关键词:
CDs
自放热
燃烧
光催化
内滤效应
对硝基苯酚
酶活性
极性响应
酸碱响应
摘要:
食品安全已成为全球关注的重要问题,开发新型快速分析方法对食品质量的评价与控制具有重要意义。基于纳米材料的荧光传感器在食品安全分析方面具有巨大的潜力。碳量子点(Carbon Dots,CDs)作为一种新型的碳纳米材料,具有化学稳定性、光稳定性、高荧光可调节性、低毒性等优点,在食品样品的荧光传感分析中受到了越来越多的关注。本文探索了基于自放热反应、燃烧反应和太阳光催化反应的CDs快速高产量制备方法,基于所制备CDs的优良光学性质,建立了食品样品中β-Glu活性、植物油酸价、食醋乙酸含量、酒中乙醇含量等一系列的荧光分析方法。主要研究内容如下:(1)以柑普茶为碳源,利用过氧化氢与二乙烯三胺之间的自放热反应释放出的热量为热源,在5分钟内快速制备了G-CDs,产量高达2.5 g。制备的G-CDs最佳激发和发射波长分别为320 nm和385 nm,荧光量子产率为14.9%。研究发现对硝基苯酚(p-Nitrophenol,p-NP)的吸收峰(400 nm)与G-CDs的荧光发射峰(385 nm)有较大的光谱重叠,对G-CDs有明显的荧光内滤作用(Inner Filter Effect,IFE),基于IFE建立了p-NP的分析方法,检出限(3σ)为14.6 n M,该方法成功应用于人尿液和环境水样中p-NP的分析。同时,p-NP是对硝基苯基-β-D-葡萄糖醛酸苷(4-nitrophenyl-β-glucopyranoside,p NPG)在β-葡萄糖苷酶(β-D-Glucosidase,β-Glu)作用下的水解产物,基于酶对底物的特异性建立了β-Glu活性的荧光分析方法。该方法的检出限(3σ)为0.074 U L,已经成功应用于水果中β-Glu活性的测定。(2)以邻菲啰啉为碳源,乙醇为溶剂和燃料,通过燃烧法20分钟内实现了B-CDs的宏量快速制备,单次制备可得到约4.0 g的B-CDs。制备出来的B-CDs表现出明显的随溶剂变化的光学性质。在乙腈溶剂中,B-CDs的最佳激发和发射波长分别为335 nm和362 nm;在乙醇溶剂中,B-CDs的最佳激发和发射波长分别为355 nm和386 nm,荧光量子产率为8.2%。利用B-CDs对溶剂极性变化的响应,建立了有机溶剂中含水量的荧光分析方法,且该方法线性范围宽(乙腈中含水量0.025-90%,乙醇中含水量10-90%),检出限低(乙腈中含水量0.016%,乙醇中含水量1.3%),并成功应用于乙腈溶剂中含水量的测定和酒中乙醇含量的测定。此外,B-CDs溶液表现出酸碱响应特性。实验发现,B-CDs的乙醇溶液荧光强度与NaOH浓度具有良好的线性响应。基于此建立了NaOH浓度的荧光分析方法,并成功应用于食用油中酸价和食醋乙酸含量的间接测定。本方法测定结果与国标法测定结果具有良好的一致性,本方法相比于国标法,具有样品消耗少、分析简便、快速、灵敏的特点。(3)以邻苯二酚和二乙烯三胺分别为碳源和修饰剂,以生物质CDs为催化剂,太阳光光照作用下,在DMSO溶剂中5小时内成功制备了N,S-CDs。单次产量约为1.5 g,荧光量子产率为14.1%。制备的N,S-CDs具有明亮的绿色荧光(最佳激发和发射波长分别为410 nm和510 nm)。研究发现Pd能够与N,S-CDs表面的官能团形成络合物,使N,S-CDs发生静态猝灭作用,基于此建立了Pd的分析方法,检出限(3σ)为3.7 ng m L,并成功应用于环境水和矿泉水中Pd的测定。