《Talanta》：Synchronous fluorescence sensing and discrimination of azo food colorants based on dual-emission carbon dots and its sensing application in electrospun films
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摘要偶氮食品色素的广泛使用引发了公众健康担忧，突显了对先进传感方法的需求，以准确量化食品中的这些化合物。在此，开发了一种采用双发射碳点（DC-CDs）的比率荧光传感器，用于敏感检测和区分偶氮色素。DC-CDs 是通过溶剂热法由三（羟甲基）氨基甲烷和 2,5-二氨基苯磺酸合成的
摘要 偶氮食品色素的广泛使用引发了公众健康担忧，突显了对先进传感方法的需求，以准确量化食品中的这些化合物。在此，开发了一种采用双发射碳点（DC-CDs）的比率荧光传感器，用于敏感检测和区分偶氮色素。DC-CDs 是通过溶剂热法由三（羟甲基）氨基甲烷和 2,5-二氨基苯磺酸合成的。在 120 nm 的波长间隔下，DC-CDs 的同步荧光光谱在 320 nm 和 470 nm 处显示出两个明确的发射峰。加入偶氮食品色素后，由于内滤效应（IFE）和荧光共振能量转移（FRET）的共同作用，320 和 470 nm 处的荧光信号均被猝灭。因此，DC-CDs 对日落黄（SY）、柠檬黄（Tar）、诱惑红（AR）和偶氮玉红（AZ）的检出限（LODs）分别为 43 nM、56 nM、76 nM 和 49 nM。此外，偶氮食品色素混合物可以通过结合使用层次聚类分析（HCA）、主成分分析（PCA）和线性判别分析（LDA）得到有效区分。在实际应用中，将 DC-CDs 封装到静电纺丝薄膜中，制造了一个智能手机辅助的传感平台，用于现场测定真实商业食品样本中的偶氮食品色素，获得了令人满意的回收率（96.7%-103.1%），相对标准偏差低于 5.92%。这项工作将双发射同步荧光分析与静电纺丝薄膜平台相结合，为偶氮食品色素的现场分析提供了一种敏感且可行的方法。
引言 偶氮染料以其独特的-N=N-键为特征，是最常见的合成色素类别，占全球染料产量的 50% 以上 [1]。其中，日落黄（SY）、柠檬黄（Tar）、诱惑红（AR）和偶氮玉红（AZ）通常被掺入加工食品中以增强其外观 [2]。然而，过量食用这些合成色素与儿童的神经行为效应有关，包括多动和易怒 [3]。更关键的是，它们的代谢分解可能产生具有致突变性和致癌性的芳香胺，这与 DNA 损伤和肿瘤发展有关 [4]。针对这些风险，欧洲食品安全局（EFSA）已为食品中的偶氮染料制定了 110.5 μM 的监管限值 [5]。此外，加工食品中多种偶氮色素的频繁组合使得暴露评估和分析区分变得复杂，同时可能加剧健康风险。因此，开发简单而稳健的分析策略来检测和区分复杂混合物中的这些色素具有重要意义。
迄今为止，提出了各种分析技术，包括毛细管电泳（CE）[6]、酶联免疫吸附测定（ELISA）[7]、液相色谱 - 质谱联用（LC-MS）[8] 和高性能液相色谱（HPLC）[9]。然而，繁琐的样品制备、有毒溶剂、耗时的程序和昂贵的试剂限制了这些分析方法在实际样品检测中的应用。相比之下，基于碳点（CDs）的荧光方法因其制备简便、低毒性、高灵敏度和强选择性而受到越来越多的关注 [10]。到目前为止，已经开发了许多基于 CDs 的荧光传感器，用于测定食品基质中的偶氮食品色素。例如，Wang 等人制备了以 430 nm 为中心的氨基功能化单发射 CDs，并将其应用于偶氮食品色素的传感 [11]。Kaur 等人设计了具有 500 nm 单荧光发射的香料衍生碳点，并将其应用于
饮料中日落黄的测定 [12]。然而，这些荧光传感器通常依赖于单一传感信号，由于易受环境波动影响，显著限制了其定量准确性 [13]。为应对这些挑战，比率荧光探针通过双发射中心实现自校正，从而实现更准确和可靠的检测 [14]。通常公认，同步荧光光谱法（SFS）同时扫描激发和发射波长，保持固定的波长间隔（Δλ），捕获 CDs 中发射中心的特征发光特性 [15]。与传统的基于 CDs 的比率荧光传感器相比，具有多个发射中心的比率 SFS 传感器表现出卓越的优势，包括光谱简化、减少光散射干扰和最小化光谱重叠，这极大地提高了灵敏度 [15]，[16]。因此，开发高效的基于 CDs 的比率 SFS 传感器以评估偶氮食品色素在食品安全领域仍然至关重要。
对于实际的现场应用，除了传感性能外，方便的储存、便携性和操作简便性是必不可少的考虑因素。这些需求激发了将基于 CDs 的荧光探针集成到固态平台（如金属有机框架、二氧化硅基质和静电纺丝膜）中的日益增长的兴趣 [17]。其中，静电纺丝薄膜由于其重叠和交织的纳米纤维网络而具有大的表面积和多孔结构。这些有利特性促进了与目标分子的有效相互作用，从而提高了灵敏度，并突出了这些薄膜作为支持材料的适用性 [18]。此外，静电纺丝过程中的快速溶剂蒸发使得荧光探针能够立即固定在纳米纤维上，同时保持均匀分布和结构稳定性，从而增强传感性能 [19]。因此，基于静电纺丝薄膜的传感平台结合基于 CDs 的比率荧光探针，为偶氮食品色素的快速灵敏检测和识别提供了一种有效方法。
在此，双发射中心碳点（DC-CDs）由三（羟甲基）氨基甲烷（Tris）和 2,5-二氨基苯磺酸（2,5-DABSA）溶剂热合成，分别在 340 nm 和 470 nm 激发下表现出 420 nm 和 590 nm 的蓝色和红色发射。在 Δλ=120 nm 的波长间隔下，DC-CDs 的同步荧光光谱在 320 nm 和 470 nm 处显示出两个分辨率良好的峰，源于两个发射中心。暴露于偶氮食品色素时，两个发射中心通过内滤效应（IFE）和荧光共振能量转移（FRET）的协同相互作用同时被猝灭。基于此，所提出的分析策略对 SY、Tar、AR 和 AZ 表现出 43 nM、56 nM、76 nM 和 49 nM 的检出限（LODs）。同时，采用层次聚类分析（HCA）、主成分分析（PCA）和线性判别分析（LDA）技术来区分共存的偶氮食品色素，提供了准确和令人满意的分类结果。此外，开发了一种负载 DC-CDs（DC-CDs@PVDF）的静电纺聚偏氟乙烯（PVDF）薄膜，用于真实商业食品样本的分析。基于 DC-CDs@PVDF 薄膜的平台实现了 96.7%-103.1% 的回收率，RSDs 低于 5.92%，并提供与 HPLC 获得的结果一致的结果。因此，这项工作提出了一种新颖的同步荧光方法，用于偶氮食品色素的敏感定量和识别，显示出在实时食品安全评估方面的强大前景。
章节片段 材料、仪器、DC-CDs 的合成及同步荧光传感、DC-CDs@PVDF 薄膜的合成及其视觉检测应用 关于材料、仪器、DC-CDs 的合成、偶氮食品色素的同步荧光传感、DC-CDs@PVDF 薄膜的合成及其视觉检测应用的描述记录在补充信息中。
实际样品分析 为了评估 DC-CDs@PVDF 薄膜对商业食品产品的适用性，选择了四种代表性的商业产品，包括南京同仁堂维生素 C 片糖（安徽国奥堂健康产业有限公司）、Chupa Chups Tubes sour
表征 合成 DC-CDs 的微观结构通过透射电子显微镜（TEM）进行检查，如图 1(a) 所示，显示均匀分散的准球形纳米颗粒。它们的直径范围为 2 到 7 nm，平均尺寸为 4.22 nm（图 1(a) 插图）。值得注意的是，高分辨率 TEM（HRTEM）图谱揭示了结晶晶格条纹（d-间距=0.24 nm），与石墨（002）平面一致（图 1(a) 插图）[21]。从图 S1 的 AFM 图像来看，形态
结论 总之，成功开发了一种基于 DC-CDs 的同步比率荧光探针，并将其封装到 PVDF 薄膜中，用于现场传感偶氮食品色素。DC-CDs 是通过溶剂热路线合成的，使用 Tris 和 2,5-DABSA 作为前体，在 420 nm（由 340 nm 激发）和 590 nm（由 470 nm 激发）表现出两种发射。在 Δλ=120 nm 时，DC-CDs 在 320 和 470 nm 处具有两个明显的 SFS 峰，源于它们的双发射中心。当
CRediT 作者贡献声明 Dejin Lin: 写作 – 原稿、可视化、验证、软件、调查、形式分析、概念化。 Sihao Wang: 软件、方法论、形式分析。 Qixiong Zhang: 可视化、调查、形式分析。 Yihao Zhang: 可视化、验证、软件。 Jingqi Wang: 可视化、验证、软件。 Ting Zhang: 写作 – 审阅与编辑、可视化、资源、方法论。 Ziheng Li: 可视化、形式分析、数据整理。 Da Chen: 写作 –
竞争利益声明 作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些可能被认为影响了本报告中的工作。
致谢 这项工作由宁波青年领军人才项目资助（授予号 2024QL032）。作者声明没有竞争财务利益。
Dejin Lin|Qixiong Zhang|Sihao Wang|Jingqi Wang|Yihao Zhang|Ziheng Li|Ting Zhang|Zhaoyang Zhang|Da Chen
宁波大学物理科学与技术学院微电子科学与工程系，中国宁波 315211
