三种掺杂化碳点荧光探针构建及其在食品中胭脂红快速检测的应用

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胭脂红(CRM)是一种偶氮类的合成色素,其外观呈红色菱形晶体或红棕色粉末,常作为果干、饮料、酱菜、糖果等食品的着色剂以增强其外观颜色的吸引力。毒理学实验显示CRM具有一定的致癌和致突变作用,且具有遗传毒性潜力。因此,长期过量食用CRM对生物体健康具有巨大的潜在威胁。我国国家卫计委发布的GB2760—2014《食品添加剂使用标准》中规定,CRM被允许添加在果汁、饮料、果干制品、糖果和酱菜中,但其添加量不得超过50.0 mg/kg或50.0 mg/L。因此,开发一种快速、便捷、准确的分析方法来检测食品中CRM的含量对保障人体健康至关重要。近年来,荧光碳量子点(CDs)探针快速发展,特别是掺杂化CDs探针以其简单、快速、低成本、高选择性、高灵敏度等优势,为CRM的高效快速检测开辟了新前景。本文通过选择不同的反应前体制备三种掺杂化CDs探针,分别为N-CDs、N,Cl-CDs和N,Cl,S-CDs。基于CRM对CDs荧光探针的猝灭效应,建立基于三种掺杂化CDs的荧光检测方法,并将其用于实际样品中CRM的快速检测。(1)本论文第一部分是掺杂化CDs的制备及理化性质表征。首先,以间苯二胺为原料,通过一步水热合成法(180℃,12h)制备氮掺杂碳点(N-CDs),其最佳激发/发射波长为350/440 nm,量子产率为57.6%。其次,以葡萄糖为碳源,以HCl为Cl原子供体,通过酸碱中和自放热制备氮氯共掺杂碳点(N,Cl-CDs),其最佳激发/发射波长为370/445nm,量子产率为32.7%。最后,以葡萄糖为碳源,以HCl和H2SO4为S、Cl原子供体,通过酸碱中和自放热制备氮氯硫共掺杂碳点(N,Cl,S-CDs),其最佳激发/发射波长为380/455 nm,量子产率为29.1%。本工作采用透射电子显微镜(TEM)、元素分析、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、紫外可见(UV-vis)吸收光谱法以及荧光光谱法分别对三种掺杂化CDs的粒径、化学组成、官能团、紫外吸收光谱及荧光光谱性质进行了表征。(2)本论文第二部分是基于掺杂化CDs荧光检测方法的建立。基于CRM对CDs荧光的猝灭效应,分别提出建立基于N-CDs、N,Cl-CDs和N,Cl,S-CDs的三种荧光检测法。本工作对主要工作参数(包括pH、CDs浓度以及反应时间)进行了优化,三种掺杂化CDs的最佳浓度分别为0.03 mg/mL、0.03 mg/mL和0.05 mg/mL,最佳pH选用的均为6.6,最佳反应时间均为1.0 min。在分析方法的建立和验证过程发现,三种掺杂化CDs探针对CRM检测均具有高选择性和良好的抗干扰性,检测限分别为11.20、9.84和5.68 nM,线性范围分别为0.01-10.0,0.01-10.0和0.01-15.0 μM。结果表明,N,Cl,S-CDs探针具有最高的灵敏度和最宽的线性范围。将三种荧光分析方法的检测性能与其他分析方法的检测性能进行比较,发现本工作所提出的三种检测方法的检测限(5.68-11.20 nM)均远低于先前报道的基于CDs的荧光分析法,其中N,Cl,S-CDs探针的灵敏度比已报道的CDs探针高出2个数量级,相较于基于高端现代分析仪器的毛细管电泳法及HPLC法,其灵敏度高出了 1-2个数量级。借助UV-vis吸收光谱法及荧光光谱法探讨了 CRM对CDs荧光的猝灭机理,发现CRM对三种掺杂化CDs的荧光猝灭作用均归因于内滤效应,通过荧光寿命分析发现CRM于三种CDs之间的相互作用分别为静态猝灭、动态猝灭和动态猝灭。(3)本论文第三部分是探究新建荧光检测方法用于实际样品分析的可行性。该部分工作将N-CDs、N,Cl-CDs和N,Cl,S-CDs探针分别用于扬州当地市场采购的实际食品样品(西瓜霜含片、草莓干、杨梅干、山楂片和能量饮料)中CRM的定量检测,结果表明这些被检测样品中CRM的含量均在国家允许添加的限量范围内,因此可以被安全食用。三种检测方法的加标回收率分别为98.6-105.4%、96.3-105.1%和96.8-104.6%,相对标准偏差(RSDs)分别为0.69-4.07%、0.97-3.85%和0.66-2.52%。同时,采用HPLC法(国标法)对实际食品样品中CRM的含量进行检测,结果发现本工作所提出的三种掺杂化CDs检测方法与HPLC法(国标法)的检测结果具有良好的一致性,表明本工作所提出的检测方法具有高准确度。
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