碳点纳米材料的制备及其在食品添加剂检测中的应用

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近年来,食品安全备受人民广泛关注,尤其是食品添加剂滥用会严重影响人的健康,因此构建简单、快速、经济和适用检测食品添加剂含量的新方法是十分必要的。荧光碳点作为新型荧光碳纳米材料,与有机染料、半导体和金属量子点相比,该类材料具有更优异的功能,故它被广泛用在生物成像、生物医学传递、生物传感、纳米医学和化学传感器等领域。本文通过水热法制备碳点,再掺杂,或与不同材料复合,以此来提高本课题构建的传感器选择性和抗干扰能力,并将其应用于食品添加剂检测。具体内容如下:(1)以苯硼酸为原料,经一步水热法制备硼掺杂碳点(B-CD)。B-CD的激发和发射波长分别为247 nm和323 nm,量子产率为12%及它的平均尺寸约3.3 nm。B-CD可作为检测山梨酸钾(PS)和维生素B12(VB12)的荧光探针。B-CD的荧光能被PS/VB12猝灭,该淬灭机理主要归因于内滤效应(IFE),但F?rster共振能量转移(FRET)不能被排除(即供体B-CD向受体PS/VB12发生能量转移)。该探针检测PS的线性范围为0.20-24μmol/L,其检出限(3σ/K)为6.1 nmol/L。同样,其检测VB12的线性范围和检出限分别为0.2-30μmol/L和8.0 nmol/L。(2)以柠檬酸钠和聚乙烯亚胺为原料,通过水热法制备氮掺杂碳点(N-CD)。N-CD的激发和发射波长分别为356 nm和446 nm,该碳点的量子产率为62%及它的平均尺寸约为1.2 nm。基于IFE原理,N-CD与MnO2复合(N-CD-MnO2)形成检测叔丁基对苯二酚(TBHQ)的荧光探针。由于TBHQ能与MnO2发生氧化还原反应,从而使N-CD-MnO2体系的IFE减弱,导致N-CD的荧光恢复。N-CD-MnO2探针通过荧光开启检测TBHQ,其线性范围为0.07-66.67μmol/L,检出限为10.1nmol/L。(3)以硝酸硫胺和钼酸钠为原料,通过水热法制备氮、硫共掺杂碳点(N,S-CD)。N,S-CD的激发和发射波长分别为370 nm和443 nm,其量子产率为14%(以罗丹明B为参照)及它的平均尺寸约1.4 nm。N,S-CD与银纳米族(AgNCs)复合形成比率探针(N,S-CD-AgNCs),该探针成功用于检测2-甲基-3-呋喃硫醇(MFT)。而MFT能与N,S-CD-AgNCs形成Ag-S键导致AgNCs被分解,且其不与N,S-CD作用,致使N,S-CD-AgNCs在443 nm处的荧光强度基本不变,而在670 nm处的荧光强度下降。研究结果显示该比率探针检测MFT的线性范围和检出限分别为0.07-18.67μmol/L和3.6 nmol/L。
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