本發(fā)明涉及食品加工檢測，具體涉及一種磁感應(yīng)電場制備碳量子點(diǎn)及百香果果汁銅離子檢測的方法。
背景技術(shù)：
1、百香果(passiflora?edulia?sims)是西番蓮科、西番蓮屬草質(zhì)藤本植物。其果實(shí)的香氣豐富，含有蘋果，芒果，香蕉，菠蘿等上百種水果氣味；具有濃郁的芳香和風(fēng)味，高的酸度，適用于制作果汁。
2、百香果汁的銅是人體的微量必須元素，對維持人體穩(wěn)態(tài)非常重要。金屬銅通常是經(jīng)過消化道融入血液，并與蛋白質(zhì)結(jié)合進(jìn)而參加酶的合成，若銅攝入不足，易引起“銅缺乏癥”，若攝入過量，則會導(dǎo)致阿爾茨海默癥、朊病毒、家族性肌肉萎縮癥等嚴(yán)重疾病。隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，重金屬銅離子不僅出現(xiàn)在被污染的水資源中，重金屬銅離子還污染土壤；化境的污染導(dǎo)致了部分地區(qū)百香果果汁重金屬銅離子超標(biāo)，危害消費(fèi)者。
3、百香果果汁富含有機(jī)酸(如檸檬酸、蘋果酸)、多酚類物質(zhì)(如花青素)及天然色素，其復(fù)雜基質(zhì)對傳統(tǒng)檢測方法造成顯著干擾：
4、熒光猝滅效應(yīng)：果汁中的多酚類物質(zhì)與cqds等熒光探針發(fā)生非特異性吸附，導(dǎo)致假陽性信號或熒光強(qiáng)度波動。
5、酸度影響：高酸度環(huán)境(ph<3.5)可能破壞納米材料的穩(wěn)定性，降低檢測準(zhǔn)確性。
6、現(xiàn)有技術(shù)適配性差：多數(shù)cu2+傳感器在果汁體系中的加標(biāo)回收率低于80％，難以滿足實(shí)際檢測需求。
7、碳量子點(diǎn)作為一種零維碳納米材料，因其優(yōu)異的光學(xué)性能、低毒性和表面易修飾性，在傳感、生物成像及光催化領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用潛力。然而，現(xiàn)有cqds制備方法仍存在顯著不足：
8、化學(xué)合成法(如強(qiáng)酸氧化、高溫?zé)峤?：依賴濃硫酸、硝酸等強(qiáng)腐蝕性試劑或高溫條件(>200℃)，導(dǎo)致能耗高、環(huán)境負(fù)擔(dān)大，且產(chǎn)物需復(fù)雜純化步驟，成本高昂。
9、電化學(xué)法：需精密電極材料與電解裝置，制備過程易受電極鈍化影響，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。
10、水熱/溶劑熱法：反應(yīng)時間長(數(shù)小時至數(shù)天)，且需高壓反應(yīng)釜，粒徑分布不均，熒光量子產(chǎn)率(qy)通常低于40％，限制了實(shí)際應(yīng)用。
11、近年來，磁感應(yīng)電場(magnetic?induction?field,mif)作為一種非接觸式能量傳遞方式，在材料合成領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢：
12、精準(zhǔn)調(diào)控能力：通過調(diào)節(jié)磁場強(qiáng)度(0.1-1t)與頻率(khz-mhz)，可控制碳源(如葡萄糖、殼聚糖)的碳化溫度與功能化位點(diǎn)分布，避免傳統(tǒng)化學(xué)法的隨機(jī)性。
13、綠色合成潛力：無需外加化學(xué)試劑，僅利用電磁作用驅(qū)動反應(yīng)，顯著降低環(huán)境污染。
14、但現(xiàn)有mif技術(shù)主要應(yīng)用于金屬納米顆粒或石墨烯的制備，尚未見將其用于cqds合成及復(fù)雜樣品中重金屬檢測的研究報道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、磁感應(yīng)電場具有阻抗特性及熱效應(yīng)，在高壓下和高溫下具有催化反應(yīng)的作用，大大縮短了熒光碳量子點(diǎn)(cqds)反應(yīng)時間，有效地減低溫度10℃。
2、為彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種磁感應(yīng)電場制備碳量子點(diǎn)及百香果果汁銅離子檢測的方法，生產(chǎn)出來的熒光碳量子點(diǎn)(cqds)，碳量子點(diǎn)量子產(chǎn)率為93.48％。
3、本發(fā)明的上述目的，通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
4、一種磁感應(yīng)電場制備碳量子點(diǎn)的制備方法，包括以下步驟：
5、(1)把玉米粒打漿成汁液后，磁場輔助酶解玉米漿，濾網(wǎng)過濾，去渣的汁液加入聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇，再加少量磷酸調(diào)ph為6.2-7.0得混合汁液，混合汁液高速震蕩后放入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜放進(jìn)磁感應(yīng)電場控溫柜式烘箱反應(yīng)；
6、(2)步驟(1)過濾得到的殘?jiān)拥荣|(zhì)量純凈水，加鹽酸調(diào)ph為2.0-3.5，磁場輔助酸水解后過濾得汁液，汁液加入氫氧化鈉調(diào)ph值為6.2-7.0，加入二甲基亞砜(dmso)、十二烷基硫酸鈉，混合后的汁液放入聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜放進(jìn)磁感應(yīng)電場控溫柜式烘箱；
7、(3)在一定溫度一定時間內(nèi)，用不同磁感電場采用激勵電壓和頻率催化步驟(1)和步驟(2)反應(yīng)釜內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行碳反應(yīng)；
8、(4)合并碳反應(yīng)后的上清液，加入陽離子分散劑和非離子型表面活性劑，超聲分散后，經(jīng)醋酸纖維薄膜分離純化得到熒光碳量子點(diǎn)(cqds)，cqds常溫避光保存；本發(fā)明合成的碳量子點(diǎn)量子產(chǎn)率為93.48％。
9、進(jìn)一步的，步驟(3)碳反應(yīng)條件是：聚四氟乙烯反應(yīng)釜的壓力為0.1-0.5mpa，先采用0.25-0.50mpa的壓力第一階段反應(yīng)，然后0.1-0.15mp的壓力下第二階段反應(yīng)；第一階段反應(yīng)的磁感應(yīng)電場為激勵電壓為1500-2000v，頻率為800-1200hz，溫度為140-160℃，時間1-2h；第二階段磁感應(yīng)電場為：激勵電壓200-330v，頻率為150-300hz，溫度為160-180℃，時間4-5h。
10、進(jìn)一步的，步驟(1)酶解的條件是：磁場強(qiáng)度5-10mt，酶解溫度40-50℃，復(fù)合酶添加量0.5-1.0％，ph為6.2-7.0，時間1-2h，自然降溫到25-30℃。
11、進(jìn)一步的，步驟(1)酶解的分散體系為聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇，添加質(zhì)量為汁液的0.5-3.5％；聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇質(zhì)量比例為1：0.1-0.2。
12、進(jìn)一步的，步驟(2)酸水解的條件是：磁場輔助強(qiáng)度5-10mt，ph值為2.0-3.5，溫度0-100℃，反應(yīng)0.5-1.5h后，滴入0.1mol/l的氫氧化鈉，調(diào)節(jié)ph為6.2-7.0。
13、進(jìn)一步的，步驟(2)酸水解的體系分散劑二甲基亞砜(dmso)、十二烷基硫酸鈉，添加質(zhì)量為汁液的0.2-0.5％；二甲基亞砜(dmso)、十二烷基硫酸鈉質(zhì)量比值1：0.15-0.2。
14、進(jìn)一步的，復(fù)合酶由等質(zhì)量份數(shù)的過氧化氫酶和氧化纖維素酶組成。
15、進(jìn)一步的，陽離子分散劑和非離子型表面活性劑的加入量為汁液質(zhì)量的1-3％，然后3000-8000rpm高速均質(zhì)20-60s。
16、進(jìn)一步的，陽離子分散劑為十六烷基三甲基溴化銨。
17、進(jìn)一步的，非離子型表面活性劑為聚氧乙烯醚tritonx-100。
18、進(jìn)一步的，熒光碳量子點(diǎn)(cqds)酸解反應(yīng)附加條件是：
19、汁液在磁感應(yīng)電場作用下磁感應(yīng)電場控溫柜式烘箱反應(yīng)前，通入0.1-0.15mp的氮?dú)猓懦姆蚁┓磻?yīng)釜中的氧氣，密封高壓四氟乙烯反應(yīng)釜，然后磁感應(yīng)電場催化發(fā)硬，防止碳反應(yīng)中的氧化反應(yīng)發(fā)生。
20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
21、(1)綠色高效的cqds制備工藝
22、環(huán)保節(jié)能：利用磁感應(yīng)電場(mif)替代傳統(tǒng)化學(xué)試劑，通過電磁作用調(diào)控碳源的碳化與功能化過程，避免高溫、強(qiáng)酸條件，顯著降低能耗與污染。
23、快速可控：mif可精準(zhǔn)調(diào)節(jié)cqds的粒徑分布(1-5nm)和表面官能團(tuán)(如-oh、-cooh)，一步法合成高qy(>60％)的熒光cqds，制備周期縮短至30分鐘內(nèi)。
24、(2)高靈敏、高選擇性的cu2+檢測性能
25、特異性識別：cqds表面羧基與cu2+形成穩(wěn)定絡(luò)合物，誘導(dǎo)熒光猝滅，檢測限低至0.1μm(優(yōu)于多數(shù)納米傳感器)，且對fe3+、zn2+等干擾離子無響應(yīng)。
26、抗基質(zhì)干擾：mif-cqds在百香果果汁中表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，其熒光信號不受果汁酸度、多酚類物質(zhì)影響，加標(biāo)回收率達(dá)95％-105％。
27、(3)應(yīng)用場景拓展與經(jīng)濟(jì)價值
28、現(xiàn)場快速檢測：結(jié)合便攜式熒光儀，可實(shí)現(xiàn)果汁中cu2+的實(shí)時定量檢測，滿足食品質(zhì)量監(jiān)控需求。
29、成本降低：無需復(fù)雜儀器與試劑，單次檢測成本較icp-ms降低90％以上，適用于資源有限的小型企業(yè)或檢測機(jī)構(gòu)。
30、(4)方法創(chuàng)新性與科學(xué)意義
31、首次將磁感應(yīng)電場引入cqds制備領(lǐng)域，揭示電磁作用對碳材料微結(jié)構(gòu)調(diào)控機(jī)制，為納米材料綠色合成提供新范式。
32、建立“制備-檢測”一體化技術(shù)體系，推動cqds在食品安全、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的實(shí)用化進(jìn)程。
33、通過上述創(chuàng)新，本發(fā)明不僅克服了傳統(tǒng)cqds制備與cu2+檢測技術(shù)的局限性，更為復(fù)雜食品基質(zhì)中重金屬污染物的精準(zhǔn)監(jiān)測提供了高效解決方案。
34、本發(fā)明具體起到的效果分析如下：
35、(1)本發(fā)明利用磁感應(yīng)電場催化c反應(yīng)(約140-160℃；6-9h)，與一步熱水解法制備碳量子點(diǎn)(參數(shù)180℃，12h)，降低體系反應(yīng)溫度約20℃。
36、(2)本發(fā)明利用磁感應(yīng)電場催化c反應(yīng)(約140-160℃；6-9h)，與一步熱水解法制備碳量子點(diǎn)(180℃；12h)，最大減少反應(yīng)時間50％。
37、(3)本發(fā)明利用磁感應(yīng)電場催化c反應(yīng)，一步熱水解法制備碳量子點(diǎn)制備率為29.44％，碳量子點(diǎn)量子產(chǎn)率提高到93.48％。
38、(4)本發(fā)明測量快速約1min，熒光測量前，混合物反應(yīng)1min(由圖7可知)，是一種快速檢測技術(shù)。