淺析氮硫氯摻雜碳點探針的制備及其在胭脂紅檢測中的應用

◎ 龔詩蕓，孫慧娟，陳梓萱，陳 闖，胡 欽

（揚州大學食品科學與工程學院，江蘇 揚州 225001）

胭脂紅（Carmine，簡稱CRM），是一種顏色為紅色至深紅色的水溶性偶氮類合成色素，在糖果、果汁、糕點等食品中被廣泛應用[1]。研究表明，CRM分子的偶氮基（-N=N-）結構，使其具有一定致癌和致突變作用，且具有遺傳毒性[2]。盡管各國政府嚴格限制CRM在食品中的添加量，但是在食品工業中仍舊存在添加過量CRM的現象。因此，開發一種高效、簡單的CRM快速檢測技術，對于確保消費者食品安全具有重要意義。

近年，新型碳量子點（Carbon nanodots，CDs）探針的出現，對克服傳統分析方法的缺點有很大幫助，為食品色素快速檢測的發展帶來了新前景[3-5]。

本研究擬以葡萄糖為碳源，以鹽酸、硫酸、乙二胺為雜原子供體，通過酸堿中和自放熱反應，一步制得氮、硫、氯共摻雜CDs（N,S,Cl-CDs），并將其作為熒光探針應用于食品中CRM的快速檢測。對此，本研究探究了新建方法的線性范圍、靈敏度、選擇性和抗干擾性等檢測性能，并將新建方法應用于實際食品樣品中CRM檢測。

1 材料與方法

1.1 試劑

CRM、葡萄糖、鹽酸、硫酸、各類氨基酸均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司；其他藥品均購自上海阿拉丁試劑有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 N,S,Cl-CDs的制備

稱取葡萄糖0.4 g放置于100.0 mL燒杯中，加入濃鹽酸2.0 mL，濃硫酸4.0 mL和乙二胺6.0 mL。在酸堿中和自放熱反應下，混合物迅速起泡完成反應。將產物自然冷卻后溶解于20 mL超純水中，并轉移至透析袋（MWCO=500-1 000 Da）中透析3 d。透析結束后，獲得棕色透明的N,S,Cl-CDs溶液，經冷凍干燥獲得固體粉體，待用。

1.2.2 線性范圍測定

在2.0 mL N,S,Cl-CDs溶液（0.05 mg·mL-1）中，逐步加入不同濃度的CRM，確定其線性范圍。利用熒光光譜儀測定并記錄含有不同濃度CRM的N,S,Cl-CDs溶液的熒光強度（λex/λem=474/615 nm）。繪制N,S,Cl-CDs溶液中CRM添加濃度與F0/F的線性關系圖。

1.2.3 選擇性測試

分別向2.0 mL N,S,Cl-CDs溶液（0.05 mg ·mL-1）中添加2.0 μL CRM溶液（10.0 mM）和2.0 μL不同的氨基酸溶液（10.0 mM）、陽離子溶液（10.0 ·mM）、陰離子溶液（10.0 mM）和有機小分子溶液（10.0· mM）。混合均勻后，在λex/λem為474/615 nm條件下分別記錄添加CRM及上述可能的干擾物前后N,S,Cl-CDs溶液的熒光強度。

1.2.4 N,S,Cl-CDs用于實際食品樣品中CRM含量的檢測

對于固體樣品（草莓干和山楂片），使用研缽將其處理成粉末狀，分別稱量0.6 g粉末狀樣品，超聲處理溶解于10.0 mL超純水中，以10 000 rpm離心處理10 min后，收集上清液。對于能量飲料，取5.0 mL 超聲處理15 min，再使用超純水將其稀釋至25.0 mL。向2.0 mL N,S,Cl-CDs溶液（0.05 mg·mL-1）中分別添加20.0 μL的每種樣品提取液，采用熒光光譜儀記錄加入樣品提取液前后N,S,Cl-CDs溶液的熒光強度（λex/λem=474/615 nm），并計算F0/F。

2 結果與分析

2.1 N,S,Cl-CDs的理化性質表征

采用透射電鏡法（TEM）表征了N,S,Cl-CDs的形態和大小。從圖1 （A）中可以看到，N,S,Cl-CDs呈球狀結構，圖1（B）其粒徑分布直方圖顯示其粒徑分布在0.75～7.75 nm范圍內，平均粒徑為（3.50±0.3）nm。采用紫外-可見吸收光譜法對N,S,Cl-CDs的紫外吸收性質進行研究。如圖1（C）所示，N,S,Cl-CDs在285 nm、355 nm有兩個典型的吸收峰。N,S,Cl-CDs的熒光激發光譜圖1（C）顯示其最大激發峰在380 nm。N,S,Cl-CDs熒光發射光譜圖1（C）顯示其在λex為380 nm時，發射峰值為455 nm。

圖1 （A）N,S,Cl-CDs的TEM圖；（B）粒徑分布直方圖；（C）紫外-可見吸收光譜、熒光激發光譜和發射光譜圖

2.2 不同濃度CRM對N,S,Cl-CDs熒光強度的影響

隨著CRM添加濃度的增高，N,S,Cl-CDs溶液熒光強度逐步降低，表明CRM對N,S,Cl-CDs熒光具有明顯的猝滅效應。CRM濃度在0.01～15 μM范圍內時，其線性方程為F0/F=0.182[C]+1.008 1。根據LOD=3σ/KSV計算該方法的檢測限為5.68 nM。

2.3 選擇性測試

將0.01 mM CRM和0.1 mM實際樣品中可能存在的干擾物質（不同氨基酸、陰離子、陽離子、小分子）分別加入2.0 mL N,S,Cl-CDs（0.05 mg·mL-1）溶液中。隨著CRM的加入，N,S,Cl-CDs熒光發生顯著猝滅。然而，當向N,S,Cl-CDs溶液中添加其他干擾物時，其熒光強度變化不明顯，說明該探針用于CRM檢測具有高選擇性。

2.4 實際樣品檢測

如表1所示，草莓干、山楂片和能量飲料中CRM含量分別為0.21 μM、0.18 μM、0.17 μM、0.23 μM和0.15 μM。采用加標回收率實驗評價該檢測方法的準確性。結果顯示，該方法用于實際樣品檢測的加標回收率在96.8%～104.6%范圍內，相對標準偏差為0.66%～2.52%，表明該方法用于實際樣品中CRM檢測具有準確性。

表1 食品樣品中CRM的檢測表

3 結論

本研究以N，S，Cl-CDs為探針，建立了一種高靈敏的CRM熒光快速檢測法。該檢測方法的線性范圍為0.01～15.0 μM，檢測限低至5.68 nM。由此可見，該方法不僅靈敏度高、選擇性好，還具有制備簡單、操作方便、成本低等優勢。此外，本研究對食品樣品中CRM含量進行了檢測，回收率達到96.8%～104.6%。因此，本研究所建立的檢測方法在CRM檢測方面具有實際應用價值。