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基于金纳米簇和银离子的荧光“开-关”系统用于水果样品中多菌灵残留的测定

期刊:Food ChemistryDOI:10.1016/j.foodchem.2022.132836

该文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告:

本研究由Mengting Guan、Yue Guo、Xiaoxia Yan、Xiaojing Si、Xitian Peng、Yunyi Lei、Xia Shen、Liqiang Luo和Haibo He等人共同完成,研究团队分别来自上海大学化学系、上海商学院食品科学系以及湖北省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所。该研究于2022年3月29日在线发表于《Food Chemistry》期刊,文章编号为132836。

学术背景

本研究属于食品安全与化学分析领域,主要关注农药残留检测。多菌灵(Carbendazim, CBZ)作为一种广泛使用的苯并咪唑类杀菌剂,由于其高稳定性和潜在毒性,其在农产品中的残留问题引起了广泛关注。传统的检测方法如高效液相色谱法(HPLC)、液相色谱-质谱联用法(LC-MS)和气相色谱-质谱联用法(GC-MS)虽然可靠,但操作复杂、耗时且成本较高。近年来,基于纳米材料的荧光检测方法因其高灵敏度、简便性和低成本而备受关注。本研究旨在开发一种基于谷胱甘肽修饰的金纳米簇(Glutathione-Gold Nanoclusters, GSH-Au NCs)和银离子(Ag+)的荧光“开-关”系统,用于快速、灵敏地检测水果样品中的多菌灵残留。

研究流程

研究流程主要包括以下几个步骤:

  1. GSH-Au NCs的合成
    研究团队采用文献报道的方法合成了GSH-Au NCs。具体步骤为:将4.0 mL的20 mM氯金酸(HAuCl4·3H2O)与1.2 mL的100 mM谷胱甘肽(GSH)混合,加入34.8 mL超纯水,在70°C下温和搅拌24小时,最终得到具有橙色荧光的GSH-Au NCs溶液。合成后的溶液在4°C下保存备用。

  2. 荧光检测多菌灵
    研究人员将不同浓度的多菌灵溶液与0.3 mM的AgNO3溶液混合,超声处理2分钟后,加入GSH-Au NCs溶液,继续超声处理3分钟。随后,将混合液转移至石英比色皿中,在430 nm激发波长下监测荧光光谱。通过计算荧光猝灭效率((I1-I)/I1,其中I1和I分别代表不含和含有多菌灵时的荧光强度)来评估检测性能。

  3. 水果样品中多菌灵的分析
    研究团队从当地超市购买了苹果和橙子样品,使用果汁机将其均质化后,加入已知浓度的多菌灵标准溶液,分别制备了含有3.0 nmol/g、15.0 nmol/g和60 nmol/g多菌灵的样品。随后,将样品与二氯甲烷涡旋混合,去除不溶物后,在50°C下孵育10分钟以去除二氯甲烷,最终用DMF重新溶解并稀释至15 mL。采用上述荧光检测方法对提取液进行分析,并通过HPLC验证结果。

主要结果

  1. GSH-Au NCs的表征
    合成的GSH-Au NCs溶液在日光下呈淡黄色,在365 nm紫外光下发出橙色荧光。紫外-可见吸收光谱在400 nm处出现明显的肩峰,荧光光谱在606 nm和642 nm处有两个发射峰。高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)分析显示,GSH-Au NCs为单分散的超小纳米晶体,平均尺寸为3.5 ± 0.5 nm,晶格间距为0.235 nm,与Au(111)晶面一致。

  2. 荧光“开-关”机制
    在Ag+存在下,GSH-Au NCs的荧光强度显著增强(“开”),这是由于Ag+诱导的聚集诱导发光增强(Aggregation-Induced Emission Enhancement, AIEE)效应。当加入多菌灵后,由于多菌灵与Ag+之间的螯合作用,荧光强度显著降低(“关”)。荧光猝灭效率与多菌灵浓度在0.5至20 μM范围内呈良好的线性关系,检测限为0.12 μM。

  3. 水果样品中的多菌灵检测
    在苹果和橙子样品中,多菌灵的回收率分别为81.0%至111.4%,相对标准偏差(RSD)小于6.6%。HPLC验证结果显示,本研究提出的荧光检测方法与HPLC结果无显著差异,表明该方法适用于水果样品中多菌灵残留的快速检测。

结论

本研究成功开发了一种基于GSH-Au NCs和Ag+的荧光“开-关”系统,用于快速、灵敏地检测水果样品中的多菌灵残留。该方法具有高灵敏度、选择性和良好的回收率,能够有效应用于复杂食品基质中多菌灵的快速筛查。

研究亮点

  1. 创新性检测方法:本研究首次利用Ag+诱导的AIEE效应开发了荧光“开-关”系统,为多菌灵残留检测提供了一种简便、快速的新方法。
  2. 高灵敏度与选择性:该方法对多菌灵的检测限为0.12 μM,远低于中国和欧盟规定的最大残留限量,且对其他干扰物质具有高度选择性。
  3. 实际应用价值:该方法在水果样品中的多菌灵检测中表现出良好的回收率和精度,具有广泛的实际应用前景。

其他有价值的内容

研究团队还优化了实验条件,包括Ag+浓度、pH值、反应温度和时间等,以确保检测系统的最佳性能。此外,研究还通过竞争实验验证了该方法在共存干扰物质下的选择性,进一步证明了其在实际应用中的可靠性。

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