大的密度。分数“ii”的中间位置和大小约为10 nm，最大的CNPs（“i”，30 nm）在蔗糖梯度的顶部以最小的密度收集。在三种不同的激发波长（350、400和450 nm）下计算QYs，结果均为<1%。Pandey等也用50-100%蔗糖梯度在2795 g下离心40 min得到了阿拉伯树胶提取物中CNPs的三个部分。组分1在白光下呈深棕色，在紫外光下呈墨绿色（PL在495 nm），作者假设存在氧化石墨烯和CNPs的混合物。与组分1相比，组分2的吸收波段在较短的波长区域（216 nm），这可能是纯CNPs的特征。PL光谱在511 nm处达到最大值。第三组分在215 nm处有较强的吸收，在545 nm处有较强的发光峰。第一组分包含150 nm的小氧化石墨烯片，第二和第三组分的尺寸约为5 - 15nm。报道的工作表明，颗粒大小和它们在蔗糖梯度中的位置之间有明确的相关性。可以看出，在密度较大的层中收集的小尺寸纳米颗粒比大尺寸纳米颗粒具有更强的渗透性，这可以通过它们对密度较大的蔗糖层的渗透来说明。因此，这种方法允许根据大小和颗粒密度分离CNPs。因此，作为一种更复杂的方法，密度梯度离心允许将精细的CNPs分离成具有不同性质的馏分。这种方法的优点是便于分离不同密度的组分。对于分离组分的制备性分离，可使用几种方法。一种方法是将蔗糖层冷冻切片。另一种方法是刺破塑料管收集分离的物质带。由于蔗糖梯度制备的困难，蔗糖密度梯度离心是一种很少使用的方法。避免将密度相似的蔗糖层混合也是至关重要的。最后，需要从蔗糖分子中分离馏分提取CNPs，这可能是一个挑战。![]()
Fig. 1. Separation
of CNPs using sucrose density gradient centrifugation at UV lamp (excitation
250 nm) (A, left); Upper and lower panels show the color of the fractions under
normal light and UV light, respectively (A, right). Absorbance and luminescent
spectra (inset) of CNPs fractions (B). SEM images (C,D) and HRTEM image (E) of
fractions i, ii, and iii, respectively.
图1. 紫外灯（250 nm）下蔗糖密度梯度离心分离CNPs（A，左）；上面和下面的面板分别显示了在正常光和紫外线下的组分的颜色（A，右）。CNPs组分（B）的吸光度和发光光谱（插图），组分i、ii和iii的SEM图像（C、D）和HRTEM图像（E）。
6. 层析法
6.1 排阻色谱法
由于不同的物质渗透到固定相孔隙的能力不同，粒径排阻色谱法用于聚合物、生物聚合物、纳米颗粒的粒径分离。如果一种化合物能进入孔隙，它比其他比其孔隙大的物质移动的路线更长。不能进入孔的大物质随流动相通过柱，最小的化合物会最后离开色谱柱。在标准方案中，将样品溶液置于色谱柱顶部，然后加入水或缓冲液以洗脱样品馏分。较大的物质由于被排除在固定相的孔隙之外，首先离开色谱柱，而较小的物质则自由地渗透到孔隙中，最后离开色谱柱。重力型色谱法可以将初始样品分离成大量的馏分。重力粒度排阻色谱法的缺点是用水或缓冲液稀释物质以及过程持续时间长。通过压缩气体（空气、氮气或氩气）推动流动相通过色谱柱，可以实现更快的分离。大量研究者使用带有不同孔隙大小的葡聚糖凝胶的Sephadex柱作为固定相。使用Sephadex G-100（排除体积4-150 kDa）从混合物中分离发光组分。Anilcumar等在激光烧蚀碳靶后分离出最多的发光部分（QY约为78%）。平均粒径约为5 nm时，发射最大值在550 nm附近。Wang等将基于蜡烛烟灰的CNPs分成了七个部分。最后，所有样品在530 nm区域有较强的绿色发射。各馏分的QYs差异显著，随体积的变化，馏分的QYs逐渐增大（55 ~ 60%）。Kokorina等使用较小的分离柱（1-5 kDa）Sephadex G-25分离由葡聚糖硫酸钠合成的CNPs。混合物被分成48份。作者发现了三种类型的发光团：第一种发光团在420 nm处出现在8-15个分数，第二种发光团在480 nm（10-19个分数），第三种发光团在530 nm（35-48个分数）（图2）。每种发光最亮的分数的TEM图像显示出小的CNPs尺寸从1到2.3 nm。两种较大的CNPs类型表现出典型的CNPs的激发依赖性发射。第三种CNPs表现出无激发依赖性发射，尺寸最小，为1 nm。推测CNPs混合物在最新组分中含有分子发光团。![]()
Fig. 2. Luminescent
spectra of fractions with different retention volume: A-11 mL (fraction 15);
B-16 mL (fraction 23); C–27 mL (fraction 39). High-resolution TEM images of
CNPs for fractions 15 (D), 23 (E) and 38 (F).
图2. 不同保留体积组分的发光光谱：A-11 mL（组分15）；B-16 mL（组分23）；C-27mL（组分39）。组分15（D），23（E）和38（F）的CNPs的高分辨率TEM图像。
使用Sephadex LH-20（排除体积4-5kDa），在150 psi压力下，Arcudi等提高了分离效率。以精氨酸和乙二胺为原料制备CNPs。经过所有的分离步骤，得到了三个具有不同光学性质的部分。第一部分在315 nm处最大吸收，在380 nm处最大发射。第二组分在285 nm和315 nm处有两个吸收最大值，在357 nm处有最大发光值。第三种在253和278 nm处有两个短波吸收最大值，在328 nm处有一个长波吸收最大值。CNPs的尺寸分别为2.6、2和1.2 nm左右。与第一部分和第二部分相比，最后一部分的发射最大值具有红移。对于最小尺寸的馏分，QY值最大（19%），而对于其余馏分，QY值约为10-11%。Wang等人使用硅胶柱色谱法，以CH2Cl2/CH3OH（10 : 1, v/v）作为流出物。以间氨基苯酚为原料，经盐酸和硝酸钝化后，水热法制备CNPs，并成功分离成7个组分。随着馏分数的增加，发射最大值发生了强烈的红移（馏分1 ~ 7分别为450、515、520、534、550、575和611 nm）。分离后的颗粒尺寸在1.8 ~ 4.3 nm之间。最大QY约为28%。总之，尺寸排阻色谱法提供了一种有效的工具，用于提取具有不同性质（光学和/或尺寸）的馏分，这对于随后的比较分析是必不可少的。然而，在与Sephadex色谱柱一起工作时不可能使用有机溶剂，这种方法仅适用于亲水CNPs。6.2 阴离子交换高效液相色谱法
离子交换色谱法允许在离子相互作用的基础上分离物质。带电荷官能团的固定相与带相反电荷的电离物质相互作用。阴离子交换色谱法用于在带正电的固定相中分离带负电的样品。因此，在阴离子交换型的情况下，带正电的分子首先被洗脱，带负电的分子可以通过改变缓冲液的pH被洗脱。Vinci等使用了由阴离子交换聚合物纳米颗粒组成的色谱柱，其孔径为2000 Å，用于分离油灯CNPs。洗脱过程在240-600 mM醋酸铵溶液梯度下完成。这些CNPs被分成29个不同颜色的组分，在380 ~ 580 nm的区域，发射达到最大值（图3）。吸光度在230 nm处达到最大值，在300 nm附近有一个肩部。CNPs的平均尺寸为4-5 nm。该小组的另一项工作证明了由氧化石墨烯纳米纤维制备的CNPs，分离得到12个组分，吸光度在225 ~ 500 nm之间。纳米颗粒的大小与电荷无关：组分5为10 nm，组分7为7 nm，组分8为14 nm，组分12为9.5 nm。最大的QYs是组分7和8（分别为7%和6%）。组分5和组分10的QY分别为3%和2%。综合考虑，发现最小的CNPs具有525 nm的最长发射和最大的QY（7%）。阴离子交换色谱法提供了通过电荷相互作用分离样品的可能性。颗粒表面电荷值的差异允许分离具有不同负电荷的颗粒：组分总负电荷越大，其与固定相的相互作用越强，迁移到柱中的速度越慢。因此，该方法允许主要基于纳米颗粒的表面特性进行分离。目前得到的结果表明，碳纳米管的电荷（以及碳纳米管表面的电荷）与发射波长之间存在相关性。根据该理论，前组分具有正负电荷或低负电荷，它们在蓝色区域显示发射，当CNPs负电荷增加后（在大组分中），发射移至绿色区域，并且来自后期组分的负CNPs具有最长的发射波长。这些相关性可能表明，表面电荷（以及决定表面电荷的基团）对发光起决定性作用。![]()
Fig. 3. Emission
spectra (λex = 325 nm) of the bulk CNPs (A) and five selected
fractions (B). Photo of the fractionated species from the soot-derived sample
under UV lamp (C-E). TEM images and electron diffraction patterns of particulates:
fraction 3 (F), fraction 9 (G) and fraction 28 (H).
图3. 整体CNPs（A）和五个选定组分（B）的发射光谱（λex = 325 nm）。烟灰衍生样品在紫外灯下的组分照片（C-E）。颗粒的TEM图像和电子衍射图：组分3（F），组分9（G）和组分28（H）。
6.3 反相液相色谱和高效液相色谱
反相液相色谱法是一种非极性固定相的液相色谱法，其分离效率可由流动相的极性控制。像往常一样，С18-modified二氧化硅被用作固定相。疏水物质被固定相吸收，亲水物质先通过色谱柱和洗脱液。该技术需要使用水和有机溶剂的混合物，常用的溶剂有甲醇、四氢呋喃、乙腈、乙醇等。由于有机溶剂可能对样品结构产生影响，这是一个显著的缺点。以尿素和对苯二胺为原料，用HT法以1:1的比例合成CNPs，用反相液相色谱法对CNPs进行分离。洗脱溶剂的极性逐渐增加，以获得馏分。选取具有蓝色、绿色、黄色和红色荧光的四种典型组分进行进一步表征，四种组分的吸光度光谱分别在383、410、488和528nm处达到最大值（图4）。作者通过不同表面状态的贡献来解释这种差异。不同组分的发射特性也不同：第一、第二、第三和第四组分的最大发射波长分别为440 nm、517 nm、566 nm和625 nm。所获得的样品具有相似的平均尺寸，约为2.6 nm，QY范围为8%至35%。该方法的一个显著缺点是CNPs反应溶液的完全分馏需要很长时间（约10 h）。采用高效液相色谱法，缩短了分馏时间。甲醇或其混合物被用作CNPs分离的流动相。Gong等使用甲醇和NH4Ac缓冲液的混合物作为流动相，分离从冰醋酸和氧化磷中制备的CNPs。他们获得了13个样品馏分，吸收范围在225-325 nm，发射范围在蓝绿色区域（450-490 nm）。分析了1、6、8和12几个组分的大小，分别为6.13nm、8.31 nm、2.22nm和8.66 nm。这些组分的QY数据不同，组分1的QY值最低（1.16%），组分4的QY值最高（9%）。Gong等也用这种色谱法分离了壳聚糖和冰醋酸制备的CNPs。以甲醇和水的混合物为流动相。结果表明，12个组分的吸光度峰在300 nm，蓝色区域的最大发射峰在400 ~ 415 nm之间。CNPs的粒径随馏分数的增加而增大，分别为1 ~ 1.6 nm、3 ~ 1.8 nm、6 ~ 2.5 nm、10 ~ 3.1 nm。Hu等采用反相高效液相色谱，以纯甲醇为流动相。以CA和EDA为原料，采用MW合成法制备CNPs，并将其分成10个馏分。在240 nm和334 ~ 350 nm处测得吸光度最大值。后者被解释为与表面陷阱态相对应。发射光谱在424 ~ 436 nm和442 ~ 450 nm红移。尺寸为1.2 ~ 3.4 nm。组分3、9和10的最大QY分别为10.03%、14.98%和15.83%。对于其余的组分，QY被发现低于7.0%。反相液相色谱是一种很有前途的方法，因为它可以基于疏水性分离和探索样品混合物，疏水性是一种表面性质，允许分离亲疏水物质。从例子中可以看出，亲水的CNPs（以及数量较少的组分）比疏水的CNPs具有更短的发射。![]()
Fig. 4. Top images
are photographs of samples A, B, C, and D in aqueous solution under daylight
(left) and UV light (right). The bottom four graphs show their absorption
curves (Abs) and their PL emission spectra (Em) under excitation
with light of different wavelengths.
图4. 上图是样品A、B、C和D在水溶液中在日光（左）和紫外线（右）下的照片。下面四张图显示了它们在不同波长光激发下的吸收曲线（Abs）和PL发射光谱（Em）。
6.4 薄层色谱法
TLC是色谱法的一种版本，用于分离固定相（纤维素，硅胶或氧化铝）的薄层样品。对于流动相，可以使用不同极性或非极性溶剂（如乙醇、乙腈、二甲基甲酰胺、水、丙酮、苯等）及其混合物。将样品放置在固定相表面的起始线上，然后随流动相移动。毛细作用导致组分以不同的速度运动，使样品分离到不同的区域。TLC方法简单、快速，固定相和流动相均可更换，为物质的分析和分离提供了很大的机会。应该指出的是，薄层色谱允许洗涤分离区，以分析分离组分的发光数据和其他必要的性质。Zhou等采用反相TLC，采用C18-二氧化硅固定相和水与乙腈的混合物（7/3 ; v/w）为流动相。基于CA和EDA的CNPs分离40 min后得到四个发光组分（图5）。发现发射最大值在250 - 500 nm之间，平均CNPs尺寸为3 - 4 nm。组分的QY不同，分数2的值最大（55%），组分3的值最小（3%）。大量的商用TLC板和广泛的流动相范围使得该方法在纳米尺度领域的应用前景广阔。然而，需要洗脱分离的CNPs馏分和洗脱紧密间隔的样品馏分的技术困难会降低该方法的普及程度。![]()
Fig. 5. CNPs
fractions [1-4,and] on a reversed-phased TLC plate (A); Luminescent spectra of
the CNPs fractions 2 (B) and 3 (C).
图5. 反相TLC板上CNPs组分[1-4] （a）；CNPs组分2 （B）和3（C）的发光光谱。
7. 电泳法
7.1 凝胶电泳法
电泳是一种在电场中分离导电介质中带电物质的技术。黏性介质（如凝胶）的应用减缓了迁移速度，使其取决于物质的大小和电荷。因此，凝胶电泳是一种在使用不同凝胶类型和浓度形成的粘性介质中通过电场中的电荷与尺寸比进行分离的方法。此外，该方法允许通过分离物质的正电荷或负电荷进行区分。对于碳基纳米结构凝胶电泳的分离，2004年Xu等首次用于单壁碳纳米管的纯化。他们用1%琼脂糖凝胶分离纳米管，发现了一种绿蓝色、黄色和橙色物质的发光混合物，他们称之为荧光碳，TEM图像显示平均尺寸约为1 nm。用浓度为0.2%的琼脂糖凝胶分离不同合成时间制备的CA-EDA СNPs。分离后，凝胶通道被划分为9个区域：4个带正电荷，4个带负电荷，1个与加载井对应。所有波段均显示350 nm处的吸收和450 nm左右的发射。所有组分的大小相似（<2 nm）。负电荷和正电荷最大的组分的PL值较其他波段强。作者认为，在反应过程中可以形成小的多环芳烃和有机荧光团分子，这些分子可以嵌入到碳氢化合物基质中。Kokorina等使用浓度较高的琼脂糖凝胶（2%）分离CA-EDA СNPs混合物。他们获得了由带正电荷和带负电荷的物质组成的四条发光带，并从凝胶中提取了单独的发光带进行了详细的研究（图6）。发现所有的发光带都来自荧光团，在450 nm处最大。作者证实了带负电荷的蓝色荧光分子团的存在，其电荷尺寸比最大，并且该荧光团没有表现出依赖于激发的发光特性。其他波段包含分子荧光团和CDs。所有波段的QY都不同：最高的是“纯”荧光团，没有PL的激发依赖性（80 ± 4%，组分4），组分1的QY约为59±3%，最低的QY分别为33±5%和32±6%，波段2-3（图2）。作者推测，“较重”波段的较低QYs值可能是由于碳基质存在导致的内滤效应的结果。Liu等使用了另一种凝胶（聚丙烯酰胺凝胶）来分析被硝酸氧化的蜡烛烟灰CNPs。所有得到的带都带负电荷。作者将荧光带分为三个不同的种类：九个快速移动的荧光带，缓慢移动的非发光带和不能穿透凝胶的聚集体。所有快速移动波段的发射峰都在415 ~ 615 nm范围内。尺寸约为1 nm，QYs为21%。凝胶电泳是一种基于电荷、大小和质量性质的样品分离技术。其优点之一是可以从中提取样品分数以供后续分析。凝胶电泳实验参数的选择，如缓冲溶液，pH值，安培，凝胶性质，和浓度允许有效的样品分离。此外，凝胶电泳和光学检测方法相结合的可能性可以提供CNPs中光发射性质和来源的详细信息。![]()
Fig. 6. Gel
electrophoresis separation of CA and EDA CNPs at white light (A) and UV-light
(B) photos. Luminescent spectra of extracted bands 1 (C), 2(D), 3(E) and 4(F).
图6. 白光（A）和紫外（B）照片下CA和EDA CNPs的凝胶电泳分离。提取波段1（C）、2（D）、3（E）和4（F）的发光光谱。
7.2 毛细管电泳
毛细管电泳是在恒定电场作用下，在直径为亚毫米的毛细管中，利用电荷-尺寸原理对物质进行分离的技术。分离分子的检测可以通过吸收或荧光检测器提供，避免了额外的纯化步骤。Hu等使用毛细管电泳技术从基于CA-EDA的CNPs中分离出中性、带正电和带负电的物种。所有组分（十个）在250和350 nm处有最大吸收。发射最大值在550 nm处为绿色区域。据报道，带正电荷和中性电荷的CNPs的发光最强，而带负电荷的CNPs的PL量子产率较低。毛细管电泳是一种有效分离复杂CNPs混合物的方法，因为它有几个优点，比如可以分离离子、中性、亲水性、疏水性或手性组分，使用最小体积的样品和溶剂，并且不需要昂贵的吸附剂柱。双向电泳可以被认为是毛细管电泳的扩展版本。该方法利用交变电场作用在亚毫米毛细管中分离物质混合物。由于碳纳米管与电场相互作用的能力不同，该技术可用于不同长度、直径、不同碳层数量的碳纳米管分离以及金属颗粒的纯化。该方法的主要优点是可以改变电场的参数来分离不同类型的CNPs，并根据它们对交变电场的反应将它们收集在微电极的不同区域。8. 总论
长期以来，CNPs的研究主要集中在合成和修饰CNPs上，但由于前驱体的数量和合成条件的多样性，使得对CNPs结构和发光机理的研究变得复杂。其他的困难是在合成过程中难以控制纳米颗粒的大小和结构。所获得的CNPs可以在很大范围内具有不同的性质，例如原子组成和结构、密度、质量、表面电荷、疏水性、光吸收和发射。因此，目前最具挑战性的任务之一是找到将CNPs混合物分离成单个组分或尽可能少的组分的方法，以便随后分析其性质。通常使用的离心，透析或过滤技术是必要的，以去除大的碳聚合物或低分子量的物质。精细分离技术（蔗糖密度离心、凝胶电泳、层析）是基于不同的CNPs性质，如密度、性质（电荷、疏水性），不仅可以分离出具有均匀性质的CNPs组分，而且可以分离出电荷、质量、大小、基于CNPs的尺寸/质量/密度的分离方法与基于表面性质的分离方法的一步一步的深思熟虑的组合将允许建立CNPs的形态特征，负责不同的发射现象。因此，分离方法与现代结构和发光性质表征方法相结合，有助于形成描述CNPs结构和性质的统一理论。显然，近年来发光CNPs的分离技术取得了长足的进步。许多研究小组为必须寻找和优化CNPs的分离方法而感到不安。还有一些挑战需要解决，比如可重复性、放大和几种方法的组合，这些方法可以根据不同的性质（例如，大小和疏水性或电荷和密度）分离CNPs。重要的是要注意提高合成方法和使用高纯度化学试剂的必要性，以避免次要产物。通过不同性质的组分对发光CNPs混合物进行精确分离，将在医学、生物、分析或技术领域有针对性的应用。随着碳纳米点的发展，人们对于其纯化方法不断进行探索，越来越多的纯化方法被用来分离纯化CNPs。本篇文章提到了透析、离心、层析法等手段，对其分离纯化提供了新的看法和见解。刘俨漫，24岁，四川广安人；
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