铁离子介导的氮掺杂碳点荧光传感技术用于准确检测食品中的氟喹诺酮类化合物

《Food Frontiers》：Iron Ion-Mediated Nitrogen-Doped Carbon Dot Fluorescence Sensing for Accurate Detection of Fluoroquinolone in Food

本研究开发了一种基于氮掺杂碳量子点（N-CDs）和铁离子（Fe3?）的荧光“on-off-on”传感方法，用于快速检测食品中的氟喹诺酮类抗生素（FQs）残留。通过Fe3?与N-CDs表面C=N键的配位作用实现荧光淬灭，FQs通过竞争性结合Fe3?恢复荧光。该方法灵敏度高（检测限4.40 μmol/L）、线性范围宽（5–900 μmol/L），在自来水、牛奶和蜂蜜中的实际样品检测中回收率介于91.31%至107.50%，验证了其有效性和实用性。

　　氟喹诺酮类药物（FQs）作为一种广泛应用于人类和动物医学中的抗生素，因其对细菌DNA合成的抑制作用而具有广谱抗菌特性。这类药物的广泛应用使其在食品中残留的问题日益突出，从而对人类健康和生态环境构成威胁。为应对这一问题，研究者们致力于开发快速、灵敏且易于操作的检测方法。本文提出了一种基于氮掺杂碳量子点（N-CDs）和铁离子（Fe3?）的荧光传感方法，用于检测食品中的FQs残留。

在研究中，Fe3?与N-CDs表面的C=N基团发生配位作用，形成非荧光物质，从而通过电子转移效应（ET）导致N-CDs的荧光强度显著减弱，呈现出“关”状态。然而，当FQs加入该体系后，由于其对Fe3?具有更强的螯合作用，能够与Fe3?形成稳定的螯合物，从而阻止Fe3?与N-CDs之间的配位反应，恢复N-CDs的荧光，呈现出“开”状态。这种“关-开-关”的荧光变化模式，使得该方法在检测FQs时具有更高的选择性和灵敏度。

实验表明，该方法在检测FQs时具有良好的线性范围，覆盖了5–900 μmol/L的浓度区间，而其检测限（LOD）仅为4.40 μmol/L。相较于传统的高液相色谱（HPLC）和液相色谱-串联质谱（LC-MS）等检测技术，该方法不仅操作简便，而且成本较低，适合在实际环境中进行快速检测。此外，通过与其他金属离子和抗生素的对比实验，该方法展现出优异的抗干扰能力，能够在复杂样品中准确识别FQs。

为了验证该方法的可行性，研究人员在实际样品中进行了测试，包括自来水、蜂蜜和牛奶。实验结果表明，该方法在这些样品中的回收率范围为91.31%至107.50%，相对标准偏差（RSD）均低于5.60%，说明其在实际应用中具有较高的准确性和重现性。同时，与液相色谱-质谱法（LC-MS）相比，该方法的检测结果与LC-MS数据高度一致，进一步证明了其可靠性。

该方法的核心优势在于其独特的“关-开-关”荧光传感机制，不仅提高了检测的灵敏度和选择性，还增强了其在复杂样品中的适用性。通过Fe3?作为桥梁，N-CDs能够与FQs发生特异性反应，从而实现对FQs残留的高效识别。此外，该方法的可重复性和稳定性也得到了实验验证，显示出其在食品检测中的广阔前景。

在实际应用中，该方法有望用于现场快速检测，为食品安全监管提供一种高效、便捷的解决方案。通过开发便携式检测设备或试纸条，可以进一步提高该方法的可操作性和普及性，从而在更广泛的环境中实现对FQs残留的实时监测。这不仅有助于提升食品安全水平，还能有效防止抗生素滥用对生态系统和人类健康的潜在危害。

从整体上看，该研究为FQs残留检测提供了一种新的思路和方法，具有重要的应用价值和科学意义。通过结合N-CDs的优良光学特性与Fe3?的桥接作用，该方法在检测灵敏度、选择性和抗干扰能力方面均表现出色，为食品安全和环境监测领域提供了强有力的工具。未来的研究可以进一步优化该方法，探索其在更多复杂样品中的适用性，并推动其向实际应用转化。