《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Multiple carbon quantum dots-enhanced excitation-emission matrix fluorescence strategy for accurate vintage discrimination of Anhua dark tea
编辑推荐：
多碳量子点增强荧光发射-吸收矩阵法用于安化黑茶年份鉴别研究，通过合成三种响应pH、茶多酚和氨基酸的量子点构建传感器，结合ATLD算法提取特征并建立PLS-DA和k-NN模型，实现十三年产茶100%准确分类，优于传统荧光方法。
叶禾|吴旺|徐东友|姚晨|肖志旺|童旺|吴海龙|余如琴
湖南大学化学与化学工程学院化学与生物传感国家重点实验室，长沙410082，中国
摘要
准确区分红茶的年份对于保证质量和评估市场价值至关重要。在这项研究中，开发了一种基于多碳量子点增强型激发-发射矩阵（MCQDs-EEM）荧光策略，用于快速识别不同生产年份的安化红茶。三种具有对pH值、茶多酚和氨基酸不同响应的功能性碳量子点被整合到一个荧光化学传感器中，与茶液相互作用时产生增强且信息丰富的荧光指纹图谱。使用交替三线性分解（ATLD）算法对MCQDs-EEM数据集进行分解，揭示了十四种不同年份安化红茶之间的四个化学显著差异成分。基于MCQDs-EEM数据，构建了偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和k最近邻（k-NN）模型。PLS-DA模型在训练集和测试集上的分类准确率均为100%，而k-NN模型的准确率分别为96.59%和100%。这些结果明显优于传统的基于碳量子点（CQDs-FL）的荧光策略，后者依赖于三种不同发射光谱的拼接。MCQDs-EEM策略不仅简化了实施过程，还展示了更高的准确率，可以作为一种有效的茶叶年份鉴定和质量控制工具。
引言
茶叶是全球重要的消费品之一，而红茶作为中国六大茶类之一，因其抗氧化[1]、降血糖[2]、降血脂[3]和调节肠道微生物群[4]的特性而备受重视。作为一种后发酵茶，红茶的独特品质和健康益处主要归因于后发酵和陈化过程[5]。然而，随着储存时间的延长，其市场价格会上涨，这促使一些不道德的商家将更新鲜的茶叶冒充为更老的茶叶出售。这不仅破坏了市场秩序，也侵犯了消费者的权益。因此，开发一种快速准确的区分不同年份红茶的方法对于保护消费者权益、确保市场公平以及支持红茶产业的可持续发展至关重要。
目前，茶叶鉴定主要依赖于感官评估或传统的化学测试方法。例如，傅等人[6]使用实验室制造的电子鼻与量子神经网络相结合，用于识别五种具有中国地理标志的著名绿茶。黄等人[7]利用代谢组学、挥发组学和电子感官评估来分析和比较五种安化红茶的化学成分和感官特性。王等人[8]提出了一种基于高效液相色谱与二极管阵列检测（HPLC-DAD）和蒸发光散射检测（HPLC-ELSD）的新方法，用于分类不同海拔地区的红茶。刘等人[9]应用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）和电感耦合等离子体光学发射光谱（ICP-OES）研究了重庆沱茶中的88种元素和稳定同位素。尽管取得了进展，但这些方法仍存在固有的局限性。感官评估具有高度主观性，受个体和环境因素影响，导致结果不一致。虽然传统化学分析提供了详细的成分信息，但通常需要繁琐的样品预处理、较长的分析时间和昂贵的设备，限制了其广泛应用。因此，迫切需要更高效便捷的鉴定方法。光谱技术提供了有希望的替代方案。刘等人[10]提出了一种基于可见光/近红外光谱的方法，并结合了竞争性自适应加权算法和逐步回归分析，用于快速、无损地鉴定茶叶品种。王等人[11]应用高光谱技术与多分支核注意力网络来评估不同采收期茶叶的整体质量。在这些方法中，荧光光谱由于其快速性、灵敏度和操作简便性而受到越来越多的关注[12]。值得注意的是，三维荧光光谱通过激发-发射矩阵（EEM）光谱提供全面的荧光特性，为复杂样品的深入分析提供了新的见解[13]。然而，茶叶本身的弱自发荧光提供的鉴别信息有限，不足以准确分类多年陈化的茶叶。因此，需要一种策略来丰富荧光信息以提高分类性能。
碳量子点（CQDs）是一种具有优异光学特性的荧光纳米材料，由于其高水溶性、低毒性和易于功能化，已在食品质量检测和食品安全监测等领域展现出显著的应用潜力[14][15][16][17]。Chaudhari等人[18]开发了一种使用掺锌CQDs检测酒石黄的方法，基于内部过滤效应实现了选择性荧光淬灭，检测限为20.35 ng/mL。该方法成功应用于实际食品样品，回收率在89%到102.2%之间。由于CQDs的荧光可调性和高灵敏度，它们在茶叶成分分析中显示出巨大潜力。茶叶在陈化过程中质量会持续动态变化。酒精和酯类含量的变化会导致pH值波动[19]，而丰富的茶多酚[20]和氨基酸[21]含量的变化也可以作为信号。通过利用这些关键成分与CQDs表面活性官能团之间的特定相互作用，可以有效地捕获和放大不同年份茶叶之间的化学差异，从而实现高度敏感和快速的茶叶年份鉴定。这为茶叶质量分析和成分鉴定提供了一种有前景的方法。此外，大多数研究关注单一CQDs[22]，忽视了多碳量子点混合物（MCQDs）在增强鉴定过程中的潜力。
在这项研究中，设计并合成了三种具有不同表面官能团和发光中心的CQDs。这些CQDs被整合到一个传感器中，能够同时对pH值、茶多酚和氨基酸产生敏感的荧光响应。使用MCQDs增强型激发-发射矩阵荧光（MCQDs-EEM）策略分析了十四个生产年份的安化红茶样品。系统地分析了CQDs混合物的差异荧光响应，并使用交替三线性分解（ATLD）方法提取了潜在的成分信息。随后，利用偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和k最近邻（k-NN）模型进行分类，并进一步评估了减少训练样本数量对分类性能的影响。与传统荧光策略的比较分析清楚地展示了所提出的MCQDs-EEM策略的优越性能和鲁棒性。
样本和试剂
本研究收集了来自湖南白沙溪茶叶有限公司的330份安化红茶（千两茶）样品，涵盖了十三个生产年份。所有样品随机分为训练集（264份）和测试集（66份），比例为8:2。各年份样品数量的分布详见表S1。
本研究中使用的化学试剂和标准品来源如下：（-）表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG，≥98%），（-）表儿茶素没食子酸酯（ECG），
碳量子点的表征
使用TEM对制备的CQDs的形态进行了表征。详细结果见图S1。所有三种类型的碳量子点均为球形，分散相对均匀，粒径小于5 nm。平均直径分别为1.5 nm、1.4 nm和1 nm。
碳量子点的机制
CQD1被设计为对pH值变化具有特异性响应。如图1(a)所示，在335 nm的激发波长下，CQD1在430 nm处显示出明显的荧光发射峰。图1(b)
结论
本研究提出了一种基于多碳量子点增强型激发-发射矩阵（MCQDs-EEM）的新型荧光鉴定策略，用于快速准确识别十四个生产年份的安化红茶。三种对pH值、多酚和氨基酸具有选择性敏感性的功能化CQDs被合理设计并整合到一个统一的荧光化学传感系统中。与复杂的茶液基质相互作用时，传感器集合
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者衷心感谢国家自然科学基金（编号：22574045、22204049和22174036）以及湖南省教育厅重点科研项目（编号：23A0028）的支持。
