基于塔拉胶-金纳米粒子-槲皮素光学探针的碘离子检测新方法及其在食品分析中的应用

本研究针对碘离子(I?)检测中存在的操作复杂、设备昂贵等问题，开发了一种基于塔拉胶(TG)还原的金纳米粒子(AuNPs)功能化槲皮素(QT)的新型光学纳米探针(TG-AuNPs-QT)。该探针通过银离子(Ag+)介导的显色反应，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，并成功应用于水和多种食品样品中碘含量的准确测定，为食品安全监测提供了简便高效的检测技术。

　　

碘是人体必需的微量元素，在甲状腺激素合成和机体代谢调节中发挥着至关重要的作用。碘缺乏会导致甲状腺肿、认知功能障碍甚至某些癌症的发生风险增加。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。因此，开发准确、快速的碘离子(I^?)检测方法对保障公众健康具有重要意义。

目前常用的碘检测方法包括电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)、离子色谱(IC)、电化学方法和荧光检测等。然而，这些方法存在操作复杂、设备昂贵、需要专业技术人员等局限性，难以满足现场快速检测的需求。纳米材料因其独特的光学性质和小尺寸效应，在分析检测领域展现出巨大潜力，特别是金纳米粒子(AuNPs)基于局部表面等离子体共振(LSPR)的比色传感策略，因其操作简便、响应快速而备受关注。

在这项发表于《Food Chemistry: X》的研究中，研究人员开发了一种基于天然生物聚合物塔拉胶(TG)的金纳米粒子合成方法，并进一步功能化槲皮素(QT)，构建了高灵敏的碘离子光学纳米探针(TG-AuNPs-QT)。该研究首次使用TG作为唯一还原剂和稳定剂，在碱性条件下通过加热搅拌成功合成了平均粒径为10.5±1.8 nm的AuNPs，解决了传统化学生物聚合物基纳米材料合成中需要额外添加还原剂的问题。

研究采用多种表征技术包括透射电镜(TEM)、场发射扫描电镜(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)对材料进行了系统表征。通过优化TG-AuNPs-QT探针与Ag⁺的反应条件，建立了基于Ag⁺/I^?相互作用的比色检测方法，并应用于实际样品分析，同时使用ICP-MS进行方法验证。

3.1. TG-AuNPs的合成

通过优化金盐浓度、反应温度和反应时间等参数，确定了最佳合成条件为：金盐浓度1.25 mM，反应温度80°C，反应时间60分钟。表征结果显示合成的TG-AuNPs分散性良好，平均流体力学直径为31.5±2.2 nm，zeta电位为-35.3±1.8 mV，表明纳米粒子具有良好稳定性。

3.2. TG-AuNPs的表征

TEM显示TG-AuNPs呈球形且分散均匀；XRD证实了面心立方(fcc)金晶体的存在；TGA表明AuNPs的引入使材料的残炭率从2.83%提高至10.61%，热稳定性显著增强；XPS分析确认金元素以Au⁰状态存在。

3.3. TG-AuNPs与槲皮素的功能化

研究发现TG-AuNPs直接对Ag⁺响应不敏感，而经QT功能化后，TG-AuNPs-QT探针对Ag⁺表现出显著响应，溶液颜色由红色变为黄色，吸收峰从521 nm蓝移至410 nm。通过优化确定了50.0 μM为最佳QT功能化浓度。

3.4. TG-AuNPs-QT作为I^?检测的光学探针

基于Ag⁺与I^?之间的高亲和力作用，建立了I^?检测方法。在最优条件下，检测线性范围为1.0-65.0 μM，回归方程为A_o-A_i@405 = 0.0068[I^?] + 0.0452 (r²=0.9942)，检测限(LOD)和定量限(LOQ)分别为250 nM和0.82 μM。方法具有良好的精密度(日内RSD为2.3-3.2%，日间RSD为3.1-4.1%)和选择性，对常见阴离子无显著干扰。

3.5. TG-AuNPs-QT在实际样品中检测I^?的应用

该方法成功应用于自来水和海带样品中I^?的检测，加标回收率为98.6-104.9%。进一步扩展应用于小麦粉、红薯、长豆角、菠菜茎、干梅、蛋黄、奶酪香肠、奶粉、虾和裙带菜等多样食品样品，结果与ICP-MS验证结果吻合良好，相对误差小于10%。

本研究成功开发了一种基于TG-AuNPs-QT的新型光学纳米探针，用于碘离子的高灵敏、高选择性检测。该方法创新性地使用塔拉胶作为绿色还原剂和稳定剂合成金纳米粒子，并通过槲皮素功能化提升检测灵敏度，解决了传统检测方法操作复杂、设备昂贵的局限性。研究的实际样品应用结果表明，该方法具有良好的准确性和可靠性，为食品中碘含量的快速监测提供了有效技术手段，在食品安全和营养健康领域具有重要的应用价值。

研究的局限性包括样品消化步骤需要谨慎监控、探针对pH敏感以及需要控制储存条件等，这些方面需要在未来工作中进一步改进。同时，未来研究还应考察更复杂的实际样品基质对方法性能的影响，以提高方法的稳健性和可靠性。