浅析氮硫氯掺杂碳点探针的制备及其在胭脂红检测中的应用

◎ 龚诗芸，孙慧娟，陈梓萱，陈 闯，胡 钦

（扬州大学食品科学与工程学院，江苏 扬州 225001）

胭脂红（Carmine，简称CRM），是一种颜色为红色至深红色的水溶性偶氮类合成色素，在糖果、果汁、糕点等食品中被广泛应用[1]。研究表明，CRM分子的偶氮基（-N=N-）结构，使其具有一定致癌和致突变作用，且具有遗传毒性[2]。尽管各国政府严格限制CRM在食品中的添加量，但是在食品工业中仍旧存在添加过量CRM的现象。因此，开发一种高效、简单的CRM快速检测技术，对于确保消费者食品安全具有重要意义。

近年，新型碳量子点（Carbon nanodots，CDs）探针的出现，对克服传统分析方法的缺点有很大帮助，为食品色素快速检测的发展带来了新前景[3-5]。

本研究拟以葡萄糖为碳源，以盐酸、硫酸、乙二胺为杂原子供体，通过酸碱中和自放热反应，一步制得氮、硫、氯共掺杂CDs（N,S,Cl-CDs），并将其作为荧光探针应用于食品中CRM的快速检测。对此，本研究探究了新建方法的线性范围、灵敏度、选择性和抗干扰性等检测性能，并将新建方法应用于实际食品样品中CRM检测。

1 材料与方法

1.1 试剂

CRM、葡萄糖、盐酸、硫酸、各类氨基酸均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司；其他药品均购自上海阿拉丁试剂有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 N,S,Cl-CDs的制备

称取葡萄糖0.4 g放置于100.0 mL烧杯中，加入浓盐酸2.0 mL，浓硫酸4.0 mL和乙二胺6.0 mL。在酸碱中和自放热反应下，混合物迅速起泡完成反应。将产物自然冷却后溶解于20 mL超纯水中，并转移至透析袋（MWCO=500-1 000 Da）中透析3 d。透析结束后，获得棕色透明的N,S,Cl-CDs溶液，经冷冻干燥获得固体粉体，待用。

1.2.2 线性范围测定

在2.0 mL N,S,Cl-CDs溶液（0.05 mg·mL-1）中，逐步加入不同浓度的CRM，确定其线性范围。利用荧光光谱仪测定并记录含有不同浓度CRM的N,S,Cl-CDs溶液的荧光强度（λex/λem=474/615 nm）。绘制N,S,Cl-CDs溶液中CRM添加浓度与F0/F的线性关系图。

1.2.3 选择性测试

分别向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）、阳离子溶液（10.0 ·mM）、阴离子溶液（10.0 mM）和有机小分子溶液（10.0· mM）。混合均匀后，在λex/λem为474/615 nm条件下分别记录添加CRM及上述可能的干扰物前后N,S,Cl-CDs溶液的荧光强度。

1.2.4 N,S,Cl-CDs用于实际食品样品中CRM含量的检测

对于固体样品（草莓干和山楂片），使用研钵将其处理成粉末状，分别称量0.6 g粉末状样品，超声处理溶解于10.0 mL超纯水中，以10 000 rpm离心处理10 min后，收集上清液。对于能量饮料，取5.0 mL 超声处理15 min，再使用超纯水将其稀释至25.0 mL。向2.0 mL N,S,Cl-CDs溶液（0.05 mg·mL-1）中分别添加20.0 μL的每种样品提取液，采用荧光光谱仪记录加入样品提取液前后N,S,Cl-CDs溶液的荧光强度（λex/λem=474/615 nm），并计算F0/F。

2 结果与分析

2.1 N,S,Cl-CDs的理化性质表征

采用透射电镜法（TEM）表征了N,S,Cl-CDs的形态和大小。从图1 （A）中可以看到，N,S,Cl-CDs呈球状结构，图1（B）其粒径分布直方图显示其粒径分布在0.75～7.75 nm范围内，平均粒径为（3.50±0.3）nm。采用紫外-可见吸收光谱法对N,S,Cl-CDs的紫外吸收性质进行研究。如图1（C）所示，N,S,Cl-CDs在285 nm、355 nm有两个典型的吸收峰。N,S,Cl-CDs的荧光激发光谱图1（C）显示其最大激发峰在380 nm。N,S,Cl-CDs荧光发射光谱图1（C）显示其在λex为380 nm时，发射峰值为455 nm。

图1 （A）N,S,Cl-CDs的TEM图；（B）粒径分布直方图；（C）紫外-可见吸收光谱、荧光激发光谱和发射光谱图

2.2 不同浓度CRM对N,S,Cl-CDs荧光强度的影响

随着CRM添加浓度的增高，N,S,Cl-CDs溶液荧光强度逐步降低，表明CRM对N,S,Cl-CDs荧光具有明显的猝灭效应。CRM浓度在0.01～15 μM范围内时，其线性方程为F0/F=0.182[C]+1.008 1。根据LOD=3σ/KSV计算该方法的检测限为5.68 nM。

2.3 选择性测试

将0.01 mM CRM和0.1 mM实际样品中可能存在的干扰物质（不同氨基酸、阴离子、阳离子、小分子）分别加入2.0 mL N,S,Cl-CDs（0.05 mg·mL-1）溶液中。随着CRM的加入，N,S,Cl-CDs荧光发生显著猝灭。然而，当向N,S,Cl-CDs溶液中添加其他干扰物时，其荧光强度变化不明显，说明该探针用于CRM检测具有高选择性。

2.4 实际样品检测

如表1所示，草莓干、山楂片和能量饮料中CRM含量分别为0.21 μM、0.18 μM、0.17 μM、0.23 μM和0.15 μM。采用加标回收率实验评价该检测方法的准确性。结果显示，该方法用于实际样品检测的加标回收率在96.8%～104.6%范围内，相对标准偏差为0.66%～2.52%，表明该方法用于实际样品中CRM检测具有准确性。

表1 食品样品中CRM的检测表

3 结论

本研究以N，S，Cl-CDs为探针，建立了一种高灵敏的CRM荧光快速检测法。该检测方法的线性范围为0.01～15.0 μM，检测限低至5.68 nM。由此可见，该方法不仅灵敏度高、选择性好，还具有制备简单、操作方便、成本低等优势。此外，本研究对食品样品中CRM含量进行了检测，回收率达到96.8%～104.6%。因此，本研究所建立的检测方法在CRM检测方面具有实际应用价值。