基于铁掺杂碳点的智能手机辅助荧光传感器用于食用油中特丁基对苯二酚的快速检测

《Food Chemistry》：Smartphone-assisted fluorescence sensor based on iron-doped carbon dots for rapid detection of tert-butyl hydroquinone in edible oils

　　

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  构建了一种 Fe³⁺ 调控的开关开关探针用于食用油中 TBHQ 的检测。
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  该探针显示出低检测限（0.0067 μM）和良好的稳定性（?40 至 100 °C，pH 1–11）。
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  大豆油中的回收率范围为 98.60%–100.40%（RSD <2.1%）。
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  智能手机辅助的 RGB 分析通过 G/R 比值实现了 TBHQ 的现场定量。

引言

随着食品工业的蓬勃发展，合理使用食品添加剂已成为保障食品质量和延长保质期的重要手段 (Li et al., 2026; Liu et al., 2022)。特丁基对苯二酚 (TBHQ) 作为一种高效的抗氧化剂，广泛应用于食用油、油炸食品、烘焙产品和肉制品中 (Chen et al., 2024)。然而，超出规定范围和剂量滥用 TBHQ 会导致几种毒理学效应，包括单链 DNA 断裂（高于 0.5 mM）(Eskandani, Hamishehkar, & Ezzati Nazhad Dolatabadi, 2014; Salmanzadeh et al., 2018)、20 μM 时斑马鱼胚胎发育受损 (Yang et al., 2018)、0.5 mM 时大鼠肝细胞急性细胞毒性 (Nakagawa et al., 1994) 等。其食品安全法规在不同地区差异巨大。TBHQ 在中国、美国、巴西和澳大利亚等几个国家允许用于食品，最高限量为 200 mg/kg (Wang et al., 2025)。相比之下，欧盟和日本已禁止在食品中添加 TBHQ (Liu et al., 2024)。这种不一致的监管标准凸显了过量摄入 TBHQ 残留的潜在危害。因此，迫切需要开发一种快速、灵敏的检测方法以确保食品安全和公众健康。

TBHQ 分析程序分为样品前处理和检测模块。传统样品制备主要采用溶剂萃取 (Ding & Zou, 2012)，TBHQ 检测技术包括色谱法 (Liu, Wang, et al., 2024)、电化学传感 (Li, Li, Fei, Zhao, zhao, & Xie, 2024; Ma et al., 2021; Ziyatdinova et al., 2020)、脉冲法 (Tormin et al., 2012)、伏安法 (de Araujo et al., 2011; Farajmand et al., 2020)、光电检测 (Monteiro, Yotsumoto Neto, Damos, & Luz, 2016)、比色和荧光检测 (Shankar et al., 2021)。这些技术大多依赖昂贵复杂的仪器和熟练的操作人员，不适合快速现场批量测试。快速光学检测是识别不同食品基质中痕量污染物的理想且适应性极强的方法 (Sun et al., 2025)。基于荧光的检测以其低成本、操作简便和便携潜力而脱颖而出，从而引起了广泛关注 (Deng et al., 2024)。

碳点（CDs）是一类新兴的亚 10 nm 荧光纳米材料，表现出优异的水分散性、波长可调的光致发光、最小的细胞毒性以及极大的表面功能化灵活性 (Chang et al., 2025)。早期的碳纳米管复合传感器开创了基于碳的分析传感 (Ajami et al., 2013)，而掺杂 CDs 具有增强的荧光强度和丰富的活性位点，可以提高 CDs 对目标分子的亲和力 (Ye et al., 2025)。Peng 等人构建了一种基于非共轭聚合物点（NCPDs）和金纳米团簇（AuNCs）的新型比率荧光探针来测定特丁基对苯二酚（TBHQ）(Peng et al., 2024)。Huang 等人引入了硅量子点（SiQDs）用于荧光比色 TBHQ 检测 (Huang et al., 2025)。Wei 等人开发了一种利用 FSO/Pt NPs 和 CsPbBr3@DMSNs 对 TBHQ 进行感应的灵敏比色和荧光双信号检测系统 (Wei et al., 2026)。然而，这些方法往往成本高昂、选择性有限且制备繁琐。过去几年中，铁离子是荧光碳点研究中最广泛研究的金属物种 (Munusamy et al., 2023)。特丁基对苯二酚分子含有两个酚羟基。这些基团可以与 CD/Fe³⁺ 淬灭系统中的 Fe³⁺ 离子络合。这种络合导致 Fe³⁺ 从碳点上解离。因此，碳点的荧光得以恢复。基于这些观察，可以构建一种“关 - 开 - 关”荧光传感器 (Zhang et al., 2023)。Wu 等人开发了一种基于 Fe(III) 金属有机框架（Fe-MOF）的“关 - 开”荧光传感器，用于高灵敏度测定特丁基对苯二酚（TBHQ）(Wu et al., 2023)。Yue 等人设计了一种用于快速检测 TBHQ 的“开 - 关 - 开”荧光传感技术 (Xiaoyue Yue et al., 2016)。然而，这些方法不利于现场测试。因此，迫切需要开发具有高稳定性和高特异性的基于 CDs 的复合检测材料，并建立便携式快速检测系统，以促进其在食品质量和安全监测领域的广泛应用。

在本研究中，碳点（CDs）是通过水热法合成的，以柠檬酸和乙二胺为前体 (图 1)。CDs 表现出蓝色荧光，在与 Fe³⁺ 结合后被淬灭。当加入特丁基对苯二酚（TBHQ）时，它与 Fe³⁺ 竞争结合位点，恢复荧光。这种荧光响应使 TBHQ 的定量检测成为可能。为了评估探针的准确性和可靠性，通过表征不同孵育时间、pH 梯度和温度范围内的荧光淬灭反应来优化核心反应参数。然后，测量了探针对不同 TBHQ 浓度的反应。此外，我们全面探索了探针对常见共存无机离子和竞争性酚类食品添加剂的特异性、抗干扰性能，以及其在真实食用油基质中的检测可行性。产生的荧光强度随 TBHQ 浓度变化，为视觉检测提供了基础。因此，通过将其与智能手机成像集成，开发了一种便携式检测平台，能够对油样品中的 TBHQ 进行快速现场检测。

章节摘要

材料

本研究中使用的所有实验试剂均为分析纯，直接从商业供应商购买，无需进一步纯化。去离子水来自 Millipore 水纯化系统（≥18.2 MΩ cm, Milli-Q, Millipore）。柠檬酸（≥99.5%）和乙二胺分别作为碳源和氮源。特丁基对苯二酚（TBHQ）标准的纯度为≥99.0%。Fe³⁺ 标准溶液由氯化铁制备

纳米探针表征

本研究成功设计并合成了一种基于碳点（CD）的荧光探针。通过多种方法对碳点（CDs）的结构进行了分析和表征。采用透射电子显微镜（TEM）对 CDs 进行表征。如图 2B 所示，定义明确的探针相对均匀分散，平均粒径为 2.26 nm。分散在水中的 CDs 的平均 zeta 电位测定为 ?1.19 mV，该值为

结论

本研究开发了一种基于碳点的荧光探针，用于快速检测食用油中的特丁基对苯二酚（TBHQ）。检测机制可能是通过光诱导电子转移驱动的 Fe³⁺ 调控的开关开关荧光切换实现的。该探针对 TBHQ 实现了高选择性。在最佳条件下，TBHQ 的线性检测范围确定为 0.05–1.5 μM。检测限（LOD）发现低于 0.067 μM。为

CRediT 作者贡献声明

Huihui Yang: 方法论，数据整理。Qinghua Liu: 写作 – 初稿，概念化。Yuanyuan Liu: 方法论，写作 – 审阅与编辑。Qian Su: 写作 – 审阅与编辑，数据整理。Yiwei Dong: 写作 – 审阅与编辑。Minmin Li: 软件，形式分析。Bei Fan: 软件，项目管理，形式分析。Fengzhong Wang: 写作 – 审阅与编辑，资金获取。Long Li: 写作 – 审阅与编辑，资金获取。

资金来源

本研究得到了国家重点研发计划（项目编号 2023YFD1600302）、山东省重点研发计划（项目编号 2023TZXD040）、中国农业科学院重大科技任务（项目编号 CAAS-ZDRW202414）、国家自然科学基金（项目编号 32302217）、山东省重点研发计划（科技示范项目）（项目编号 2024SFGC0401）、

竞争利益声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

Huihui Yang|Qinghua Liu|Yuanyuan Liu|Qian Su|Yiwei Dong|Minmin Li|Bei Fan|Fengzhong Wang|Long Li