基于微/纳米材料的荧光传感阵列在分段白酒检测中的研究

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白酒,是中国本土的蒸馏酒,深受中国的喜爱。近年来,中高端白酒的销售收入在逐年升高,人们逐渐追求高品质白酒。因此,对白酒品质的把控显得尤其重要。分段白酒是成品白酒的勾调原酒,其品质等级对白酒的整体风味和质量等级起着决定性作用。传统的摘酒工艺是由经验丰富的摘酒工人通过“一闻,二看,三品尝”来判断分段白酒的品质和等级。此类方法对摘酒师的专业素养要求高,且易受到主观因素的影响,无法规范化和数据化。另外,高效液相、气相色谱等大型仪器由于操作步骤复杂,耗时长,数据反馈不及时,对白酒的现场实时监测具有局限性。而荧光传感阵列灵敏度高、稳定性好、信号丰富、反应快速,在复杂混合物中的检测区分中具有优良的应用价值。基于此,本研究探索了一种能满足现场快速区分分段白酒的新方法。该方法利用三种荧光材料,即Tb@La-MOF、银纳米颗粒(AgNPs)以及金纳米簇(AuNCs),设计了三种荧光传感阵列,并将其成功应用于对分段酒特征成分的检测中,并进一步成功用于快速检测区分15种分段白酒样本,该研究初步探究了荧光传感阵列在摘酒工艺中的应用潜力,为白酒自动化生产的研究奠定了一定的研究基础。具体结果如下:(1)构建了基于Tb功能化的镧系金属有机框架(Tb@La-MOF)的荧光传感阵列,并用于乙醛的特异性检测及15种分段白酒的检测识别。乙醛的加入会改变了镧系金属与有机配体之间的能量转移效率,削弱了Tb(Ⅲ)与配体之间的“天线效应”,从而导致其四个特征峰(491、546、586、621 nm)值发生不同程度的变化,将四个特征峰值用于构建传感阵列,处理反应前后的荧光差值用于模式识别分析。结果表明,该阵列对乙醛具有特异性识别并具有一定的定量检测能力。在线性判别(LDA)中成功将同一窖池的五段白酒区分开来,但难以对不同窖池之间的样本进行区分。(2)构建了基于金纳米团簇(AuNCs)和氧化型ox-TMB的荧光比色计时传感阵列,用于还原性物质及15种分段白酒样本的检测识别。由于ox-TMB和AuNCs之间存在荧光内滤效应(IFE),导致AuNCs的荧光猝灭,还原性有机物能将蓝色的ox-TMB还原为无色的TMB,削弱了荧光内滤效应,同时AuNCs的荧光得以恢复,不同的还原有机物在五个不同的时间间隔显示出不同的荧光和比色响应,将反应前后的荧光值和紫外-可见吸收值进行处理并用于模式识别分析。结果表明,此传感阵列对愈创木酚具有一定的定量检测能力,通过模式识别分析,LDA能够成功将六种还原性物质正确区分开,且能对15种分段白酒达到87%的准确识别。(3)构建了基于聚乙烯亚胺(PEI)封端的银纳米颗粒(AgNPs)和三种不同镧系元素的荧光传感阵列,并成功应用于11种有机小分子和15种分段白酒的检测识别。由于有机分子和不同镧系离子能够使封端剂(PEI)质子化或氧化,致使银纳米颗粒产生不同程度的扩散和烧结现象,从而导致荧光猝灭。不同的镧系离子和有机分子共同引发的荧光猝灭强度不同,从而将不同有机分子区分开。收集反应前后的荧光数值并进行处理,用于指纹图谱的构建和后续的模式识别分析。结果表明,该阵列能11种有机小分子完全区分,且在LDA结果中,能100%将三个不同窖池的五段酒样本进行正确分类。
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