基于“關開”型摻雜碳量子點檢測食用油中特丁基對苯二酚的研究

包澤偉, 林建原, 于佩斕, 郭善才, 蔣力豪

(浙江萬里學院,寧波 315100)

特丁基對苯二酚(TBHQ)作為一種常用的酚類抗氧化劑,能有效抑制細菌、霉菌的繁殖,起防腐作用,又因其良好的熱穩定性及低毒等特點,被廣泛應用于油脂抗氧化領域中[1-3]。研究表明,過量攝入TBHQ可引發惡心、嘔吐、窒息等風險,對人體具有一定毒副作用[4,5],因此使用中需嚴格控制用量,其中GB 2760—2014規定TBHQ在油脂中的添加量不得超過0.2 g/kg。

目前TBHQ的檢測方法主要有高效液相色譜法[6,7]、氣相色譜法[8,9]、色譜-質譜聯用[10]、電化學法[11,12],此類方法靈敏度高、選擇性好,但對于檢測樣品的前處理要求繁瑣,測定成本較高,且耗時長。近年來,對于TBHQ的快速檢測技術應運而生,李滿秀等[13]制備了碳量子點與納米金的復合材料,因TBHQ可增強該納米材料在445 nm處的熒光發射強度,從而構建了一種檢測新方法。Farajmand等[14]采用微液-液萃取與差分脈沖伏安法相互結合的方式,發現將玻璃碳電極于1.9 V電壓與0.1 mol/L硫酸中預氧化,能夠大幅調節對TBHQ的電化學響應,檢測靈敏度高。

碳量子點(CQDs)是一種綠色、低毒的納米級材料,具有較大的比表面積、較多的活性位點,可通過不同官能團調節其表面狀態,制備特定波長的熒光材料[13,14],廣泛應用于免疫熒光、成分分析、離子檢測等領域[15]。其中碳量子點的制備方法之一水熱法具有經濟、環保、產率高等特點,在合成領域廣泛應用。本研究采用Tris與CA通過水熱法合成N-CQDs,并基于Fe3+與N-CQDs的絡合作用,使激發電子轉移至Fe3+的d軌道導致熒光猝滅[16],借助TBHQ與Fe3+的強絡合作用與CQDs產生競爭,構建“關-開”型熒光探針對TBHQ進行快速檢測。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

山茶油,調和油,純凈水,特丁基對苯二酚、一水合檸檬酸、三羥甲基氨基甲烷、乙酸銨、三氯化鐵:分析純。

100 mL反應釜(防爆型),100 mL PPL內襯,F-4600型熒光分光光度計,LGJ-12冷凍干燥機,UV-3 000PC紫外分光光度計,VERTEX70 型傅里葉變換紅外光譜儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 溶液配制

TBHQ標準溶液配制:準確稱取0.166 g TBHQ,定容于100 mL容量瓶中,即為100 mmol/L TBHQ標準溶液,再分別配制成1.000、0.100 mmol/L TBHQ標準溶液。

Fe3+淬滅劑配制:稱取0.270 g FeCl3·6H2O,定容于100 mL容量瓶中,濃度為10 mmol/L。

1.2.2 N-CQDs制備

稱取1.000 g Tris與1.700 g CA溶于50 mL純凈水,充分攪拌后超聲10 min,轉移至100 mL反應釜中,放置于200 ℃烘箱中8 h,取出,待其冷卻后得到淡褐色溶液[17]。將得到的溶液進行高速離心并使用0.22 μm濾膜過濾以去除大顆粒物質,使用透析袋透析48 h,得到N-CQDs,于4 ℃冷藏保存。

1.2.3 N-CQDs結構表征

將1.2.2 制備的N-CQDs溶液經旋蒸濃縮后,冷凍干燥48 h得到固體粉末,取少量樣品與經干燥的KBr粉末混合、碾碎、壓片,采用傅里葉變換紅外光譜儀對樣品進行紅外光譜分析。

1.2.4 油脂樣品預處理[18]

稱取10.000 g油脂樣品于50 mL錐形瓶中,加入20 mL 石油醚,超聲10 min,轉移至分液漏斗,加入質量分數為1.67%乙酸銨溶液20 mL充分振蕩后靜置分層萃取,分離出水層,再加入質量分數為1.67%乙酸銨溶液進行2次萃取,收集合并水層,加入10%乙酸銨溶液2.5 mL,定容至100 mL容量瓶中,搖勻,得到待測樣品。

1.2.5 熒光光譜測定

取5 mL比色管,依次加入200 μL N-CQDs,2 mL純凈水,150 μL Fe3+淬滅劑及200 μL 10 mmol/L TBHQ標準溶液,定容至5 mL,搖勻后靜置孵育18 min。取1 mL溶液進行熒光光譜分析。

2 結果與討論

2.1 N-CQDs光譜表征

2.1.1 N-CQDs 的紫外吸收光譜

圖1為N-CQDs的紫外吸收光譜,在240 nm處存在明顯π-π*躍遷的特征吸收峰,表明N-CQDs具有多個不飽和碳鍵形成形成碳骨架結構的共軛體系[19,20],在328 nm處有明顯的吸收特征峰,這是由于CQDs表面捕獲激發態能量所產生,此吸收峰通常會產生藍色熒光[21]。

2.1.2 N-CQDs 紅外光譜

圖2 N-CQDs紅外吸收光譜圖

2.1.3 N-CQDs 熒光光譜

N-CQDs的熒光光譜見圖3。以270、300、330、345、360、390 nm為激發波長,分別測定N-CQDs在360～480 nm范圍的發射波長,實驗確定其最佳激發波長和發射波長分別為330、405 nm。當激發波長逐漸遠離330 nm時,其發射波長熒光強度不斷降低,該現象可能是由于N-CQDs的表面缺陷及不同官能團粒徑大小所致,導致N-CQDs對激發光具有依賴性[27]。隨著激發波長的增加,發射波長最高峰略出現紅移。

圖3 N-CQDs熒光光譜圖

2.2 N-CQDs檢測條件優化

2.2.1 Fe3+濃度優化

于N-CQDs體系中分別加入0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mmol/L不同濃度的Fe3+,探究熒光猝滅劑添加量對N-CQDs熒光強度的影響。圖4所示,隨著Fe3+濃度增大,N-CQDs熒光強度隨之降低,當Fe3+濃度為0.3 mmol/L時,TBHQ熒光強度變化達最大,再繼續升高濃度,TBHQ無法絡合過量的Fe3+離子。

圖4 Fe3+對N-CQDs熒光強度的影響

2.2.2 孵育時間優化

實驗探究0～30 min不同孵育時間對TBHQ檢測靈敏度的影響,結果如圖5所示。開始階段TBHQ沒有與N-CQDs充分結合,使得熒光恢復值較低,在孵育18 min后熒光恢復值達到最高,對TBHQ的檢測更為靈敏,且趨于穩定,因此實驗選擇18 min孵育時間為宜。

圖5 孵育時間對N-CQDs熒光強度的影響

2.2.3 金屬離子干擾實驗

選擇0.01 mol/L多種常規干擾金屬離子對N-CQDs熒光強度的影響,干擾結果如表1所示,Ba2+、Mg2+、Mn2+、Na+、Ca2+、Cu2+、Fe2+、K+、Zn2+對N-CQDs的影響均小于5%,表明Fe3+對N-CQDs的猝滅具有良好的特異性,不易受其他金屬離子的干擾。

表1 10種金屬離子對N-CQDs熒光強度的影響

續表1

2.3 N-CQDs對TBHQ的檢測

2.3.1 檢測原理

TBHQ的檢測是通過待測物對N-CQDs熒光“關-開”實現的。由N-CQDs,N-CQDs與Fe3+(0.3 mmol/L), N-CQDs、Fe3+(0.3 mmol/L)與TBHQ(0.5 mmol/L)作用的熒光光譜圖見圖6,N-CQDs表面官能團與Fe3+結合,發生非輻射電子轉移,導致熒光猝滅。加入TBHQ,由于TBHQ與Fe3+的絡合能力高于Fe3+與N-CQDs的結合能力,使得N-CQDs的熒光得以恢復,實現對TBHQ的檢測。

注: Fe3+、TBHQ的濃度分別為0.3、0.5 mmol/L。圖6 熒光光譜圖

2.3.2 TBHQ標準曲線模型建立

配制質量濃度梯度為1.00、1.33、1.66、2.49、3.32、8.31、16.62、24.93、33.24 μg/mL的TBHQ標準工作曲線,在最優實驗條件下測量其熒光值。TBHQ質量濃度在1.00～33.24 μg/mL范圍內熒光強度與其濃度具有良好線性關系,回歸方程為y=0.283x+72.295,相關系數為0.995,對食用油中TBHQ的檢出限達5.6 mg/kg。

2.3.3 樣品加標回收率測定

根據1.2.4所述方法處理食用油,設置2組平行測定食用油樣品中TBHQ含量的加標回收率實驗,結果見表2。方法的樣品回收率在90.51%～105.80%之間,表明該方法準確可行,適用于食用油中TBHQ的快速檢測。

表2 樣品的加標回收率

3 結論

實驗基于N-CQDs、Fe3+與TBHQ之間的相互作用關系構建了一種“關-開”模型用于對食用油中TBHQ的檢測方法。實驗方案中采用的碳量子點具有良好的熒光性能,且易于制備、綠色環保,基于此優勢建立了用于檢測食用油中TBHQ的新方法,相較于國標氣相色譜法而言,該方法的檢測精度略不及后者,但由于其檢測條件不易受外界環境干擾,更適用于市場食用油中TBHQ添加量的初步快速篩查。