CN115521786A - 一种红光碳点、其制备方法及在亮蓝检测中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种红光碳点、其制备方法及在亮蓝检测中的应用，属于纳米荧光检测技术领域。本发明的红光碳点由如下方法制备而成：将邻苯二胺、磷酸以及水混合均匀，在高温下反应，待反应结束后，冷却至室温；将反应溶液过滤、透析，冷冻干燥，获得红光碳点。本发明的红光碳点，能够有效避免食物基质自身荧光背景的干扰，实现亮蓝的简便、快速以及灵敏检测，具有高环保、低成本、易合成等优点，应用前景广阔。

Description

一种红光碳点、其制备方法及在亮蓝检测中的应用
技术领域
本发明属于纳米荧光检测技术领域，具体涉及一种红光碳点、其制备方法及在亮蓝检测中的应用。
背景技术
食用亮蓝是一种合成着色剂，在饮料、糖果等食品中广泛用作食品添加剂。但是，如果长期过量摄入亮蓝或其次级产物，对人体有一定的毒性。国际组织和各国政府已经明确规定了食品中亮蓝的允许添加量。因此，准确检测亮蓝对食品安全具有重要意义。检测亮蓝的方法有高效液相色谱法、比色法、紫外-可见分光光度法、荧光光谱法、表面增强拉曼散射和电化学技术等。上述方法大多存在例如复杂的样品预处理、耗时、昂贵的设备以及需要高技能人员等问题。而荧光检测灵敏、简单、快速，尤其是基于荧光猝灭或荧光恢复的方法受到了科学家的青睐。
碳点是一种荧光纳米材料，具有低毒性、良好的生物相容性、高的光致发光稳定性和良好的分散性。碳点广泛应用于传感、成像、防伪等领域。碳点已被用作荧光探针，用于检测合成着色剂，如胭脂红、柠檬黄和日落黄。然而，碳点在亮蓝检测中的应用相对较少，且大部分是在蓝色发光波长处实现检测，它们的荧光会受到食品基质蓝色背景荧光的极大干扰。因此，红光发射的碳点是实现食品中亮蓝检测的理想荧光探针，开发基于红光碳点的亮蓝荧光检测方法具有重要意义。
发明内容
本发明旨在提供一种红光碳点，该红光碳点能够有效避免食品基质荧光背景的干扰，实现亮蓝的荧光检测。
本发明的技术方案如下：
一种红光碳点的制备方法，步骤如下：
将邻苯二胺、磷酸以及水混合均匀，在高温下反应，待反应结束后，冷却至室温；将反应溶液过滤、透析，冷冻干燥，获得红光碳点。
上述制备方法中，所述邻苯二胺、磷酸以及水的质量比选自0.1～0.5:1～5:20～50。优选为0.1:1:20。
上述制备方法中，所述高温反应的反应条件为：反应温度选自150～200℃，优选为180℃；反应时间选自1～6h，优选为2h。
上述制备方法中，可采用0.22μm滤膜对反应溶液进行过滤；对滤液的透析可采用1000Da透析袋进行透析。
本发明提供了由上述方法制备的红色碳点。
本发明提供了上述红色碳点在亮蓝检测中的应用。
具体地，在上述应用中，将待测样品与红色碳点孵育后，在560nm激发下扫描孵育体系的荧光发射光谱；如果待测样品中含有亮蓝，亮蓝可淬灭红光碳点的荧光，从而使孵育体系在627nm处的红色荧光强度降低。
本发明提供了一种亮蓝检测方法，步骤如下：
在560nm激发条件下扫描红光碳点的荧光发射光谱，于627nm处获得红光碳点的荧光强度F0；将待测样品与红光碳点孵育，然后在560nm激发条件下扫描孵育体系的荧光发射光谱，于627nm处获得孵育体系中红光碳点的荧光强度F；如果荧光强度F低于荧光强度F0，则表示孵育体系中的红光碳点被淬灭，待测样品中含有亮蓝；将荧光强度F和F0代入回归方程，获得待测样品中亮蓝的含量。
上述亮蓝检测方法中，所述回归方程为：在0.2～10μM亮蓝浓度范围内，y＝0.0704x-0.0155，R2＝0.9994；在10～40μM亮蓝浓度范围内，y＝0.0420x+0.2757，R2＝0.9994；其中，x表示亮蓝浓度；y表示Log(F0/F)。
上述检测方法中，孵育可选自在磷酸盐缓冲溶液中进行。
本发明的有益效果为：
本发明的红光碳点，能够有效避免食物基质自身荧光背景的干扰，实现亮蓝的简便、快速以及灵敏检测，具有高环保、低成本、易合成等优点，应用前景广阔。
附图说明
图1为红光碳点的透射电镜图；
图2为红光碳点的X射线光电子能谱图；
图3为红光碳点的红外光谱图；
图4为红光碳点在不同激发波长下的荧光发射光谱图；
图5为红光碳点与不同浓度的亮蓝孵育后的荧光发射光谱图；
图6为亮蓝荧光检测标准曲线；
图7为不同浓度亮蓝标准溶液的高效液相色谱图；
图8为高效液相色谱法亮蓝检测标准曲线；
图9为鸡尾酒和碳酸饮料稀释4倍样品的高效液相色谱图；
图10为利用红光碳点检测鸡尾酒和碳酸饮料的荧光发射光谱图。
具体实施方式
本发明的检测原理为：
红光碳点在627nm处表现出红色荧光发射，其可以克服样品基质自身荧光的影响，有效阻断蓝光背景干扰。同时，基于內滤效应，在620nm处有最大吸收的亮蓝，可以淬灭本发明所述红光碳点的荧光，从而为亮蓝的灵敏、选择性检测提供有利条件。
本发明中所使用的其它术语，除非有另外说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。下面结合具体实施例，并参照数据进一步详细的描述本发明。以下实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
实施例1
制备红光碳点：
称取0.2g邻苯二胺，加入2mL磷酸和40mL去离子水，将上述溶液混合均匀后，转移至反应釜中于180℃加热2h；待反应釜冷却至室温后，将反应溶液采用0.22μm滤膜过滤，滤液置于1000Da透析袋内透析3天，冷冻干燥，获得红光碳点粉末。可将100mg红光碳点粉末溶于1000mL水中，制备浓度为0.1mg/mL的红光碳点溶液。
红光碳点的透射电镜图如图1所示，红光碳点为球形的纳米颗粒，具有良好的单分散性，粒径分布在2～7nm。红光碳点的X射线光电子能谱如图2所示，在283.8eV、398.5eV、530.3eV和132.3eV处呈现四个峰，分别归因于C1s、N1s、O1s和P2p，这表明所合成的红色碳点由碳、氮、氧、磷四种元素组成。红光碳点的红外光谱如图3所示，3362cm-1处的宽吸附峰归属于N-H和O-H的伸缩振动，1770cm-1和1658cm-1的吸附峰分别来自C＝O和C＝N的伸缩振动，1073cm-1处的吸附峰是由C-O-C的伸缩振动引起的，864cm-1处的吸收峰是由苯环中C-H的弯曲振动引起的；此外，1160cm-1和528cm-1处存在P＝O和PO4 3-的特征峰；根据红外光谱分析，本发明制备的红光碳点具有含氧、含氮和含磷的官能团，如氨基、羟基、羰基和磷酸基团。红光碳点在不同激发波长下的荧光发射光谱如图4所示，当激发波长在440～580nm范围内变化时，最大发射波长总是在627nm，这表明了其红光发射特性。
实施例2
构建亮蓝检测标准曲线：
向装有500μL红光碳点溶液(0.1mg/mL)的10mL离心管中，分别加入500μL浓度为0μM、6μM、10μM、20μM、40μM、100μM、200μM、250μM、300μM、400μM的亮蓝溶液，用磷酸盐缓冲溶液(pH＝2.0)补充体积至5mL，使亮蓝最终检测浓度分别为0μM、0.6μM、1μM、2μM、4μM、10μM、20μM、25μM、30μM、40μM。在室温下孵育1min，然后在560nm激发下测定孵育溶液的荧光发射光谱。
试验结果如图5所示，随着亮蓝浓度的增加，其在627nm处的荧光强度信号逐渐降低。以亮蓝浓度为横坐标，Log(F0/F)为纵坐标(F与F0分别为亮蓝存在与不存在情况下的荧光强度)，构建标准曲线，如图6所示，Log(F0/F)与亮蓝浓度在0.2～10μM浓度范围内呈线性相关，其回归方程为y＝0.0704x-0.0155，R2＝0.9994，检出限可以达到84nM。另外，Log(F0/F)与亮蓝浓度在10～40μM浓度范围内呈线性相关，其回归方程为y＝0.0420x+0.2757，R2＝0.9994。我国食品安全国家标准规定亮蓝在各种饮料和配制酒中的添加量不得超过25mg/kg，本方法具有较宽的定量范围，其不仅可以检测低含量的亮蓝，更可保障对高含量的亮蓝进行监测，有效判断超标与否。
应用例1
采用磷酸盐缓冲溶液(pH＝7.0)配制浓度为0.2μM、0.4μM、0.6μM、2μM、4μM、10μM的亮蓝标准溶液，在40％甲醇/60％乙酸铵流动相条件下，利用高效液相色谱获得色谱图，如图7所示，根据色谱峰面积和亮蓝浓度绘制标准曲线，如图8所示。
1、鸡尾酒亮蓝检测
取1mL鸡尾酒，用磷酸盐缓冲溶液(pH＝7.4)稀释4倍，利用高效液相色谱检测鸡尾酒中是否含有亮蓝，以及亮蓝的含量。检测结果如图9所示，鸡尾酒中含有亮蓝，且亮蓝含量为2.98μM。
向装有500μL红光碳点溶液(0.1mg/mL)的10mL离心管中，加入2.5mL上述鸡尾酒，用磷酸盐缓冲溶液(pH＝2.0)补充体积至5mL。在室温下孵育1min，然后在560nm激发下测定孵育溶液的荧光发射光谱。试验结果如图10所示，加入鸡尾酒样品后，孵育溶液在627nm处的荧光强度信号降低，这表明鸡尾酒中添加了亮蓝。并且，单纯的鸡尾酒样品在560nm激发下无可见荧光信号，这说明本发明的方法有效避免了鸡尾酒基质背景荧光的干扰。基于上述所建立的标准曲线，最终检测出该鸡尾酒中亮蓝的浓度为3.08μM，该检测结果与高效液相色谱得到的结果十分接近，表明本方法具有可靠性。
2、碳酸饮料亮蓝检测
取1mL碳酸饮料，用磷酸盐缓冲溶液(pH＝7.0)稀释4倍，利用高效液相色谱检测碳酸饮料中是否含有亮蓝，以及亮蓝的含量。检测结果如图9所示，碳酸饮料中含有亮蓝，且亮蓝含量为7.80μM。
向装有500μL红光碳点溶液(0.1mg/mL)的10mL离心管中，加入2.5mL碳酸饮料样品，用磷酸盐缓冲溶液(pH＝2.0)补充体积至5mL。在室温下孵育1min，然后在560nm激发下测定孵育溶液的荧光发射光谱。试验结果如图10所示，加入碳酸饮料样品后，孵育溶液在627nm处的荧光强度信号降低，这表明碳酸饮料中添加了亮蓝。并且，单纯的碳酸饮料样品在560nm激发下无可见荧光信号，这说明本发明的方法有效避免了碳酸饮料基质背景荧光的干扰。基于上述所建立的标准曲线，最终检测出该碳酸饮料中亮蓝的浓度为7.96μM，该检测结果与高效液相色谱得到的结果十分接近，表明本方法具有可靠性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种红光碳点的制备方法，其特征在于，步骤如下：
将邻苯二胺、磷酸以及水混合均匀，在高温下反应，待反应结束后，冷却至室温；将反应溶液过滤、透析，冷冻干燥，获得红光碳点。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述邻苯二胺、磷酸以及水的质量比选自0.1～0.5:1～5:20～50。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高温反应的反应条件为：反应温度选自150～200℃，反应时间选自1～6h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用0.22μm滤膜对反应溶液进行过滤；对滤液的透析采用1000Da透析袋进行透析。
5.权利要求1～4任一项所述方法制备的红色碳点。
6.权利要求5所述红色碳点在亮蓝检测中的应用。
7.一种亮蓝检测方法，其特征在于，步骤如下：
在560nm激发条件下扫描权利要求5所述红光碳点的荧光发射光谱，于627nm处获得红光碳点的荧光强度F0；将待测样品与权利要求5所述红光碳点孵育，然后在560nm激发条件下扫描孵育体系的荧光发射光谱，于627nm处获得孵育体系中红光碳点的荧光强度F；如果荧光强度F低于荧光强度F0，则表示孵育体系中的红光碳点被淬灭，待测样品中含有亮蓝；将荧光强度F和F0代入回归方程，获得待测样品中亮蓝的含量。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述回归方程为：在0.2～10μM亮蓝浓度范围内，y＝0.0704x-0.0155，R2＝0.9994；在10～40μM亮蓝浓度范围内，y＝0.0420x+0.2757，R2＝0.9994；其中，x表示亮蓝浓度；y表示Log(F0/F)。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，孵育选自在磷酸盐缓冲溶液中进行。
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