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基于二维Tb-MOF纳米片的高灵敏度荧光定量检测食品中的多菌灵

期刊:Food ChemistryDOI:10.1016/j.foodchem.2023.135853

该文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是对该研究的详细介绍:

作者、研究机构及发表信息

本研究的主要作者包括Ting Wang、Lei Zhang、Jieyuan Zhang、Gaoxian Guo、Xinhui Jiang、Zhengwei Zhang和Siqiao Li,他们分别来自重庆医科大学药学院和基础医学院法医学系。该研究发表于2023年3月4日的《Food Chemistry》期刊,文章编号为416卷,135853页。

学术背景

本研究属于食品化学领域,重点关注食品安全中的农药残留检测。多菌灵(Carbendazim, CBZ)是一种广泛使用的苯并咪唑类杀菌剂,用于防治植物病害。然而,CBZ在环境中的降解速率较慢,容易在食品中残留,对人类健康构成严重威胁,可能导致肝脏疾病、染色体畸变和癌症。因此,开发一种简单、可靠且灵敏的CBZ检测方法对确保食品安全至关重要。

现有的CBZ检测技术,如高效液相色谱(HPLC)、毛细管电泳(CE)、紫外光谱法(UV)和电化学方法,虽然具有低检测限、高准确性和高灵敏度的优点,但也存在预处理过程复杂、设备昂贵、操作技术要求高和检测时间长等局限性。基于金属有机框架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)的荧光传感器因其简单性、超灵敏性、高选择性和多信号输出模式等优异特性而受到广泛关注。因此,本研究旨在开发一种基于二维铽基金属有机框架(2D Tb-MOF)纳米片的荧光传感器,用于食品中CBZ的快速、超灵敏检测。

研究流程

1. 2D Tb-MOF纳米片的合成

研究首先采用一种改进的方法合成了2D Tb-MOF纳米片。具体步骤包括:将5-硼酸-1,3-苯二甲酸(BBDA)溶解在DMF/H2O(7:3, v/v)中,加入三乙胺(TEA)并搅拌;随后,将TbCl3·6H2O溶解在相同的溶剂中,并将两种溶液混合,反应12小时后通过离心收集产物,并用DMF和乙醇多次洗涤,最终得到白色粉末状的Tb-MOF纳米片。

2. 荧光测量

将合成的Tb-MOF纳米片分散在水中,制备成探针溶液。随后,向溶液中加入不同浓度的CBZ(0-40 µg/ml),并在250 nm的激发波长下测量荧光强度。此外,还研究了其他干扰物质(如金属离子、有机化合物和其他农药)对CBZ检测的选择性。

3. 实际样品检测

研究选择了苹果和茶叶作为实际样品,评估了探针的检测性能。具体步骤包括:将苹果和茶叶样品处理后,加入不同浓度的CBZ标准溶液,稀释后离心并过滤,最终测量荧光强度以确定CBZ的浓度。

主要结果

1. 2D Tb-MOF纳米片的表征

通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)等手段对Tb-MOF纳米片的形貌和尺寸进行了表征。结果显示,Tb-MOF纳米片形成了紧密的扫帚状线片结构,具有均匀且光滑的表面,平均长度和宽度分别为0.55 µm和0.15 µm。AFM进一步证实了纳米片的薄层结构,厚度在0.275-0.399 µm之间。

2. 光学性能

Tb-MOF纳米片在250 nm的激发波长下显示出四个特征荧光峰,其中543 nm为主峰。纳米片表现出明亮的绿色荧光,且荧光强度与CBZ浓度呈线性关系。CBZ的加入显著淬灭了Tb-MOF的荧光,表明纳米片可以作为CBZ的荧光传感器。

3. 检测性能

研究建立了CBZ检测的校准曲线,发现Tb-MOF纳米片在0.06-4 µg/ml和4-40 µg/ml范围内具有两个线性响应区间,检测限低至17.95 ng/ml。此外,探针对CBZ表现出高选择性和抗干扰能力,能够在实际样品(苹果和茶叶)中准确检测CBZ,回收率在95.29%-100.37%之间,相对标准偏差(RSD)低于3.07%。

结论

本研究成功开发了一种基于2D Tb-MOF纳米片的荧光传感器,用于食品中CBZ的快速、超灵敏检测。该传感器具有高灵敏度、高选择性和良好的实际应用性能,能够有效检测苹果和茶叶中的CBZ残留。研究为食品安全中的农药残留检测提供了一种新的策略,具有重要的科学和应用价值。

研究亮点

  1. 高灵敏度:Tb-MOF纳米片对CBZ的检测限低至17.95 ng/ml,具有两个宽线性范围(0.06-4 µg/ml和4-40 µg/ml)。
  2. 高选择性:探针对CBZ表现出高选择性,能够有效区分其他干扰物质。
  3. 实际应用性能:探针在实际样品(苹果和茶叶)中表现出良好的检测性能,回收率高,RSD低。
  4. 新型材料:2D Tb-MOF纳米片作为一种新型荧光材料,具有优异的光学性能和结构特性,为食品安全检测提供了新的工具。

其他有价值的内容

研究还探讨了CBZ检测的可能机制,认为荧光淬灭主要是由于内滤效应(Inner Filter Effect, IFE)和动态淬灭(Dynamic Quenching)的共同作用。这一机制的阐明为未来开发更高效的荧光传感器提供了理论依据。

本研究通过开发新型2D Tb-MOF纳米片荧光传感器,为食品安全中的农药残留检测提供了一种高效、可靠的解决方案,具有广泛的应用前景。

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