《Analytica Chimica Acta》：Simultaneous Quantification of Gold and Silver Nanoparticles in Spiked Buffered River Surface Water using Fluorescence Spectroscopy and U-PLS/RBL
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•研究亮点•用于金属纳米颗粒定量的二阶多元校准方法•一种稳健且经济的用于环境监测的纳米颗粒分析方法•在自来水和河水中以皮摩尔级别准确检测金纳米颗粒（AuNPs）和银纳米颗粒（AgNPs）引言工程化纳米颗粒（NPs），例如金纳米颗粒（AuNPs）和银纳米颗粒（AgNPs），越来
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研究亮点
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用于金属纳米颗粒定量的二阶多元校准方法
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一种稳健且经济的用于环境监测的纳米颗粒分析方法
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在自来水和河水中以皮摩尔级别准确检测金纳米颗粒（AuNPs）和银纳米颗粒（AgNPs）
引言
工程化纳米颗粒（NPs），例如金纳米颗粒（AuNPs）和银纳米颗粒（AgNPs），越来越多地被添加到各类商业产品中，涵盖化妆品、纺织品、医疗器械和电子元件等 [1]、[2]、[3]、[4]、[5]。它们独特的物理化学性质，包括较高的比表面积和可调节的光学响应特性，使其在技术应用方面极具吸引力。然而，它们的广泛使用也引发了对其释放到天然水体中的担忧，在这些水体中，纳米颗粒会与天然胶体、溶解性有机物以及其他人为污染物共存 [6]、[7]。
纳米颗粒的环境监测尤为困难，因为需要从天然颗粒中区分出合成纳米材料。此外，纳米颗粒在水生环境中常会发生转化，例如团聚、溶解或表面改性，这使其检测和定量变得更加复杂 [8]。因此，可靠的分析方法必须具备在复杂基质中识别和定量纳米颗粒的能力，同时避免繁重的样品前处理步骤 [9]。
目前已开发出多种纳米颗粒检测分析技术，包括电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）、电子显微术，以及场流分级等分离方法 [10]、[11]。虽然这些方法能够提供有价值的结构和组成信息，但往往耗时长、成本高，且需要专用仪器。此外，其中许多方法涉及繁重的样品前处理步骤，例如消解、过滤或萃取，这些步骤可能改变纳米颗粒的状态并影响结果的准确性 [12]、[13]。这些局限性凸显了对更快、更具经济性且能够无需大量前处理即可处理复杂环境基质的替代方法的迫切需求。
由于具有灵敏度高、操作简单且成本相对较低的优点，荧光光谱法已成为纳米颗粒检测的一项有前景的工具。然而，其选择性往往受到限制，因为荧光信号可能受到样品中多种物质的影响 [14]、[15]。为克服这一局限性，可将荧光数据与多元校准技术结合使用，利用完整的谱图信息提高选择性和灵敏度。
多元校准不仅能够在存在干扰物的情况下同时定量多种分析物，还可通过整合光谱域中的冗余信息提高信噪比。重要的是，二阶多元方法提供了所谓的"二阶优势"，即使在样品中存在未预期的组分，也能对目标分析物进行准确定量 [16]、[17]。该特性对环境应用尤为重要，因为样品组成往往高度变化且难以预测。
展开式偏最小二乘法（U-PLS）是经典 PLS 算法针对二阶数据（例如激发-发射矩阵，EEMs）设计的一种变体。在 U-PLS 中，三维数据在校准之前被展开为二维矩阵。该方法提取与光谱数据和分析物浓度相关联的潜变量，从而构建预测模型 [18]、[19]。
然而，当样品中存在未预期组分时，U-PLS 模型的残差会显著增大，导致预测不准确。为解决这一问题，可将 U-PLS 与残差双线性分解（RBL）结合使用 [19]。RBL 方法对残差应用主成分分析（PCA）以表征干扰物的贡献，同时保持校准载荷不变。该方法通过最小化残差误差，恢复模型的预测能力，从而保留二阶优势。
从数学上讲，可将展开后的数据投影到潜变量空间得到得分，并据此预测分析物的浓度 [20]。当存在干扰物时，RBL 通过对残差矩阵进行奇异值分解来估计其光谱轮廓，从而实现分析物浓度的准确重新计算 [21]。
本实验室此前已证明，罗丹明 6G（R6G）可用于检测 AuNPs 和 AgNPs；然而，当样品中同时含有两种纳米颗粒时，选择性成为问题 [14]。咔唑（CZL）对 AgNPs 的选择性略高于对 AuNPs 的选择性 [15]，但仍不足以避免在分析前进行分离步骤。因此，本研究旨在提出一种分析策略以克服这些局限性。在本文中，我们提出了一种新颖的分析方法，用于在不预先分离的情况下定量河水表面水和自来水中的 AuNPs 与 AgNPs 混合物。该方法采用应用于从纳米颗粒混合物及一系列荧光传感器所获得的激发-发射矩阵（EEMs）的多元 U-PLS/RBL 模型。本研究选择了一种一端带有巯基的 CZL 衍生物（CZL-SH，见图 1）以增强其与金属表面的亲和性。此外，该物质与 R6G 的组合可覆盖荧光发射光谱范围，并与 AgNPs 或 AuNPs 的表面等离子体共振（SPR）带发生重叠。通过多元方法可在单一步骤实验中解析纳米颗粒混合物，从而克服选择性问题。
章节摘要
试剂
所有试剂均按原样使用，未经进一步纯化。AuNPs（柠檬酸盐稳定，平均直径 18 ± 5 nm）和 AgNPs（没食子酸稳定，平均直径 16 ± 5 nm）按此前报道的方法合成 [22]、[23]。纳米颗粒的浓度采用 MultishapeC 算法估算 [24]。
罗丹明 6G（R6G，纯度 99%）购自 Aldrich。p-(9H-咔唑-9-基)苯基(p-巯基苯胺基)甲醛（CZL-SH）由 Juan Argüello 教授慷慨提供。
R6G 和 CZL-SH 的光谱表征
首先对荧光探针进行了表征。R6G 和 CZL-SH 的紫外-可见吸收光谱见图 2A。R6G 在 526.5 nm 处表现出强吸收峰，并在 494.0 nm 处出现肩峰。主峰对应于该染料的单体形式，而肩峰表明存在二聚体 [27]。紫外区域的额外吸收特征则与较高能量的电子跃迁有关 [28]。相比之下，CZL-SH 表现出多重吸收
结论
在本研究中，基于 U-PLS/RBL 的二阶多元校准策略被成功开发并应用于水样中 AuNPs 和 AgNPs 的同时定量。该方法利用 R6G 和 CZL-SH 两种荧光探针的互补行为，其发射带与纳米颗粒的等离子体共振区域重叠。荧光传感器与纳米颗粒之间的相互作用产生了特征性的猝灭和发射模式，通过 EEMs 被捕获并
CRediT 作者贡献声明
Natalia L. Pacioni：撰写 – 审稿与编辑、指导、获取研究经费、概念构想。Alicia V. Veglia：撰写 – 审稿与编辑、获取研究经费。Rodrigo N. Nú?ez：撰写 – 原稿撰写、调查研究、形式分析。
利益冲突声明
不存在可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。
资助
本研究部分由 ANPCyT（PICT 2013-1989、PICT 2021-426、2021-884）、SECYT-UNC（决议编号 266/16、113/17 和 411/18）以及 CONICET PIP 2017-2019 11220170100505CO 资助。
利益冲突声明
? 作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
在本工作期间，R.N.N. 曾有幸获得 CONICET 研究生奖学金。A.V.V. 和 N.L.P. 是阿根廷 CONICET 的研究人员。我们也感谢 Juan Argüello 博士和 Ignacio Lemir 博士慷慨提供 CZL-SH。
Rodrigo N. Nú?ez | Alicia V. Veglia | Natalia L. Pacioni
