红绿化学：基于重氮化活性碳点与智能手机双模式传感的预处理蔬菜亚硝酸盐现场快检新方法

本研究报告开发了一种基于氨基功能化碳量子点（OPD-CQDs）的荧光/比色双模式传感器，并与智能手机联用，实现对预处理蔬菜中亚硝酸盐（NO2?）的快速现场检测。该方法利用OPD-CQDs在酸性条件下与NO2?发生特异性重氮化反应，引发荧光猝灭与颜色变化，结合智能手机RGB分析实现定量检测，检出限低至0.02–0.06 μM，具备高灵敏度、高选择性与便携性，为食品安全现场监测提供了可靠新工具。

　　

Highlight

本研究开发了一种集成智能手机的荧光/比色双模式传感器，利用邻苯二胺合成的氨基功能化红色荧光碳量子点（OPD-CQDs），实现了对预处理蔬菜中亚硝酸盐（NO₂^?）的快速、高灵敏、高选择性现场检测。OPD-CQDs在强酸条件下与NO₂^?发生重氮化反应，伴随显著荧光猝灭（红色→无色）与颜色褪变（蓝色→无色）。借助智能手机RGB分析，可将光学信号转化为NO₂^?浓度，荧光与比色模式的检出限分别达到0.06 μM和0.02 μM。此外，研制了甲基橙/OPD-CQDs复合淀粉凝胶测试条，在NO₂^?存在下呈现由紫至淡黄的明显色变，增强了视觉辨识度。该传感器在三种市售预处理蔬菜中表现出良好的准确性与实用性，具备显著的应用潜力。

Introduction

随着全球预处理蔬菜产业持续扩张，中国在其中扮演日益重要的角色。然而产业快速增长也伴随着诸多食品安全挑战。预处理蔬菜在生产、加工与运输过程中的不当操作可能导致大量致癌物如亚硝酸盐（NO₂^?）的生成。亚硝酸盐常被用作食品加工中的护色剂和防腐剂，但过量摄入可能引发婴儿高铁血红蛋白血症，并在胃中与胺类物质反应形成致癌亚硝胺。欧盟规定饮用水中NO₂^?限值为0.5 mg·L^?1，中国国家标准（GB 2762-2022）则规定蔬菜中NO₂^?不得超过20 mg·kg^?1。因此，发展快速、简便、灵敏、便携的NO₂^?检测方法对保障人类健康具有重要意义。

目前常用的NO₂^?检测方法包括色谱、毛细管电泳、电化学、化学发光、比色及荧光法等。这些方法虽效率较高，但仍难以应对复杂食品基质（尤其是预处理蔬菜中的内源性荧光物质如核黄素、叶绿素衍生物及合成色素等）所带来的背景干扰。此外，现有技术多依赖大型仪器与专业操作，难以满足资源有限场景（如生产线或家庭）中对现场快速筛查的需求。

集成荧光与比色信号的双模式传感平台可显著提高检测准确性与可靠性。荧光法具备高灵敏度，比色法则提供直观视觉读值，两者交叉验证可有效降低假阳性。碳量子点（CQDs）因具有可调光学特性与易功能化表面，成为双模式检测的理想材料。尤其是氨基功能化CQDs可通过重氮化反应实现NO₂^?的高选择性识别——表面芳香胺在酸性条件下与NO₂^?反应生成稳定的重氮盐中间体。相较于基于内滤效应（IFE）或荧光共振能量转移（FRET）等机制的CQDs传感策略，该反应不仅能引起荧光猝灭，还可触发显色过程，形成自验证机制。

然而，常规蓝/绿发光CQDs易受食品基质光谱干扰。本研究创新性地制备了发射峰位于625 nm的红光氨基功能化OPD-CQDs，有效避开了常见食品组分（如核黄素520 nm，叶绿素衍生物670 nm）的荧光背景。其长波长发射最小化了检测过程中的背景噪声，而富氨基表面则提高了重氮化效率，确保在高干扰物（如共存阴离子、小分子及食品添加剂）存在下的高特异性。NO₂^?触发重氮化反应与光诱导电子转移（PET）的协同效应，导致红色荧光猝灭与蓝色可视褪变。为进一步增强颜色变化并提升检测便捷性，利用涂布法制备了MO/OPD-CQDs复合淀粉凝胶测试条，在加入NO₂^?后呈现由紫色至淡黄色的显著色变。结合智能手机，构建了一个可用于预处理蔬菜NO₂^?实时、快速、可视化检测的双模式床边检测平台。

Conclusions

总之，本研究开发了一种基于质子化氨基红光OPD-CQDs的便携式双模式传感器，用于预处理蔬菜中NO₂^?的快速现场检测。在检测过程中，红光OPD-CQDs表面的质子化氨基与NO₂^?发生特异性重氮化反应及PET过程，导致红色荧光逐渐消失与蓝色可视衰减。此外，基于MO/OPD-CQDs的布基测试条在NO₂^?存在下呈现显著颜色变化，结合智能手机RGB分析，成功实现了对实际样品中NO₂^?的定量检测。该方法操作简便、响应快速、灵敏度高、抗干扰能力强，为食品安全监测及现场快速筛查提供了新的技术手段。