基于塔拉胶-槲皮素功能化金纳米颗粒的碘离子光学检测新策略及其应用研究

本研究针对碘离子(I?)检测中传统方法操作复杂、设备昂贵等问题，开发了一种基于塔拉胶还原/稳定的金纳米颗粒(TG-AuNPs)并经槲皮素(QT)功能化的新型光学纳米探针(TG-AuNPs-QT)。研究人员通过银离子(Ag+)介导的原位还原机制，实现了对I?的高灵敏、高选择性检测，线性范围为1.0-65.0 μM，检测限达250 nM。该探针在实际水样和食品样品中表现出优异的准确性和可靠性，为碘营养监测提供了简便高效的检测平台。

　　

碘是维持人体健康不可或缺的微量元素，尤其在甲状腺激素合成和机体代谢调节中发挥着关键作用。世界卫生组织建议成年人每日碘摄入量为150-250微克，主要通过鱼类、海产品、乳制品等食物摄取。碘缺乏会导致甲状腺功能减退、认知障碍甚至某些癌症，而碘过量同样会引起健康问题。因此，发展灵敏、准确的碘离子检测方法对公共卫生和食品安全具有重要意义。

传统的碘离子检测方法如电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、离子色谱(IC)等虽然灵敏度高，但需要昂贵设备、专业操作和复杂样品前处理，难以实现现场快速检测。电化学方法存在电极处理复杂的问题，荧光检测则可能受材料自身荧光干扰。近年来，纳米材料因其独特的光学性质和表面易修饰特性，为碘离子检测提供了新思路。特别是金纳米颗粒(AuNPs)的局部表面等离子体共振(LSPR)特性，使其在比色传感领域展现出巨大潜力。

在这项发表于《Food Chemistry: X》的研究中，研究人员首次利用天然多糖塔拉胶(TG)同时作为还原剂和稳定剂，成功制备了分散良好的金纳米颗粒(TG-AuNPs)，并进一步通过槲皮素(QT)功能化，开发了一种高灵敏度的碘离子光学检测探针。

研究采用多种表征技术包括透射电子显微镜(TEM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、拉曼光谱、X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、动态光散射(DLS)/zeta电位和X射线光电子能谱(XPS)对材料进行全面分析。实际样品检测包括自来水和高碘食品(海带等)，并通过ICP-MS方法进行验证。

3.1. TG-AuNPs的合成

通过系统优化金盐浓度、反应温度和反应时间等参数，确定了最佳合成条件：1.25 mM金盐浓度、80°C反应温度和60分钟反应时间。在此条件下制备的TG-AuNPs呈现酒红色，最大吸收峰在521 nm，平均粒径为10.5±1.8 nm，zeta电位为-35.3±1.8 mV，表现出良好的稳定性。

3.2. TG-AuNPs的表征

TEM显示TG-AuNPs呈球形且分散良好。FESEM和EDS证实金纳米颗粒均匀分布在TG聚合物网络中。XRD图谱显示出金纳米颗粒的特征衍射峰(111)、(200)、(220)和(311)。XPS分析确认金元素以Au⁰状态存在，结合能为83.7和87.6 eV。

3.3. TG-AuNPs的槲皮素功能化

将TG-AuNPs与槲皮素(QT)在室温下反应2小时，成功制备TG-AuNPs-QT探针。FTIR光谱证实QT成功修饰到TG-AuNPs表面，但未显著改变其官能团结构。

3.4. TG-AuNPs-QT作为碘离子光学检测探针的应用

研究发现，Ag⁺加入TG-AuNPs-QT探针后，QT介导Ag⁺原位还原为银纳米颗粒(AgNPs)，沉积在预先形成的AuNPs上形成Au@Ag核壳结构，导致溶液颜色从红色变为黄色，吸收峰从521 nm蓝移至420 nm。当I^?与Ag⁺预混合后，由于Ag⁺与I^?之间强烈的结合作用形成AgI复合物，阻碍了AgNPs的形成，从而产生相反的颜色和吸收光谱变化。

检测体系在最优条件下对I^?的线性响应范围为1.0-65.0 μM，检测限(LOD)为250 nM，定量限(LOQ)为0.82 μM。该方法表现出良好的精密度(日内RSD为2.3-3.2%，日间RSD为3.1-4.1%)和高选择性，即使在高浓度其他阴离子存在下也能特异性识别I^?。

3.5. TG-AuNPs-QT探针在实际样品中检测碘离子的应用

将探针应用于自来水和高碘食品(海带)样品中I^?的检测，回收率在98.6-104.9%之间，与ICP-MS检测结果吻合良好(相对误差<10%)。进一步扩展应用到小麦粉、红薯、长豆角、菠菜茎、干梅子、蛋黄、奶酪香肠、奶粉、虾和裙带菜等多样食品样品，结果证明该方法在实际样品检测中具有可靠性和实用性。

该研究成功开发了一种基于塔拉胶和槲皮素功能化金纳米颗粒的新型光学传感平台，用于碘离子的灵敏、选择性检测。这种方法不仅解决了传统检测方法的局限性，还为食品和环境中碘离子的监测提供了简便、快速的解决方案。研究的创新点在于首次使用塔拉胶作为唯一还原剂和稳定剂合成金纳米颗粒，并通过槲皮素功能化增强检测灵敏度。该方法在实际样品中表现出良好的准确性和可靠性，为碘营养监测和食品安全控制提供了新的技术手段。

尽管该方法显示出优越性能，但研究人员也指出了一些局限性，如样品消化步骤需要严格控制、探针对pH敏感以及需要控制存储条件等。这些问题的解决将进一步提高方法的稳健性和可靠性。未来研究可以探索将该探针与其他技术联用，或开发便携式设备，以实现更广泛的现场应用。