各種登上媒體版面的環境污染事件中，重金屬為常見的污染項目之一。傳統上，分析水質是否受到重金屬污染，往往需要將現場採集到的樣本帶回實驗室，再使用昂貴的儀器進行分析，有分析時間長與成本高等缺點，也無法快速掌握污染範圍與探究可能的污染來源。目前坊間雖然已經有一些快速的偵測產品，例如比色法、電化學法等，但產品幾乎全部來自國外，除了分析成本偏高之外，廢(污)水所含其他成分，往往對比色劑或電極試片的檢測，產生一定程度干擾。
「量子點」為近年來被熱門研究的一種螢光感測材料，它是一種具有半導體性質之奈米晶體。當量子點螢光材料被激發光照射後，價帶電子吸收光能量而躍遷至「導帶」，之後又會落回「價帶」與電洞結合，此時會將原本吸收能量再以光能形式釋放，此即為螢光放光，如圖1所示。又因量子侷限效應，不同尺寸大小的量子點所放出的螢光波長不同，故有奈米「彩虹標籤」的雅號。
圖1、量子點螢光放光機制示
利用量子點進行重金屬離子感測的機制有許多種，最常見為螢光猝滅法，主要是合成表面具有重金屬離子吸附能力的量子點，當重金屬離子吸附其上，將或因表面產生缺陷、或因內濾效應...等等現象，致使躍遷至「導帶」電子被傳導出，因此激態電子將不會再落回「價帶」放出螢光，如圖2所示。我們可藉由比對量子點吸附重金屬離子前後之螢光放光量差異，推算出水中重金屬離子濃度。
圖2、量子點螢光猝滅感測重金屬離子機制示意
量子點螢光材料具有以下優點：(1)化學耐受性佳，(2)材料壽命長，(3)相較於有機螢光材料，量子點可以吸收激發光的波段會更寬，(4)可以調整放出螢光波長，(5)環境感測的應用潛力高。
不過由於材料成本偏高，而且以往量子點多以鎘系列為主，如硫化鎘、硫化硒等，使用於環境檢測，容易有二次污染疑慮。
目前工研院已研發出可應用於重金屬離子感測之無鎘量子點材料，搭配可增強螢光強度的光子晶體薄膜，如圖3所示，可降低量子點感測應用所需材料使用量，使得低成本快速感測水中重金屬濃度已經變得可能。目前已進行商品化設計，相信不久的將來即能對水質把關，盡一份心力。
圖3、螢光增強膜增強螢光效果
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