利用氮/磷共掺杂碳量子点，基于荧光技术实现对氯四环素（chlortetracycline）和铅离子（Pb2+）的双重检测

《RSC Advances》：Fluorescence-based dual detection of chlortetracycline and Pb2+ using nitrogen/phosphorus co-doped carbon quantum dots

氮/磷共掺杂碳量子点（N/P-CQDs）通过内滤效应（IFE）可逆检测氯四环素（CTC）和铅离子（Pb2?），检测限分别为30 nM和18 nM，在番茄、牛奶及河水中的回收率均超过92%。

　　本研究介绍了一种基于氮/磷共掺杂碳量子点（N/P-CQDs）的双模式荧光传感器，能够用于连续和选择性地检测chlortetracycline（CTC）和Pb2?离子。这种传感器的设计旨在应对环境中常见的污染物问题，特别是在食品安全和生态监测领域。CTC作为一种广泛应用于畜牧业和农业的抗生素，可能导致抗药性问题，而Pb2?作为一种有毒重金属，对生态系统和人类健康构成威胁。因此，开发一种快速、便携、低成本且高灵敏度的检测方法对于环境和食品安全至关重要。

该研究采用了一种绿色的水热合成方法，使用石榴皮汁作为可再生的碳源。这种方法不仅环保，而且简化了传统多步骤合成过程，使N/P-CQDs的制备更加经济高效。通过这种绿色合成方法，研究团队成功制备了具有蓝色发射特性的N/P-CQDs，其激发波长和发射波长分别位于400 nm和475 nm，平均粒径约为7.5 nm。这种材料的光学特性使其成为理想的荧光探针，具备在多种环境中应用的潜力。

在荧光传感机制方面，N/P-CQDs表现出一种独特的“on–off–on”响应模式。当CTC存在时，其荧光被显著淬灭，这主要归因于内滤效应（IFE）。然而，当Pb2?离子加入后，荧光信号得以恢复，这表明Pb2?能够与CTC形成稳定的复合物，从而减少CTC对N/P-CQDs的干扰。这种可逆的荧光响应机制为同时检测CTC和Pb2?提供了一种高效且精准的方法。研究结果表明，该传感器对CTC的检测范围为0–100 μM，检测限（LOD）为30 nM；对Pb2?的检测范围为5–100 μM，LOD为18 nM。这些数据表明，该传感器具有优异的灵敏度和选择性，能够有效识别这些目标分析物。

此外，N/P-CQDs在不同实验条件下展现出良好的稳定性和重现性。例如，在pH值为8.0的Tris–HCl缓冲液中，其荧光强度保持稳定，且在高盐浓度和不同温度下也表现出优异的性能。这种稳定性使其能够在复杂的实际样本中，如番茄汁、牛奶和河水样本中，进行有效的检测。在实际样本分析中，该传感器的回收率在92%至98%之间，进一步验证了其在环境和食品安全监测中的实用性。

为了进一步探究N/P-CQDs的性能，研究团队对多种干扰物质进行了测试，包括其他抗生素（如STC、AMP、TC等）和金属离子（如Cu2?、Ni2?、Hg2?、Co2?等）。实验结果表明，N/P-CQDs能够有效地区分这些干扰物，并对CTC和Pb2?表现出高度的选择性。这说明该传感器在实际应用中能够减少其他物质的干扰，提高检测的准确性。

研究还分析了N/P-CQDs的光学特性，包括其紫外-可见吸收光谱和荧光光谱。通过对比CTC的吸收光谱与N/P-CQDs的激发光谱，研究团队确认了CTC对N/P-CQDs荧光淬灭的机制主要来自于内滤效应，而非其他类型的相互作用。此外，对荧光寿命的分析进一步支持了这一结论，表明CTC对荧光寿命的影响较小，而对荧光强度的影响显著，这表明荧光淬灭主要由静态过程引起。这种特性对于构建高效的荧光传感系统具有重要意义。

N/P-CQDs的合成过程利用了石榴皮汁中的天然还原剂和稳定剂，使其能够在无需复杂表面修饰的情况下，实现对CTC和Pb2?的检测。这种简便的合成方法不仅降低了成本，还提高了环境友好性。同时，该传感器具有良好的可重复性和可重复使用性，在多次“on–off–on”荧光切换实验中，其荧光强度保持稳定，信号损失低于5%。这一结果表明，N/P-CQDs在重复检测中表现出优异的性能，为实际应用提供了保障。

在实际样本检测中，研究团队通过向番茄汁、牛奶和河水样本中添加不同浓度的CTC，验证了该传感器的适用性。结果显示，传感器在这些样本中均能实现高回收率和低相对标准偏差（RSD），表明其在复杂样本中的检测性能良好。此外，对于Pb2?的检测，该传感器同样表现出良好的恢复能力，其在实际样本中的回收率在92%至96.7%之间，进一步证明了其在环境和食品安全监测中的可靠性。

该研究不仅在材料合成和性能评估方面取得了进展，还探讨了N/P-CQDs在实际应用中的潜力。由于其优异的光学性能和环境适应性，N/P-CQDs被广泛认为是未来环境监测和食品安全检测的重要工具。同时，研究还指出，尽管该传感器在实验室条件下表现出色，但在更广泛的实际应用中，仍需进一步研究其长期稳定性和可重复使用性，以及探索更多可能的改进方法，如通过表面修饰提高其选择性，或开发便携式或集成式传感平台以提高检测的便利性。

综上所述，该研究通过一种绿色、简便的合成方法，成功开发了一种基于N/P-CQDs的双模式荧光传感器，能够在实验室和实际环境中实现对CTC和Pb2?的高灵敏度、高选择性和高稳定性检测。这一成果不仅为环境和食品安全监测提供了新的技术手段，还为未来发展更高效、更环保的传感平台奠定了基础。