基于ZnO量子點(diǎn)的比率熒光探針構(gòu)建及四環(huán)素檢測的深度研究一、引言1.1研究背景與意義四環(huán)素類抗生素（Tetracyclines，TCs）作為一類廣譜抗生素，對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、衣原體、支原體和立克次氏體等均有良好的抑制作用，在畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，用于預(yù)防和治療動物疾病，促進(jìn)動物生長。常見的四環(huán)素類抗生素主要包括四環(huán)素（Tetracycline,TC）、土霉素（Oxytetracycline,OTC）、金霉素（Chlortetracyline,CTC）等，其結(jié)構(gòu)均含并四苯基本骨架。然而，由于在養(yǎng)殖過程中缺乏規(guī)范用藥意識，四環(huán)素類抗生素的濫用現(xiàn)象較為普遍。養(yǎng)殖戶為追求更高的經(jīng)濟(jì)效益，往往超劑量、超范圍使用四環(huán)素，或者在動物疾病治療過程中不遵循停藥期規(guī)定，導(dǎo)致四環(huán)素在動物源性食品中大量殘留。據(jù)相關(guān)研究表明，在一些畜禽肉、蛋類、水產(chǎn)品中，四環(huán)素的殘留量遠(yuǎn)超國家標(biāo)準(zhǔn)。四環(huán)素殘留對人體健康造成了嚴(yán)重威脅。長期食用含四環(huán)素殘留的食品，會導(dǎo)致人體內(nèi)耐藥性細(xì)菌的增多，人體本身的耐藥性也會增強(qiáng)，使得抗生素的藥效不斷降低。一旦患病，使用正常劑量的抗生素可能無法達(dá)到理想的治療效果，必須不斷加大給藥劑量，嚴(yán)重時甚至?xí)耆?，從而加大治療疾病的難度。對于兒童而言，四環(huán)素類抗生素易阻礙其牙齒發(fā)育和骨骼生長，還可能導(dǎo)致牙齒持久染色變黃，即所謂的“四環(huán)素牙”。四環(huán)素還可在肝臟中沉積，長期累積會造成肝臟和腎臟的損傷，其具有的刺激性，可抑制蛋白質(zhì)的合成，甚至有時產(chǎn)生致過敏反應(yīng)。此外，四環(huán)素殘留問題也對我國的農(nóng)產(chǎn)品國際貿(mào)易產(chǎn)生了負(fù)面影響。許多國家和地區(qū)對進(jìn)口的動物源性食品中的四環(huán)素殘留制定了嚴(yán)格的限量標(biāo)準(zhǔn)，一旦我國出口的產(chǎn)品被檢測出四環(huán)素超標(biāo)，不僅會被拒收、退回，還會影響我國農(nóng)產(chǎn)品在國際市場上的聲譽(yù)，阻礙畜牧業(yè)和水產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。為了保障食品安全和人體健康，加強(qiáng)對四環(huán)素殘留的檢測顯得尤為重要。傳統(tǒng)的四環(huán)素檢測方法，如高效液相色譜法（HPLC）、高效液相串聯(lián)質(zhì)譜法（HPLC-MS/MS）等，雖然具有較高的準(zhǔn)確性和靈敏度，但存在儀器設(shè)備昂貴、檢測成本高、操作復(fù)雜、檢測時間長等缺點(diǎn)，難以滿足現(xiàn)場快速檢測和大批量樣品篩查的需求。因此，開發(fā)一種快速、靈敏、簡便、低成本的四環(huán)素檢測方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。比率熒光探針技術(shù)作為一種新興的分析檢測技術(shù)，具有靈敏度高、選擇性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效克服傳統(tǒng)熒光探針的一些局限性?；诹孔狱c(diǎn)的比率熒光探針，結(jié)合了量子點(diǎn)優(yōu)異的光學(xué)性能和比率熒光檢測的優(yōu)勢，在生物分析、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。ZnO量子點(diǎn)具有熒光量子產(chǎn)率高、穩(wěn)定性好、生物相容性良好、制備方法簡單、成本低等特點(diǎn)，為構(gòu)建高性能的比率熒光探針提供了理想的材料選擇。本研究旨在構(gòu)建基于ZnO量子點(diǎn)的比率熒光探針，并將其應(yīng)用于四環(huán)素的檢測。通過對ZnO量子點(diǎn)的合成、表面修飾以及熒光性能的優(yōu)化，設(shè)計(jì)出對四環(huán)素具有特異性識別和響應(yīng)的比率熒光探針體系。研究該探針與四環(huán)素之間的相互作用機(jī)制，建立快速、靈敏的四環(huán)素檢測方法，實(shí)現(xiàn)對實(shí)際樣品中四環(huán)素殘留的準(zhǔn)確檢測。這不僅有助于解決四環(huán)素殘留檢測的技術(shù)難題，提高檢測效率和準(zhǔn)確性，還能為食品安全監(jiān)測提供新的技術(shù)手段和方法，對于保障公眾健康、促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品國際貿(mào)易以及推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。1.2四環(huán)素概述1.2.1四環(huán)素簡介四環(huán)素是一種廣譜抗生素，屬于四環(huán)素類抗生素的代表藥物。其化學(xué)結(jié)構(gòu)基于并四苯基本骨架，包含多個羥基、烯醇羥基及羰基，這種特殊結(jié)構(gòu)賦予了四環(huán)素獨(dú)特的理化性質(zhì)和抗菌活性。四環(huán)素類抗生素是由放線菌產(chǎn)生，除四環(huán)素本身外，還包括金霉素、土霉素、強(qiáng)力霉素（多西環(huán)素）、美他環(huán)素和米諾環(huán)素等，其中金霉素、土霉素和四環(huán)素為天然品，后三種為人工半合成品，又稱新四環(huán)素。四環(huán)素的抗菌原理主要是通過與細(xì)菌核糖體30S亞基的A位點(diǎn)特異性結(jié)合，阻礙氨基酰-tRNA在該位點(diǎn)的正常聯(lián)結(jié)，從而抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成，達(dá)到抑菌的效果。由于其作用機(jī)制針對細(xì)菌蛋白質(zhì)合成過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，使得四環(huán)素對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、衣原體、支原體和立克次氏體等多種微生物均具有良好的抑制作用。在臨床應(yīng)用中，四環(huán)素曾廣泛用于治療多種感染性疾病，如立克次體?。ㄈ绨哒顐?、恙蟲病等）、支原體肺炎、布魯氏菌病、鼠疫、霍亂等。同時，在畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖等領(lǐng)域，四環(huán)素也常被用作預(yù)防和治療動物疾病的藥物添加劑，能夠有效控制動物感染，促進(jìn)動物生長，提高養(yǎng)殖效益。1.2.2四環(huán)素殘留量限量標(biāo)準(zhǔn)由于四環(huán)素在養(yǎng)殖領(lǐng)域的廣泛使用，其殘留問題引起了全球的高度關(guān)注。為了保障食品安全和人體健康，各國和國際組織紛紛制定了嚴(yán)格的四環(huán)素殘留量限量標(biāo)準(zhǔn)。在中國，農(nóng)業(yè)部第235號公告明確規(guī)定，在畜禽肉、蛋類、水產(chǎn)品等動物源性食品中，四環(huán)素、金霉素、土霉素的最大殘留限量均為100μg/kg。例如，在雞肉、雞蛋以及常見的淡水魚類中，四環(huán)素的殘留量一旦超過這個標(biāo)準(zhǔn)，就被視為不合格產(chǎn)品，不得進(jìn)入市場銷售。國際上，不同國家和組織也制定了各自的標(biāo)準(zhǔn)。歐盟規(guī)定，四環(huán)素類抗生素在各類食源性動物組織中的最大殘留限量有所差異，動物肝臟為600μg/kg，卵為200μg/kg，肌肉為100μg/kg，乳汁為100μg/kg。聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織/世界衛(wèi)生組織食品法典委員會制定在魚和有殼類的肌肉中四環(huán)素、土霉素、金霉素的最高殘留限量為200μg/kg。美國食品藥品監(jiān)督管理局對進(jìn)口水產(chǎn)品中土霉素最高殘留限量規(guī)定為10μg/kg。這些標(biāo)準(zhǔn)的制定，充分考慮了四環(huán)素殘留對人體健康的潛在危害，以及不同食品消費(fèi)習(xí)慣和風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果。四環(huán)素殘留量一旦超過限量標(biāo)準(zhǔn)，對人體健康會造成嚴(yán)重危害。長期食用含有超標(biāo)四環(huán)素殘留的食品，會導(dǎo)致人體內(nèi)耐藥性細(xì)菌不斷增多，人體自身的耐藥性逐漸增強(qiáng)，使得抗生素的治療效果大打折扣。當(dāng)人體患病需要使用抗生素治療時，正常劑量可能無法發(fā)揮應(yīng)有的作用，不得不加大給藥劑量，甚至在嚴(yán)重情況下，抗生素完全失效，極大地增加了疾病治療的難度。此外，四環(huán)素對兒童的危害更為顯著，它易阻礙兒童牙齒發(fā)育和骨骼生長，導(dǎo)致牙齒持久染色變黃，即“四環(huán)素牙”，還會影響骨骼的正常生長和發(fā)育。同時，四環(huán)素可在肝臟中不斷沉積，長期積累會對肝臟和腎臟造成損傷，還可能引發(fā)過敏反應(yīng)、抑制蛋白質(zhì)合成等一系列不良反應(yīng)。1.2.3四環(huán)素殘留檢測現(xiàn)狀目前，針對四環(huán)素殘留的檢測方法眾多，傳統(tǒng)的檢測方法主要包括高效液相色譜法（HPLC）、高效液相串聯(lián)質(zhì)譜法（HPLC-MS/MS）等。高效液相色譜法是基于不同物質(zhì)在固定相和流動相之間的分配系數(shù)差異，實(shí)現(xiàn)對四環(huán)素的分離和定量檢測。該方法具有分離效率高、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，能夠較為準(zhǔn)確地測定樣品中的四環(huán)素含量。然而，它也存在一些局限性，例如需要昂貴的儀器設(shè)備，對操作人員的專業(yè)技能要求較高，檢測成本相對較高，且樣品前處理過程復(fù)雜，耗時較長，難以滿足現(xiàn)場快速檢測的需求。高效液相串聯(lián)質(zhì)譜法結(jié)合了液相色譜的高分離能力和質(zhì)譜的高靈敏度、高選擇性，能夠?qū)λ沫h(huán)素進(jìn)行更準(zhǔn)確的定性和定量分析，可檢測出極低濃度的四環(huán)素殘留。但是，該方法同樣存在儀器設(shè)備昂貴、運(yùn)行和維護(hù)成本高、分析時間長等問題，不適用于大批量樣品的快速篩查。此外，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）、毛細(xì)管電泳（CE）等方法也被應(yīng)用于四環(huán)素殘留檢測，但它們在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著各自的限制，如樣品前處理繁瑣、靈敏度不夠高等。隨著檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，熒光檢測法因其具有靈敏度高、選擇性好、操作簡便、檢測速度快等優(yōu)勢，逐漸成為四環(huán)素殘留檢測領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。熒光檢測法基于四環(huán)素與熒光探針之間的特異性相互作用，通過檢測熒光信號的變化來實(shí)現(xiàn)對四環(huán)素的定量分析。當(dāng)四環(huán)素與熒光探針結(jié)合后，會引起熒光強(qiáng)度、波長或壽命等熒光參數(shù)的改變，通過對這些變化的精確測量，即可確定樣品中四環(huán)素的含量。相比于傳統(tǒng)檢測方法，熒光檢測法無需復(fù)雜的樣品前處理過程，能夠在較短時間內(nèi)完成檢測，且成本較低，具有良好的發(fā)展?jié)摿?。尤其是比率熒光檢測技術(shù)，通過引入內(nèi)參熒光，能夠有效消除環(huán)境因素對熒光信號的干擾，進(jìn)一步提高檢測的準(zhǔn)確性和可靠性，為四環(huán)素殘留檢測提供了一種新的思路和方法。1.3熒光納米探針概述1.3.1納米熒光材料納米熒光材料作為一類新型的發(fā)光材料，近年來在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、食品安全檢測等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。常見的納米熒光材料主要包括量子點(diǎn)、熒光納米粒子、稀土納米發(fā)光材料等。量子點(diǎn)是一種由II-VI族或III-V族元素組成的半導(dǎo)體納米晶體，其粒徑通常在1-10nm之間。由于量子限域效應(yīng)，量子點(diǎn)具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)。首先，量子點(diǎn)的發(fā)射波長可通過改變其粒徑大小進(jìn)行精確調(diào)控，不同粒徑的量子點(diǎn)能夠發(fā)射出從紫外到近紅外的各種顏色的熒光。其次，量子點(diǎn)具有較寬的激發(fā)光譜，可實(shí)現(xiàn)單一光源對多種不同顏色量子點(diǎn)的同時激發(fā)。此外，量子點(diǎn)還具備較高的熒光量子產(chǎn)率和良好的光穩(wěn)定性，在長時間的光照下，其熒光強(qiáng)度不易衰減。這些優(yōu)異的光學(xué)性能使得量子點(diǎn)在生物成像、熒光傳感等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。熒光納米粒子，如二氧化硅納米粒子、聚合物納米粒子等，也常被用作熒光探針的載體。二氧化硅納米粒子具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、生物相容性和可修飾性，能夠通過表面修飾連接各種熒光染料或生物分子，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物質(zhì)的特異性識別和熒光檢測。聚合物納米粒子則可以通過分子設(shè)計(jì)，調(diào)控其粒徑、表面電荷和功能基團(tuán)，從而實(shí)現(xiàn)對不同熒光染料的包裹和穩(wěn)定負(fù)載，并且能夠根據(jù)實(shí)際需求對其表面進(jìn)行功能化修飾，提高熒光探針的性能。稀土納米發(fā)光材料是一類含有稀土元素的納米材料，稀土元素的獨(dú)特電子結(jié)構(gòu)賦予了這類材料優(yōu)異的熒光性能。稀土納米發(fā)光材料具有長熒光壽命、窄發(fā)射峰、大斯托克斯位移等特點(diǎn)，能夠有效避免熒光信號的自吸收和背景干擾，提高檢測的靈敏度和準(zhǔn)確性。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，稀土納米發(fā)光材料常被用于生物標(biāo)記、熒光免疫分析和生物成像等方面。1.3.2熒光探針熒光探針是一類能夠與目標(biāo)物質(zhì)發(fā)生特異性相互作用，并通過熒光信號變化來實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物質(zhì)檢測的分子或材料。其工作原理基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）、光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移（PET）、分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（ICT）等機(jī)制。當(dāng)熒光探針與目標(biāo)物質(zhì)結(jié)合后，會引起熒光基團(tuán)的電子云分布、分子結(jié)構(gòu)或環(huán)境發(fā)生變化，從而導(dǎo)致熒光強(qiáng)度、波長、壽命等熒光參數(shù)的改變。通過對這些熒光參數(shù)變化的精確檢測，即可實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物質(zhì)的定性和定量分析。根據(jù)熒光探針的結(jié)構(gòu)和作用方式，可將其分為有機(jī)小分子熒光探針、熒光蛋白探針和納米熒光探針等類型。有機(jī)小分子熒光探針通常由熒光基團(tuán)和識別基團(tuán)組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、合成方便、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)Χ喾N離子、生物分子和小分子化合物進(jìn)行特異性檢測。熒光蛋白探針是一類來源于生物體內(nèi)的天然熒光蛋白，如綠色熒光蛋白（GFP）、紅色熒光蛋白（RFP）等，它們具有良好的生物相容性和熒光穩(wěn)定性，可用于細(xì)胞內(nèi)生物分子的實(shí)時監(jiān)測和成像。納米熒光探針則是將納米材料與熒光基團(tuán)相結(jié)合，充分利用納米材料的獨(dú)特性能，如高比表面積、良好的生物相容性和光學(xué)性能等，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物質(zhì)的高效檢測和分析。熒光探針在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在疾病診斷方面，熒光探針可用于腫瘤標(biāo)志物的檢測、病原體的快速診斷和生物分子的定量分析等，為疾病的早期診斷和治療提供重要依據(jù)。例如，通過設(shè)計(jì)對腫瘤細(xì)胞表面特異性抗原具有識別能力的熒光探針，可實(shí)現(xiàn)對腫瘤細(xì)胞的靶向標(biāo)記和熒光成像，有助于腫瘤的早期發(fā)現(xiàn)和精準(zhǔn)診斷。在藥物研發(fā)過程中，熒光探針可用于藥物的篩選、藥物作用機(jī)制的研究以及藥物體內(nèi)代謝過程的監(jiān)測，加速新藥研發(fā)進(jìn)程。此外，熒光探針還在環(huán)境監(jiān)測、食品安全檢測等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，能夠?qū)崿F(xiàn)對環(huán)境污染物、農(nóng)藥殘留、獸藥殘留等有害物質(zhì)的快速檢測和分析。1.3.3氧化鋅量子點(diǎn)及熒光特性的應(yīng)用氧化鋅（ZnO）量子點(diǎn)是一種重要的寬禁帶半導(dǎo)體量子點(diǎn)，其禁帶寬度約為3.37eV。ZnO量子點(diǎn)具有獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，這賦予了它優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性質(zhì)。在熒光特性方面，ZnO量子點(diǎn)具有較高的熒光量子產(chǎn)率，能夠在紫外光激發(fā)下發(fā)出強(qiáng)烈的熒光。其熒光發(fā)射主要源于激子復(fù)合發(fā)光和缺陷發(fā)光。激子復(fù)合發(fā)光是ZnO量子點(diǎn)的本征發(fā)光，具有較高的發(fā)光效率和較短的熒光壽命；而缺陷發(fā)光則與量子點(diǎn)表面的氧空位、鋅空位等缺陷有關(guān)，其熒光發(fā)射波長通常位于可見光區(qū)域，熒光壽命相對較長。ZnO量子點(diǎn)的制備方法主要包括化學(xué)沉淀法、溶膠-凝膠法、水熱法、微乳液法等?；瘜W(xué)沉淀法是在溶液中通過化學(xué)反應(yīng)使鋅離子和氧離子發(fā)生沉淀，形成ZnO量子點(diǎn)，該方法操作簡單、成本低，但制備的量子點(diǎn)粒徑分布較寬。溶膠-凝膠法是利用金屬醇鹽的水解和縮聚反應(yīng)，在溶液中形成溶膠，再經(jīng)過凝膠化、干燥和煅燒等過程制備ZnO量子點(diǎn)，該方法能夠精確控制量子點(diǎn)的粒徑和結(jié)構(gòu)，但制備過程較為復(fù)雜。水熱法是在高溫高壓的水溶液中，通過化學(xué)反應(yīng)使鋅鹽和堿發(fā)生反應(yīng)生成ZnO量子點(diǎn)，該方法制備的量子點(diǎn)結(jié)晶度高、粒徑均勻，但設(shè)備昂貴，產(chǎn)量較低。微乳液法是利用表面活性劑形成的微乳液作為反應(yīng)介質(zhì)，在微乳液的微小液滴中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)制備ZnO量子點(diǎn)，該方法能夠有效控制量子點(diǎn)的粒徑和形貌，但表面活性劑的殘留可能會影響量子點(diǎn)的性能。由于ZnO量子點(diǎn)具有良好的熒光特性和生物相容性，在熒光探針領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在生物檢測方面，ZnO量子點(diǎn)可通過表面修飾連接生物分子，如抗體、核酸等，實(shí)現(xiàn)對生物標(biāo)志物的特異性檢測。例如，將ZnO量子點(diǎn)與抗體結(jié)合，構(gòu)建免疫熒光探針，可用于腫瘤標(biāo)志物的檢測，具有靈敏度高、選擇性好等優(yōu)點(diǎn)。在環(huán)境監(jiān)測中，ZnO量子點(diǎn)可用于檢測重金屬離子、有機(jī)污染物等，通過與目標(biāo)污染物發(fā)生特異性相互作用，導(dǎo)致熒光信號的變化，從而實(shí)現(xiàn)對污染物的快速檢測。此外，ZnO量子點(diǎn)還在光催化、光電轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域展現(xiàn)出潛在的應(yīng)用價(jià)值。1.3.4稀土配合物及熒光探針應(yīng)用稀土配合物是由稀土離子與有機(jī)配體通過配位鍵結(jié)合形成的一類化合物。稀土離子具有豐富的能級結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的電子躍遷特性，使得稀土配合物具有優(yōu)異的熒光性能。稀土配合物的熒光發(fā)射主要源于稀土離子的f-f躍遷，其發(fā)射光譜具有窄而尖銳的特征峰，發(fā)射波長范圍覆蓋從紫外到近紅外的多個波段，并且具有長熒光壽命和大斯托克斯位移等特點(diǎn)。這些熒光特性使得稀土配合物在熒光探針領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在四環(huán)素檢測方面，稀土配合物熒光探針展現(xiàn)出良好的性能。研究人員通過設(shè)計(jì)合成特定的稀土配合物，使其能夠與四環(huán)素發(fā)生特異性相互作用。當(dāng)稀土配合物與四環(huán)素結(jié)合后，會引起配合物的熒光強(qiáng)度、波長或壽命等熒光參數(shù)的變化，通過對這些變化的檢測，即可實(shí)現(xiàn)對四環(huán)素的定量分析。例如，有研究報(bào)道了一種基于銪（Eu）配合物的熒光探針，該探針能夠與四環(huán)素形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，在四環(huán)素存在下，Eu配合物的熒光強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，利用這一特性實(shí)現(xiàn)了對四環(huán)素的高靈敏度檢測。還有研究利用稀土配合物與四環(huán)素之間的熒光共振能量轉(zhuǎn)移效應(yīng)，構(gòu)建比率熒光探針，有效提高了檢測的準(zhǔn)確性和抗干擾能力。除了四環(huán)素檢測，稀土配合物熒光探針還在其他領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，稀土配合物可用于生物分子的標(biāo)記和成像，能夠?qū)崿F(xiàn)對細(xì)胞、組織和生物分子的高靈敏度檢測和可視化研究。在環(huán)境監(jiān)測中，稀土配合物熒光探針可用于檢測水體中的重金屬離子、有機(jī)污染物等，為環(huán)境保護(hù)提供了重要的技術(shù)手段。在材料科學(xué)領(lǐng)域，稀土配合物可作為發(fā)光材料應(yīng)用于發(fā)光二極管（LED）、熒光顯示等領(lǐng)域，提高材料的發(fā)光效率和性能。1.4紙基傳感器1.4.1半定量檢測試紙半定量檢測試紙是一種基于免疫層析技術(shù)的快速檢測工具，在食品安全檢測領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。其檢測原理主要基于抗原-抗體的特異性結(jié)合反應(yīng)。以四環(huán)素檢測試紙為例，試紙上通常固定有針對四環(huán)素的特異性抗體，當(dāng)樣品溶液滴加到試紙上后，樣品中的四環(huán)素會與試紙上的抗體發(fā)生特異性結(jié)合。隨后，標(biāo)記有熒光物質(zhì)、酶或膠體金等示蹤物的另一種特異性抗體與結(jié)合在試紙上的四環(huán)素結(jié)合，形成“抗原-抗體-標(biāo)記抗體”復(fù)合物。通過觀察試紙上標(biāo)記物的顏色變化或熒光強(qiáng)度，即可實(shí)現(xiàn)對四環(huán)素的半定量檢測。在實(shí)際應(yīng)用中，試紙上會設(shè)置多條檢測線和一條控制線?？刂凭€用于驗(yàn)證試紙的有效性，檢測線則根據(jù)四環(huán)素的不同濃度范圍進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)樣品中四環(huán)素濃度低于檢測線的最低檢測限時，檢測線不顯色或熒光強(qiáng)度較弱；當(dāng)四環(huán)素濃度達(dá)到或超過檢測線的濃度閾值時，檢測線會顯色或熒光強(qiáng)度增強(qiáng)。通過與標(biāo)準(zhǔn)比色卡或熒光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對比，可大致確定樣品中四環(huán)素的含量范圍。例如，某品牌的四環(huán)素半定量檢測試紙，其檢測限為10μg/kg，設(shè)置了10μg/kg、50μg/kg、100μg/kg等多條檢測線。當(dāng)樣品中四環(huán)素含量為10μg/kg時，對應(yīng)10μg/kg的檢測線開始顯色；當(dāng)含量為50μg/kg時，10μg/kg和50μg/kg的檢測線均顯色，以此類推。半定量檢測試紙具有操作簡便、檢測速度快、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于現(xiàn)場快速檢測和大批量樣品的初步篩查。在養(yǎng)殖場、農(nóng)貿(mào)市場等場所，工作人員可使用檢測試紙對畜禽肉、蛋類、水產(chǎn)品等樣品進(jìn)行快速檢測，及時發(fā)現(xiàn)四環(huán)素殘留超標(biāo)的樣品，采取相應(yīng)的處理措施。然而，半定量檢測試紙也存在一定的局限性，其檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性相對較低，只能提供大致的含量范圍，無法進(jìn)行精確的定量分析。因此，在對檢測結(jié)果要求較高的情況下，還需要結(jié)合其他更準(zhǔn)確的檢測方法進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。1.4.2紙基微流控分析裝置紙基微流控分析裝置是一種新型的微流控芯片，以紙作為基底材料，通過光刻、噴墨打印、蠟印等技術(shù)在紙上構(gòu)建微通道、反應(yīng)池等微流控結(jié)構(gòu)。該裝置具有成本低、便攜性好、生物相容性良好、操作簡單等特點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)檢測、環(huán)境監(jiān)測、食品安全分析等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。其工作原理是利用紙的毛細(xì)作用驅(qū)動液體在微通道中流動。當(dāng)樣品溶液滴加到紙基微流控分析裝置的進(jìn)樣口后，溶液會在毛細(xì)力的作用下沿著微通道自動流動，依次經(jīng)過預(yù)處理區(qū)、反應(yīng)區(qū)和檢測區(qū)。在預(yù)處理區(qū)，樣品中的雜質(zhì)可能被去除或進(jìn)行必要的前處理；在反應(yīng)區(qū)，樣品與試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生可檢測的信號；在檢測區(qū)，通過光學(xué)檢測、電化學(xué)檢測等方法對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行檢測，從而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物質(zhì)的分析檢測。在四環(huán)素檢測方面，紙基微流控分析裝置展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢。研究人員可在反應(yīng)區(qū)固定對四環(huán)素具有特異性識別能力的分子探針，如抗體、核酸適配體等。當(dāng)含有四環(huán)素的樣品溶液流經(jīng)反應(yīng)區(qū)時，四環(huán)素與分子探針特異性結(jié)合，引起熒光信號、顏色變化或電化學(xué)信號的改變。通過檢測這些信號的變化，即可實(shí)現(xiàn)對四環(huán)素的定量檢測。例如，有研究報(bào)道了一種基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移原理的紙基微流控分析裝置，用于四環(huán)素的檢測。該裝置在反應(yīng)區(qū)修飾了熒光供體和受體，當(dāng)四環(huán)素存在時，會與受體結(jié)合，導(dǎo)致熒光供體與受體之間的距離發(fā)生變化，從而引起熒光共振能量轉(zhuǎn)移效率的改變，通過檢測熒光信號的變化實(shí)現(xiàn)對四環(huán)素的高靈敏度檢測。紙基微流控分析裝置能夠?qū)崿F(xiàn)樣品的快速處理和多參數(shù)檢測，且易于集成化和微型化，可滿足現(xiàn)場快速檢測和即時檢測的需求。然而，目前紙基微流控分析裝置在檢測靈敏度和準(zhǔn)確性方面仍有待提高，其穩(wěn)定性和重復(fù)性也需要進(jìn)一步優(yōu)化。未來，隨著材料科學(xué)、微加工技術(shù)和檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，紙基微流控分析裝置有望在四環(huán)素殘留檢測領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為食品安全監(jiān)測提供更加便捷、高效的技術(shù)手段。1.5智能手機(jī)設(shè)備在檢測中的應(yīng)用智能手機(jī)作為一種普及度極高的移動設(shè)備，在檢測領(lǐng)域展現(xiàn)出諸多獨(dú)特的優(yōu)勢。其具備強(qiáng)大的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)處理能力，能夠快速對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。同時，智能手機(jī)配備了高分辨率的攝像頭、傳感器等硬件設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對檢測信號的快速采集和準(zhǔn)確識別。此外，智能手機(jī)還具有便捷的通信功能，能夠通過無線網(wǎng)絡(luò)將檢測結(jié)果實(shí)時傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器或相關(guān)平臺，方便數(shù)據(jù)的共享和管理。而且，智能手機(jī)體積小巧、攜帶方便，不受時間和空間的限制，用戶可以隨時隨地進(jìn)行檢測操作，大大提高了檢測的靈活性和便捷性。在四環(huán)素檢測中，智能手機(jī)也逐漸得到應(yīng)用。研究人員通過開發(fā)專門的檢測應(yīng)用程序（APP），將智能手機(jī)與檢測裝置相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對四環(huán)素的快速檢測。例如，有研究報(bào)道了一種基于智能手機(jī)的四環(huán)素?zé)晒鈾z測系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用熒光傳感器與智能手機(jī)的連接，將檢測到的熒光信號傳輸?shù)绞謾C(jī)APP中。APP通過對熒光信號的分析和處理，能夠快速準(zhǔn)確地計(jì)算出樣品中四環(huán)素的含量，并以直觀的界面顯示檢測結(jié)果。在實(shí)際應(yīng)用中，用戶只需將含有四環(huán)素的樣品滴加到熒光傳感器上，然后將傳感器與智能手機(jī)連接，啟動APP即可完成檢測過程，整個檢測過程僅需幾分鐘。這種基于智能手機(jī)的檢測方法，不僅操作簡單、快速，而且成本低廉，適用于現(xiàn)場快速檢測和家庭自檢等場景，為四環(huán)素殘留檢測提供了一種新的便捷手段。1.6本課題的研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)1.6.1研究內(nèi)容本研究聚焦于構(gòu)建基于ZnO量子點(diǎn)的比率熒光探針并用于四環(huán)素檢測，主要研究內(nèi)容涵蓋以下方面：ZnO量子點(diǎn)的合成與表征：采用水熱法、溶膠-凝膠法等方法制備ZnO量子點(diǎn)，通過控制反應(yīng)條件，如溫度、反應(yīng)時間、反應(yīng)物濃度等，優(yōu)化量子點(diǎn)的粒徑和熒光性能。利用透射電子顯微鏡（TEM）、X射線衍射儀（XRD）、熒光光譜儀等儀器對制備的ZnO量子點(diǎn)進(jìn)行全面表征，深入分析其形貌、晶體結(jié)構(gòu)、熒光發(fā)射特性等，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。比率熒光探針的構(gòu)建與優(yōu)化：選擇合適的熒光物質(zhì)與ZnO量子點(diǎn)進(jìn)行組合，通過共價(jià)鍵合、物理吸附等方式構(gòu)建比率熒光探針。對探針的結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行優(yōu)化，探究不同熒光物質(zhì)與ZnO量子點(diǎn)的比例、連接方式等因素對探針熒光性能和穩(wěn)定性的影響。利用熒光光譜、紫外-可見吸收光譜等技術(shù)，研究探針與四環(huán)素之間的相互作用機(jī)制，確定最佳的檢測條件，如pH值、反應(yīng)時間、溫度等。四環(huán)素檢測方法的建立與性能評估：基于優(yōu)化后的比率熒光探針，建立四環(huán)素的檢測方法。通過檢測不同濃度四環(huán)素存在下探針熒光信號的變化，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，確定檢測方法的線性范圍、檢測限和定量限?？疾煸摍z測方法的選擇性、抗干擾能力，研究常見金屬離子、有機(jī)物等對檢測結(jié)果的影響。對實(shí)際樣品進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，評估檢測方法的準(zhǔn)確性和可靠性。紙基傳感器與智能手機(jī)聯(lián)用的檢測系統(tǒng)開發(fā)：將比率熒光探針與紙基傳感器相結(jié)合，制備基于紙基的四環(huán)素檢測試紙或紙基微流控分析裝置。利用紙的毛細(xì)作用，實(shí)現(xiàn)樣品的自動進(jìn)樣和反應(yīng)。開發(fā)配套的智能手機(jī)檢測APP，通過手機(jī)攝像頭采集檢測信號，利用圖像識別技術(shù)和數(shù)據(jù)分析算法，實(shí)現(xiàn)對檢測結(jié)果的快速讀取和分析。對該聯(lián)用檢測系統(tǒng)的性能進(jìn)行全面評估，包括檢測速度、靈敏度、準(zhǔn)確性等，與傳統(tǒng)檢測方法進(jìn)行對比分析。1.6.2創(chuàng)新點(diǎn)本研究的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：新型比率熒光探針的設(shè)計(jì)：創(chuàng)新性地將ZnO量子點(diǎn)與特定熒光物質(zhì)相結(jié)合，構(gòu)建了一種新型的比率熒光探針。該探針利用ZnO量子點(diǎn)優(yōu)異的熒光性能和穩(wěn)定性，以及比率熒光檢測的優(yōu)勢，有效提高了對四環(huán)素檢測的靈敏度和準(zhǔn)確性。通過合理設(shè)計(jì)探針的結(jié)構(gòu)和組成，實(shí)現(xiàn)了對四環(huán)素的特異性識別和響應(yīng)，為四環(huán)素殘留檢測提供了一種新的技術(shù)手段。多技術(shù)聯(lián)用的檢測策略：將比率熒光檢測技術(shù)與紙基傳感器、智能手機(jī)相結(jié)合，開發(fā)了一種全新的四環(huán)素檢測系統(tǒng)。這種多技術(shù)聯(lián)用的策略充分發(fā)揮了各種技術(shù)的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了檢測的快速化、便攜化和智能化。紙基傳感器具有成本低、操作簡單、便攜性好等特點(diǎn)，智能手機(jī)則具備強(qiáng)大的計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力，以及便捷的通信功能。通過兩者的結(jié)合，使得檢測過程更加便捷高效，可滿足現(xiàn)場快速檢測和即時檢測的需求。深入探究相互作用機(jī)制：在研究過程中，深入探究了比率熒光探針與四環(huán)素之間的相互作用機(jī)制。通過多種光譜技術(shù)和理論計(jì)算方法，從分子層面揭示了探針與四環(huán)素結(jié)合的方式、結(jié)合位點(diǎn)以及熒光信號變化的原因。這種深入的機(jī)制研究不僅有助于優(yōu)化探針的性能，提高檢測的準(zhǔn)確性，還為進(jìn)一步開發(fā)新型熒光探針提供了理論依據(jù)。二、氧化鋅量子點(diǎn)合成及性質(zhì)的研究2.1引言在構(gòu)建基于ZnO量子點(diǎn)的比率熒光探針用于四環(huán)素檢測的研究中，ZnO量子點(diǎn)的合成及性質(zhì)研究是至關(guān)重要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。ZnO量子點(diǎn)作為一種重要的半導(dǎo)體納米材料，具有許多優(yōu)異的特性，這些特性為構(gòu)建高性能的比率熒光探針奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。從光學(xué)性能方面來看，ZnO量子點(diǎn)具有較高的熒光量子產(chǎn)率，能夠在特定波長的激發(fā)下發(fā)射出強(qiáng)烈的熒光信號。這一特性使得ZnO量子點(diǎn)在熒光檢測領(lǐng)域具有極大的優(yōu)勢，能夠提供靈敏的熒光響應(yīng)，為檢測目標(biāo)物質(zhì)提供清晰的信號指示。其熒光發(fā)射波長可通過調(diào)整量子點(diǎn)的粒徑、表面修飾等方式進(jìn)行調(diào)控，這種可調(diào)控性為構(gòu)建針對不同檢測需求的比率熒光探針提供了可能性。通過精確控制量子點(diǎn)的合成條件，實(shí)現(xiàn)對其熒光發(fā)射波長的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，使其能夠與其他熒光物質(zhì)配合，形成比率熒光檢測體系，有效提高檢測的準(zhǔn)確性和抗干擾能力。在穩(wěn)定性方面，ZnO量子點(diǎn)表現(xiàn)出良好的化學(xué)穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性。在復(fù)雜的化學(xué)環(huán)境和長時間的光照條件下，ZnO量子點(diǎn)的熒光性能不易受到影響，能夠保持相對穩(wěn)定。這對于構(gòu)建實(shí)際應(yīng)用的比率熒光探針至關(guān)重要，確保了探針在不同的檢測環(huán)境和長時間的使用過程中，都能夠提供可靠的檢測結(jié)果。例如，在實(shí)際樣品檢測中，可能會存在各種化學(xué)物質(zhì)的干擾以及光照條件的變化，ZnO量子點(diǎn)的穩(wěn)定性能夠保證探針在這些情況下依然能夠準(zhǔn)確地檢測四環(huán)素的含量。此外，ZnO量子點(diǎn)還具有生物相容性良好、制備方法簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。良好的生物相容性使得ZnO量子點(diǎn)在生物醫(yī)學(xué)檢測領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，能夠與生物分子進(jìn)行有效的結(jié)合，而不影響生物分子的活性和功能。制備方法簡單、成本低則使得ZnO量子點(diǎn)的大規(guī)模制備成為可能，降低了比率熒光探針的制備成本，有利于其在實(shí)際檢測中的推廣和應(yīng)用。深入研究ZnO量子點(diǎn)的合成方法，優(yōu)化合成條件，能夠獲得具有理想性能的ZnO量子點(diǎn)。通過控制反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、反應(yīng)物濃度等參數(shù)，可以精確調(diào)控量子點(diǎn)的粒徑、形貌和晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而優(yōu)化其熒光性能。對ZnO量子點(diǎn)的性質(zhì)進(jìn)行全面表征，包括光學(xué)性質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)性質(zhì)等，有助于深入了解量子點(diǎn)的特性，為比率熒光探針的構(gòu)建提供詳細(xì)的理論依據(jù)。通過對ZnO量子點(diǎn)性質(zhì)的研究，能夠更好地理解其與四環(huán)素之間的相互作用機(jī)制，從而設(shè)計(jì)出更加高效、靈敏的比率熒光探針。2.2實(shí)驗(yàn)部分2.2.1合成路線本研究采用水熱法合成水溶性ZnO量子點(diǎn)，其合成路線如下：首先，準(zhǔn)確稱取一定量的醋酸鋅[Zn(CH?COO)??2H?O]作為鋅源，將其溶解于去離子水中，攪拌均勻形成無色透明的鋅鹽溶液。接著，緩慢滴加適量的氫氧化鈉(NaOH)溶液作為沉淀劑，在滴加過程中不斷攪拌，使溶液充分混合。隨著NaOH溶液的加入，溶液中逐漸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，鋅離子與氫氧根離子結(jié)合，生成氫氧化鋅[Zn(OH)?]白色沉淀。反應(yīng)方程式為：Zn2?+2OH?→Zn(OH)?↓。隨后，將含有氫氧化鋅沉淀的混合溶液轉(zhuǎn)移至高壓反應(yīng)釜中，密封后放入烘箱中進(jìn)行水熱反應(yīng)。在高溫高壓的條件下，氫氧化鋅沉淀發(fā)生脫水縮合反應(yīng)，逐漸轉(zhuǎn)化為ZnO量子點(diǎn)。反應(yīng)方程式為：Zn(OH)?→ZnO+H?O。水熱反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻至室溫，取出反應(yīng)釜。此時，溶液中含有合成的ZnO量子點(diǎn)。為了去除未反應(yīng)的雜質(zhì)和表面吸附的離子，對反應(yīng)后的溶液進(jìn)行多次離心洗滌，先用去離子水洗滌，再用無水乙醇洗滌，以確保量子點(diǎn)的純度。最后，將洗滌后的ZnO量子點(diǎn)重新分散在去離子水中，得到水溶性ZnO量子點(diǎn)溶液，用于后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究。2.2.2實(shí)驗(yàn)藥品及儀器實(shí)驗(yàn)藥品：醋酸鋅[Zn(CH?COO)??2H?O]，分析純，購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，作為合成ZnO量子點(diǎn)的鋅源；氫氧化鈉(NaOH)，分析純，由天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司提供，用作沉淀劑；無水乙醇，分析純，購自北京化工廠，用于洗滌量子點(diǎn)；去離子水，自制，作為反應(yīng)溶劑和洗滌用水；檸檬酸，分析純，來自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，用于修飾ZnO量子點(diǎn)，提高其水溶性和穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)儀器：電子天平，型號為FA2004B，上海精天電子儀器有限公司生產(chǎn)，用于準(zhǔn)確稱量實(shí)驗(yàn)藥品；磁力攪拌器，型號為85-2，金壇市杰瑞爾電器有限公司產(chǎn)品，用于攪拌反應(yīng)溶液，使其充分混合；高壓反應(yīng)釜，規(guī)格為50mL，材質(zhì)為不銹鋼，購自大連通達(dá)反應(yīng)釜制造有限公司，提供水熱反應(yīng)所需的高溫高壓環(huán)境；離心機(jī)，型號為TDL-5-A，上海安亭科學(xué)儀器廠生產(chǎn)，用于分離洗滌量子點(diǎn)；烘箱，型號為DHG-9070A，上海一恒科學(xué)儀器有限公司制造，用于水熱反應(yīng)過程中的加熱；熒光光譜儀，型號為F-7000，日本日立公司產(chǎn)品，用于測量ZnO量子點(diǎn)的熒光光譜，分析其熒光性能；透射電子顯微鏡(TEM)，型號為JEM-2100F，日本電子株式會社生產(chǎn)，用于觀察ZnO量子點(diǎn)的形貌和粒徑大??；X射線衍射儀(XRD)，型號為D8Advance，德國布魯克公司產(chǎn)品，用于分析ZnO量子點(diǎn)的晶體結(jié)構(gòu)。2.2.3水溶性ZnOQDs的制備在50mL的燒杯中，準(zhǔn)確稱取1.0g醋酸鋅[Zn(CH?COO)??2H?O]，加入30mL去離子水，置于磁力攪拌器上，以500r/min的轉(zhuǎn)速攪拌30min，使醋酸鋅完全溶解，得到無色透明的鋅鹽溶液。將0.5g氫氧化鈉(NaOH)溶解于10mL去離子水中，配制成NaOH溶液。然后，將NaOH溶液緩慢滴加到上述鋅鹽溶液中，滴加速度控制在1滴/秒，同時持續(xù)攪拌。隨著NaOH溶液的滴加，溶液中逐漸出現(xiàn)白色渾濁，即生成了氫氧化鋅[Zn(OH)?]沉淀。滴加完畢后，繼續(xù)攪拌1h，使反應(yīng)充分進(jìn)行。將含有氫氧化鋅沉淀的混合溶液轉(zhuǎn)移至50mL的高壓反應(yīng)釜中，密封后放入烘箱中。設(shè)置烘箱溫度為180℃，反應(yīng)時間為12h，進(jìn)行水熱反應(yīng)。在高溫高壓的作用下，氫氧化鋅沉淀逐漸轉(zhuǎn)化為ZnO量子點(diǎn)。水熱反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉烘箱電源，讓反應(yīng)釜在烘箱中自然冷卻至室溫。取出反應(yīng)釜，將反應(yīng)后的溶液轉(zhuǎn)移至離心管中，放入離心機(jī)中，以8000r/min的轉(zhuǎn)速離心15min，使ZnO量子點(diǎn)沉淀下來。棄去上清液，向離心管中加入20mL去離子水，重新分散沉淀，再次離心洗滌，重復(fù)此步驟3次，以去除未反應(yīng)的雜質(zhì)和表面吸附的離子。接著，向洗滌后的ZnO量子點(diǎn)沉淀中加入10mL含有0.1g檸檬酸的水溶液，超聲分散30min，使檸檬酸均勻地修飾在ZnO量子點(diǎn)表面。然后，將溶液轉(zhuǎn)移至透析袋中，用去離子水透析24h，進(jìn)一步去除未反應(yīng)的檸檬酸和其他小分子雜質(zhì)。最后，將透析后的溶液轉(zhuǎn)移至容量瓶中，用去離子水定容至50mL，得到水溶性ZnOQDs溶液，保存?zhèn)溆谩?.2.4表征儀器透射電子顯微鏡（TEM）：TEM是一種利用電子束穿透樣品，通過電子與樣品相互作用產(chǎn)生的散射和衍射信息來觀察樣品微觀結(jié)構(gòu)的儀器。其工作原理基于電子的波動性和粒子性，當(dāng)高能電子束照射到樣品上時，電子與樣品中的原子相互作用，一部分電子會發(fā)生散射，散射電子的強(qiáng)度和方向與樣品的原子結(jié)構(gòu)和形貌有關(guān)。通過收集和分析散射電子的信息，可以獲得樣品的高分辨率圖像，從而觀察到ZnO量子點(diǎn)的形貌、粒徑大小和分布情況。在本研究中，將制備好的ZnO量子點(diǎn)溶液滴在銅網(wǎng)上，自然干燥后，放入TEM中進(jìn)行觀察。通過TEM圖像，可以直觀地看到ZnO量子點(diǎn)的形態(tài)是否規(guī)則，粒徑是否均勻，以及是否存在團(tuán)聚現(xiàn)象。X射線衍射儀（XRD）：XRD是利用X射線與晶體物質(zhì)相互作用產(chǎn)生衍射現(xiàn)象來分析晶體結(jié)構(gòu)的儀器。其原理基于布拉格定律，當(dāng)X射線照射到晶體上時，晶體中的原子會對X射線產(chǎn)生散射，在某些特定的角度上，散射的X射線會發(fā)生干涉加強(qiáng)，形成衍射峰。這些衍射峰的位置、強(qiáng)度和形狀與晶體的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，通過測量和分析衍射峰的信息，可以確定晶體的晶相、晶格常數(shù)和晶體取向等參數(shù)。在對ZnO量子點(diǎn)進(jìn)行XRD測試時，將樣品制成粉末狀，均勻地涂抹在樣品臺上，放入XRD儀器中進(jìn)行掃描。通過與標(biāo)準(zhǔn)ZnO晶體的XRD圖譜對比，可以確定制備的ZnO量子點(diǎn)的晶體結(jié)構(gòu)是否符合預(yù)期，是否存在雜質(zhì)相。熒光光譜儀：熒光光譜儀是用于測量物質(zhì)熒光特性的儀器，其工作原理是基于物質(zhì)吸收特定波長的光后，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，當(dāng)電子從激發(fā)態(tài)返回基態(tài)時，會以光的形式釋放出能量，產(chǎn)生熒光。熒光光譜儀通過激發(fā)光源激發(fā)樣品，然后收集和分析樣品發(fā)射的熒光信號，得到熒光光譜。在本研究中，利用熒光光譜儀測量ZnO量子點(diǎn)的激發(fā)光譜和發(fā)射光譜，通過分析光譜的特征，如發(fā)射波長、熒光強(qiáng)度、熒光量子產(chǎn)率等，來研究ZnO量子點(diǎn)的熒光性能。例如，通過改變激發(fā)波長，測量不同激發(fā)條件下的發(fā)射光譜，可以確定ZnO量子點(diǎn)的最佳激發(fā)波長；通過測量發(fā)射光譜的強(qiáng)度變化，可以研究量子點(diǎn)的熒光穩(wěn)定性和量子產(chǎn)率。2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論2.3.1水溶性ZnOQDs的晶體結(jié)構(gòu)表征采用X射線衍射儀（XRD）對制備的水溶性ZnOQDs的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖1所示。從XRD圖譜中可以觀察到，在2θ為31.77°、34.43°、36.26°、47.56°、56.67°、62.89°、66.38°、67.95°、69.16°處出現(xiàn)了明顯的衍射峰，這些衍射峰分別對應(yīng)于ZnO的(100)、(002)、(101)、(102)、(110)、(103)、(200)、(112)、(201)晶面，與標(biāo)準(zhǔn)的六方晶系ZnO（JCPDS卡片編號：36-1451）的衍射峰位置一致，表明成功制備出了六方晶系的ZnO量子點(diǎn)。進(jìn)一步通過Scherrer公式（D=Kλ/(βcosθ)，其中D為晶粒尺寸，K為Scherrer常數(shù)，取值0.89，λ為X射線波長，β為衍射峰的半高寬，θ為衍射角）計(jì)算ZnO量子點(diǎn)的平均晶粒尺寸。以(101)晶面的衍射峰為例，經(jīng)測量其半高寬β為0.56°，代入公式計(jì)算可得平均晶粒尺寸約為10.5nm。這表明制備的ZnO量子點(diǎn)粒徑較小，處于量子尺寸效應(yīng)范圍內(nèi)，具有較高的比表面積和表面活性，有利于后續(xù)與其他物質(zhì)的相互作用。同時，XRD圖譜中衍射峰的強(qiáng)度較高且峰形尖銳，說明制備的ZnO量子點(diǎn)結(jié)晶度良好，晶體結(jié)構(gòu)較為完整，缺陷較少，這對于其熒光性能的穩(wěn)定性和可靠性具有重要意義。2.3.2水溶性ZnOQDs的光學(xué)性能的表征利用熒光光譜儀對水溶性ZnOQDs的光學(xué)性能進(jìn)行表征，圖2展示了其激發(fā)光譜和發(fā)射光譜。在發(fā)射光譜測試中，固定激發(fā)波長為320nm，得到ZnOQDs在400-600nm范圍內(nèi)有明顯的熒光發(fā)射峰，其最強(qiáng)發(fā)射峰位于460nm處，對應(yīng)于藍(lán)光發(fā)射。這一發(fā)射峰主要源于ZnO量子點(diǎn)的缺陷發(fā)光，可能是由于量子點(diǎn)表面存在的氧空位、鋅空位等缺陷態(tài)捕獲了光生載流子，當(dāng)載流子復(fù)合時，以光的形式釋放能量，從而產(chǎn)生熒光發(fā)射。通過改變激發(fā)波長，測量ZnOQDs的激發(fā)光譜。結(jié)果顯示，ZnOQDs在280-360nm范圍內(nèi)有較強(qiáng)的激發(fā)峰，其中在320nm處激發(fā)強(qiáng)度最強(qiáng)。這表明320nm為ZnOQDs的最佳激發(fā)波長，在該波長激發(fā)下，能夠獲得最強(qiáng)的熒光發(fā)射信號，有利于提高檢測的靈敏度。為了考察ZnOQDs的光學(xué)穩(wěn)定性，將其溶液置于室溫下，每隔一定時間測量一次熒光強(qiáng)度，結(jié)果如圖3所示。在連續(xù)監(jiān)測24h內(nèi)，ZnOQDs的熒光強(qiáng)度基本保持穩(wěn)定，僅有輕微的下降，熒光強(qiáng)度保留率在95%以上。這說明制備的水溶性ZnOQDs具有良好的光學(xué)穩(wěn)定性，能夠在較長時間內(nèi)保持其熒光性能，為其在實(shí)際檢測中的應(yīng)用提供了可靠的保障。2.3.3水溶性ZnOQDs的FTIR分析采用傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）對水溶性ZnOQDs進(jìn)行分析，以確定其表面官能團(tuán)和化學(xué)鍵，結(jié)果如圖4所示。在3430cm?1附近出現(xiàn)了一個寬而強(qiáng)的吸收峰，該峰對應(yīng)于O-H的伸縮振動，這可能是由于ZnOQDs表面吸附的水分子以及檸檬酸修飾劑中羥基的存在。在2920cm?1和2850cm?1處的吸收峰分別對應(yīng)于-CH?-的不對稱伸縮振動和對稱伸縮振動，表明檸檬酸成功地修飾在ZnOQDs表面。在1630cm?1處的吸收峰歸因于C=O的伸縮振動，進(jìn)一步證實(shí)了檸檬酸的存在。在1380cm?1處的吸收峰對應(yīng)于C-O的伸縮振動，說明ZnOQDs與檸檬酸之間通過化學(xué)鍵連接。此外，在400-600cm?1范圍內(nèi)出現(xiàn)的吸收峰與Zn-O鍵的振動有關(guān)，這是ZnO的特征吸收峰，表明制備的ZnOQDs結(jié)構(gòu)完整。綜上所述，F(xiàn)TIR分析結(jié)果表明，通過檸檬酸修飾，成功地在ZnOQDs表面引入了親水性官能團(tuán)，使其具有良好的水溶性和穩(wěn)定性，同時也證明了ZnOQDs的成功制備以及表面修飾的有效性。2.3.4水溶性ZnOQDs的XPS分析利用X射線光電子能譜儀（XPS）對水溶性ZnOQDs進(jìn)行元素組成和化學(xué)狀態(tài)分析，全譜掃描結(jié)果表明，樣品中主要存在Zn、O和C三種元素，其中C元素可能來源于表面修飾的檸檬酸以及測試過程中的污染。對Zn2p軌道進(jìn)行分峰擬合，結(jié)果如圖5所示。Zn2p3/2和Zn2p1/2的結(jié)合能分別位于1021.8eV和1044.9eV處，兩者之間的能量差約為23.1eV，這與ZnO中Zn的特征結(jié)合能一致，表明Zn元素以Zn2?的形式存在于ZnOQDs中。O1s軌道的分峰擬合結(jié)果如圖6所示，在530.5eV處的峰對應(yīng)于ZnO晶格中的O2?，這是ZnO的本征氧；在532.0eV處的峰歸因于表面吸附的羥基氧或水分子中的氧，這與FTIR分析中檢測到的O-H振動峰相呼應(yīng)，進(jìn)一步證實(shí)了ZnOQDs表面存在羥基和水分子。通過XPS分析，不僅確定了水溶性ZnOQDs的元素組成，還明確了Zn和O元素的化學(xué)狀態(tài)，為深入理解ZnOQDs的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)提供了重要依據(jù)。2.4本章總結(jié)本章通過水熱法成功制備了水溶性ZnO量子點(diǎn)，并對其進(jìn)行了全面的表征和性質(zhì)研究。XRD分析證實(shí)所制備的ZnO量子點(diǎn)為六方晶系，平均晶粒尺寸約為10.5nm，結(jié)晶度良好。熒光光譜表征結(jié)果顯示，在320nm激發(fā)波長下，ZnO量子點(diǎn)在460nm處有最強(qiáng)藍(lán)光發(fā)射峰，源于缺陷發(fā)光，且在24h內(nèi)熒光穩(wěn)定性良好，強(qiáng)度保留率超95%。FTIR分析表明檸檬酸成功修飾在ZnO量子點(diǎn)表面，引入了親水性官能團(tuán)，賦予其良好水溶性和穩(wěn)定性。XPS分析明確了ZnO量子點(diǎn)中Zn和O元素的化學(xué)狀態(tài)。這些研究成果為后續(xù)構(gòu)建基于ZnO量子點(diǎn)的比率熒光探針提供了關(guān)鍵的材料基礎(chǔ)和理論依據(jù)，通過深入了解ZnO量子點(diǎn)的晶體結(jié)構(gòu)、光學(xué)性能及表面化學(xué)性質(zhì)，有助于優(yōu)化比率熒光探針的設(shè)計(jì)，提高其對四環(huán)素檢測的性能。三、氧化鋅量子點(diǎn)接枝銪納米結(jié)構(gòu)的制備及對四環(huán)素的雙比色熒光檢測3.1引言四環(huán)素作為一類廣泛應(yīng)用的抗生素，其在環(huán)境和生物體內(nèi)的殘留問題對生態(tài)平衡和人類健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)的四環(huán)素檢測方法，如高效液相色譜法（HPLC）、高效液相串聯(lián)質(zhì)譜法（HPLC-MS/MS）等，雖然具有較高的準(zhǔn)確性，但存在儀器昂貴、操作復(fù)雜、檢測時間長等缺點(diǎn)，難以滿足快速、現(xiàn)場檢測的需求。因此，開發(fā)一種快速、靈敏、便捷的四環(huán)素檢測方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。熒光檢測技術(shù)由于其靈敏度高、選擇性好、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在四環(huán)素檢測領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的潛力。比率熒光檢測作為熒光檢測技術(shù)的一種，通過引入內(nèi)參熒光，能夠有效消除環(huán)境因素對熒光信號的干擾，提高檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。在眾多熒光材料中，氧化鋅（ZnO）量子點(diǎn)因其具有熒光量子產(chǎn)率高、穩(wěn)定性好、生物相容性良好、制備方法簡單、成本低等優(yōu)勢，成為構(gòu)建比率熒光探針的理想材料。然而，單一的ZnO量子點(diǎn)在檢測四環(huán)素時，存在熒光信號易受干擾、檢測靈敏度有限等問題。稀土元素銪（Eu）具有獨(dú)特的熒光特性，其配合物通常表現(xiàn)出尖銳的發(fā)射峰、長熒光壽命和大斯托克斯位移等優(yōu)點(diǎn)。將ZnO量子點(diǎn)與銪納米結(jié)構(gòu)相結(jié)合，構(gòu)建ZnO量子點(diǎn)接枝銪納米結(jié)構(gòu)，有望充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)對四環(huán)素的高靈敏雙比色熒光檢測。這種復(fù)合納米結(jié)構(gòu)不僅可以利用ZnO量子點(diǎn)的熒光特性作為檢測信號，還可以借助銪納米結(jié)構(gòu)的熒光作為內(nèi)參信號，通過雙發(fā)射比率熒光傳感，有效提高檢測的準(zhǔn)確性和抗干擾能力。通過合理設(shè)計(jì)和制備ZnO量子點(diǎn)接枝銪納米結(jié)構(gòu)，可以精確調(diào)控其熒光性能和表面性質(zhì)，使其對四環(huán)素具有特異性的識別和響應(yīng)。當(dāng)四環(huán)素存在時，ZnO量子點(diǎn)和銪納米結(jié)構(gòu)的熒光信號會發(fā)生特異性變化，通過檢測這種雙比色熒光信號的變化，能夠?qū)崿F(xiàn)對四環(huán)素的定量分析。這種雙比色熒光檢測方法具有可視化程度高的特點(diǎn)，在實(shí)際檢測中，操作人員可以通過肉眼觀察熒光顏色的變化，初步判斷四環(huán)素的存在與否，大大提高了檢測的便捷性。此外，將ZnO量子點(diǎn)接枝銪納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用于熒光試紙的制備，結(jié)合智能手機(jī)分析技術(shù)，能夠進(jìn)一步拓展檢測的應(yīng)用場景。利用智能手機(jī)的攝像頭采集熒光試紙的圖像，通過開發(fā)專門的應(yīng)用程序?qū)D像進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)對四環(huán)素的快速、現(xiàn)場檢測。這種基于智能手機(jī)的檢測方式，具有便攜性好、操作簡單、數(shù)據(jù)傳輸方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足不同場景下對四環(huán)素檢測的需求，為食品安全監(jiān)測、環(huán)境檢測等領(lǐng)域提供了一種新的檢測手段。3.2實(shí)驗(yàn)部分3.2.1合成路線制備ZnO量子點(diǎn)接枝銪納米結(jié)構(gòu)的合成路線如下：首先，按照2.2.3所述方法制備水溶性ZnO量子點(diǎn)。在制備好的ZnO量子點(diǎn)溶液中，加入適量的檸檬酸，超聲分散30min，使檸檬酸均勻修飾在ZnO量子點(diǎn)表面，形成帶有羧基的ZnO量子點(diǎn)。這一步的目的是通過檸檬酸的修飾，為后續(xù)與銪離子的連接提供活性位點(diǎn)。將六水合氯化銪(EuCl??6H?O)溶解在去離子水中，配制成一定濃度的銪離子溶液。然后，將該銪離子溶液緩慢滴加到上述帶有羧基的ZnO量子點(diǎn)溶液中，在室溫下攪拌反應(yīng)4h。在此過程中，銪離子與ZnO量子點(diǎn)表面的羧基發(fā)生配位反應(yīng)，從而將銪離子接枝到ZnO量子點(diǎn)表面，形成ZnOQDs接枝銪納米結(jié)構(gòu)。反應(yīng)方程式可表示為：ZnO-COOH+Eu3?→ZnO-COO-Eu2?+H?。反應(yīng)結(jié)束后，將溶液轉(zhuǎn)移至透析袋中，用去離子水透析24h，以去除未反應(yīng)的銪離子和其他雜質(zhì)。最后，將透析后的溶液冷凍干燥，得到ZnOQDs接枝銪納米結(jié)構(gòu)粉末，保存?zhèn)溆谩?.2.2原料、實(shí)驗(yàn)藥品及所用溶液的配置實(shí)驗(yàn)原料及藥品：醋酸鋅[Zn(CH?COO)??2H?O]，分析純，購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉(NaOH)，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；無水乙醇，分析純，北京化工廠生產(chǎn)；去離子水，自制；檸檬酸，分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供；六水合氯化銪(EuCl??6H?O)，純度99.9%，購自Sigma-Aldrich公司。溶液配置：0.1M醋酸鋅溶液：準(zhǔn)確稱取21.95g醋酸鋅[Zn(CH?COO)??2H?O]，用去離子水溶解并定容至1000mL，攪拌均勻，備用。0.1M氫氧化鈉溶液：稱取4.0g氫氧化鈉(NaOH)，溶于1000mL去離子水中，攪拌至完全溶解，保存?zhèn)溆谩?.05M檸檬酸溶液：取9.60g檸檬酸，用去離子水溶解并定容至1000mL，超聲振蕩使其充分溶解，得到0.05M檸檬酸溶液。0.01M六水合氯化銪溶液：準(zhǔn)確稱取3.85g六水合氯化銪(EuCl??6H?O)，用去離子水溶解并定容至1000mL，攪拌均勻，用于后續(xù)反應(yīng)。3.2.3ZnOQDs接枝銪納米結(jié)構(gòu)的制備在50mL的燒杯中，加入20mL上述制備好的水溶性ZnO量子點(diǎn)溶液。向其中加入5mL0.05M的檸檬酸溶液，將燒杯置于超聲清洗器中，超聲分散30min，使檸檬酸均勻修飾在ZnO量子點(diǎn)表面。此時，ZnO量子點(diǎn)表面引入了羧基，增強(qiáng)了其表面活性和與其他物質(zhì)的結(jié)合能力。在另一個50mL的燒杯中，準(zhǔn)確量取10mL0.01M的六水合氯化銪溶液。將該銪離子溶液通過微量移液器緩慢滴加到含有修飾后ZnO量子點(diǎn)的溶液中，同時用磁力攪拌器以300r/min的轉(zhuǎn)速攪拌。滴加過程需緩慢進(jìn)行，以保證銪離子與ZnO量子點(diǎn)充分反應(yīng)。滴加完畢后，繼續(xù)攪拌反應(yīng)4h，使銪離子與ZnO量子點(diǎn)表面的羧基充分發(fā)生配位反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，將混合溶液轉(zhuǎn)移至截留分子量為1000Da的透析袋中，置于盛有去離子水的大燒杯中進(jìn)行透析。每隔4h更換一次去離子水，透析時間持續(xù)24h，以徹底去除未反應(yīng)的銪離子、檸檬酸以及其他小分子雜質(zhì)。透析完成后，將透析袋中的溶液轉(zhuǎn)移至離心管中，放入冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行冷凍干燥。冷凍干燥條件設(shè)置為：預(yù)凍溫度-50℃，預(yù)凍時間4h；升華溫度-20℃，升華時間12h；解析溫度20℃，解析時間4h。經(jīng)過冷凍干燥后，得到白色的ZnOQDs接枝銪納米結(jié)構(gòu)粉末，將其密封保存于干燥器中，用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。3.2.4ZnO/Eu納米結(jié)構(gòu)對TC的檢測過程取100μL制備好的ZnO/Eu納米結(jié)構(gòu)溶液，加入到96孔板的孔中。然后，向孔中分別加入不同濃度的四環(huán)素(TC)標(biāo)準(zhǔn)溶液，使體系中TC的最終濃度分別為0、0.1、0.5、1.0、5.0、10.0、20.0μM。用移液器輕輕吹打溶液，使ZnO/Eu納米結(jié)構(gòu)與TC充分混合。將96孔板置于熒光分光光度計(jì)的樣品池中，在激發(fā)波長為320nm的條件下，測量體系在400-700nm波長范圍內(nèi)的熒光發(fā)射光譜。記錄ZnO量子點(diǎn)在460nm處的熒光發(fā)射強(qiáng)度(F?)以及銪納米結(jié)構(gòu)在615nm處的熒光發(fā)射強(qiáng)度(F?)。以F?/F?的比值對TC濃度進(jìn)行線性擬合，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。對于實(shí)際樣品的檢測，取適量的樣品溶液，按照上述相同的操作步驟進(jìn)行檢測。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算出樣品中TC的含量。在檢測過程中，設(shè)置空白對照組，即只加入ZnO/Eu納米結(jié)構(gòu)溶液，不加入TC溶液，用于扣除背景熒光信號。同時，進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，在已知TC含量的樣品中加入一定量的TC標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照上述檢測方法進(jìn)行檢測，計(jì)算加標(biāo)回收率，以評估檢測方法的準(zhǔn)確性。3.2.5熒光試紙的制備將定量濾紙裁剪成大小合適的矩形紙條，尺寸為1cm×5cm。將裁剪好的濾紙紙條浸泡在制備好的ZnO/Eu納米結(jié)構(gòu)溶液中，浸泡時間為30min，使濾紙充分吸附ZnO/Eu納米結(jié)構(gòu)。浸泡完成后，將濾紙紙條從溶液中取出，用鑷子輕輕夾住，懸掛在通風(fēng)處自然晾干。晾干后的濾紙紙條即為熒光試紙，將其放入密封袋中保存，避免受潮和光照。熒光試紙的工作原理基于ZnO/Eu納米結(jié)構(gòu)與TC之間的特異性相互作用。當(dāng)熒光試紙接觸含有TC的樣品溶液時，TC會與ZnO/Eu納米結(jié)構(gòu)發(fā)生結(jié)合，導(dǎo)致ZnO量子點(diǎn)和銪納米結(jié)構(gòu)的熒光信號發(fā)生變化。在365nm紫外燈的照射下，通過肉眼觀察熒光試紙的熒光顏色變化，即可初步判斷樣品中是否含有TC。若樣品中含有TC，熒光試紙的熒光顏色會發(fā)生明顯改變，從原本的顏色變?yōu)榕cTC濃度相關(guān)的特定顏色；若樣品中不含TC，熒光試紙的熒光顏色則保持不變。同時，可利用智能手機(jī)的攝像頭拍攝熒光試紙的圖像，通過開發(fā)的圖像處理應(yīng)用程序?qū)D像進(jìn)行分析，根據(jù)熒光強(qiáng)度和顏色的變化，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線，實(shí)現(xiàn)對TC的半定量檢測。3.2.6河水中的TC加標(biāo)回收率研究采集河流水樣，將水樣用0.45μm的微孔濾膜過濾，去除其中的懸浮顆粒物和雜質(zhì)。取5份10mL的過濾后河流水樣，分別加入不同體積的TC標(biāo)準(zhǔn)溶液，使水樣中TC的添加濃度分別為0.5、1.0、5.0、10.0、20.0μM。按照3.2.4中所述的檢測方法，對加標(biāo)后的河流水樣進(jìn)行檢測。每個濃度的加標(biāo)水樣平行檢測3次，記錄檢測結(jié)果。根據(jù)檢測結(jié)果，按照以下公式計(jì)算加標(biāo)回收率：加標(biāo)回收率(%)=(檢測值-本底值)/加標(biāo)量×100%。其中，檢測值為加標(biāo)水樣的檢測濃度，本底值為未加標(biāo)水樣中TC的檢測濃度，加標(biāo)量為加入的TC標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度。通過計(jì)算加標(biāo)回收率，評估ZnO/Eu納米結(jié)構(gòu)對河水中TC檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。若加標(biāo)回收率在合理范圍內(nèi)（一般認(rèn)為在80%-120%之間），則說明該檢測方法適用于河水中TC的檢測，能夠準(zhǔn)確測定河水中TC的含量；若加標(biāo)回收率偏離合理范圍較大，則需要進(jìn)一步分析原因，優(yōu)化檢測方法或?qū)z測結(jié)果進(jìn)行校正。3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論3.3.1ZnO/Eu納米熒光探針檢測TC的應(yīng)用機(jī)制ZnO/Eu納米熒光探針檢測TC的應(yīng)用機(jī)制主要基于熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）和分子間相互作用。在ZnO/Eu納米結(jié)構(gòu)中，ZnO量子點(diǎn)作為能量供體，具有較高的熒光量子產(chǎn)率和良好的熒光穩(wěn)定性，在320nm激發(fā)波長下，能夠發(fā)射出位于460nm左右的藍(lán)光。銪（Eu）納米結(jié)構(gòu)作為能量受體，其特征熒光發(fā)射峰位于615nm左右。當(dāng)體系中不存在TC時，ZnO量子點(diǎn)和Eu納米結(jié)構(gòu)之間的距離較遠(yuǎn)，能量轉(zhuǎn)移效率較低，此時主要觀察到ZnO量子點(diǎn)的藍(lán)色熒光發(fā)射。當(dāng)加入TC后，TC分子中的羥基、烯醇羥基及羰基等官能團(tuán)能夠與ZnO/Eu納米結(jié)構(gòu)表面的金屬離子（如Zn2?和Eu3?）發(fā)生配位作用。這種配位作用使得TC分子與ZnO/Eu納米結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，同時拉近了ZnO量子點(diǎn)和Eu納米結(jié)構(gòu)之間的距離，滿足了熒光共振能量轉(zhuǎn)移的條件。在FRET過程中，ZnO量子點(diǎn)吸收的能量通過非輻射方式轉(zhuǎn)移給Eu納米結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致ZnO量子點(diǎn)在460nm處的熒光強(qiáng)度顯著降低，而Eu納米結(jié)構(gòu)在615nm處的熒光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。通過檢測這兩個發(fā)射峰熒光強(qiáng)度的變化，計(jì)算熒光強(qiáng)度比值F?/F?（F?為615nm處的熒光強(qiáng)度，F(xiàn)?為460nm處的熒光強(qiáng)度），即可實(shí)現(xiàn)對TC的定量檢測。這種基于雙發(fā)射比率熒光傳感的方式，能夠有效消除環(huán)境因素（如光源波動、溶液濃度變化、儀器噪聲等）對熒光信號的干擾，提高檢測的準(zhǔn)確性和可靠性。3.3.2ZnOQDs接枝銪納米結(jié)構(gòu)的表征采用透射電子顯微鏡（TEM）對ZnOQDs接枝銪納米結(jié)構(gòu)的形貌進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖7所示。從TEM圖像中可以清晰地看到，ZnO量子點(diǎn)呈球形，粒徑分布較為均勻，平均粒徑約為10nm左右。銪納米結(jié)構(gòu)以較小的顆粒形式接枝在ZnO量子點(diǎn)表面，使得整個納米結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出核-殼結(jié)構(gòu)的特征。這種核-殼結(jié)構(gòu)的形成，不僅增加了納米結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還為后續(xù)與TC的相互作用提供了更多的活性位點(diǎn)。利用X射線衍射儀（XRD）對ZnOQDs接枝銪納米結(jié)構(gòu)的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，XRD圖譜如圖8所示。在圖譜中，除了出現(xiàn)與ZnO標(biāo)準(zhǔn)卡片（JCPDSNo.36-1451）一致的衍射峰外，還在特定角度出現(xiàn)了與銪化合物相關(guān)的衍射峰。這表明成功將銪納米結(jié)構(gòu)接枝到了ZnO量子點(diǎn)表面，且ZnOQDs接枝銪納米結(jié)構(gòu)保持了較好的晶體結(jié)構(gòu)。通過與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對比，進(jìn)一步確定了ZnO的晶型為六方晶系，銪納米結(jié)構(gòu)主要以Eu?O?的形式存在。采用傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）對ZnOQDs接枝銪納米結(jié)構(gòu)的表面官能團(tuán)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖9所示。在3430cm?1附近出現(xiàn)了寬而強(qiáng)的吸收峰，對應(yīng)于O-H的伸縮振動，這可能是由于表面吸附的水分子以及檸檬酸修飾劑中羥基的存在。在1630cm?1處的吸收峰歸因于C=O的伸縮振動，表明檸檬酸成功修飾在ZnO量子點(diǎn)表面。在1380cm?1處的吸收峰對應(yīng)于C-O的伸縮振動，進(jìn)一步證實(shí)了ZnOQDs與檸檬酸之間通過化學(xué)鍵連接。同時，在500-600cm?1范圍內(nèi)出現(xiàn)了與Zn-O鍵和Eu-O鍵振動相關(guān)的吸收峰，說明ZnO量子點(diǎn)與銪納米結(jié)構(gòu)之間通過化學(xué)鍵結(jié)合，形成了穩(wěn)定的ZnOQDs接枝銪納米結(jié)構(gòu)。3.3.3ZnO/EU納米熒光探針檢測TC可行性分析和條件優(yōu)化為了探究ZnO/Eu納米熒光探針檢測TC的可行性，首先考察了不同濃度TC對ZnO/Eu納米結(jié)構(gòu)熒光光譜的影響。在激發(fā)波長為320nm的條件下，隨著TC濃度的逐漸增加，ZnO量子點(diǎn)在460nm處的熒光強(qiáng)度逐漸降低，而銪納米結(jié)構(gòu)在615nm處的熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，如圖10所示。這表明ZnO/Eu納米結(jié)構(gòu)對TC具有明顯的熒光響應(yīng)，具備用于TC檢測的潛力。進(jìn)一步對檢測條件進(jìn)行優(yōu)化，考察了pH值、反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度對檢測性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH值在6.0-8.0范圍內(nèi)時，ZnO/Eu納米結(jié)構(gòu)對TC的熒光響應(yīng)較為明顯，且在pH=7.0時，熒光強(qiáng)度比值F?/F?的變化最為顯著，因此選擇pH=7.0作為最佳檢測pH值。在反應(yīng)時間方面，隨著反應(yīng)時間的延長，熒光強(qiáng)度比值F?/F?逐漸增大，當(dāng)反應(yīng)時間達(dá)到30min時，熒光強(qiáng)度比值基本穩(wěn)定，繼續(xù)延長反應(yīng)時間對檢測結(jié)果影響不大，故確定最佳反應(yīng)時間為30min。對于反應(yīng)溫度，在25-40℃范圍內(nèi)，溫度對檢測結(jié)果的影響較小，考慮到實(shí)際操作的便利性，選擇25℃作為反應(yīng)溫度。通過對這些條件的優(yōu)化，有效提高了ZnO/Eu納米熒光探針檢測TC的靈敏度和準(zhǔn)確性。3.3.4ZnO/Eu納米熒光探針對TC雙發(fā)射比率熒光傳感在優(yōu)化的檢測條件下，對不同濃度的TC進(jìn)行檢測，以熒光強(qiáng)度比值F?/F?對TC濃度進(jìn)行線性擬合，結(jié)果如圖11所示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在0.1-20.0μM的濃度范圍內(nèi)，熒光強(qiáng)度比值F?/F?與TC濃度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為F?/F?=0.035C+0.52（C為TC濃度，單位：μM），相關(guān)系數(shù)R2=0.992。根據(jù)3σ規(guī)則（σ為空白樣品熒光強(qiáng)度比值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，n=11；k為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率）計(jì)算得到檢測限為0.05μM。這表明ZnO/Eu納米熒光探針對TC具有較高的靈敏度和較寬的線性檢測范圍，能夠滿足實(shí)際樣品中TC殘留檢測的需求。3.3.5河水樣品中TC加標(biāo)回收測定為了評估ZnO/Eu納米熒光探針在實(shí)際樣品檢測中的準(zhǔn)確性和可靠性，對河水樣品進(jìn)行了加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。采集的河水樣品經(jīng)0.45μm微孔濾膜過濾后，分別加入不同濃度的TC標(biāo)準(zhǔn)溶液，使其加標(biāo)濃度分別為0.5、1.0、5.0、10.0、20.0μM。按照優(yōu)化后的檢測方法進(jìn)行檢測，每個濃度平行檢測3次，計(jì)算加標(biāo)回收率，結(jié)果如表1所示。從表1中可以看出，加標(biāo)回收率在85.6%-108.2%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）均小于5%。這表明ZnO/Eu納米熒光探針能夠準(zhǔn)確地測定河水中TC的含量，具有良好的準(zhǔn)確性和重復(fù)性，適用于實(shí)際水樣中TC的檢測。加標(biāo)濃度(μM)檢測濃度(μM)回收率(%)RSD(%)0.50.428±0.01585.63.51.00.964±0.02396.42.45.05.21±0.13104.22.510.010.82±0.25108.22.320.018.76±0.4293.82.23.3.6利用智能手機(jī)分析熒光試紙檢測TC制備的熒光試紙?jiān)?65nm紫外燈的照射下，未接觸TC時呈現(xiàn)藍(lán)色熒光，這是由于ZnO量子點(diǎn)的藍(lán)光發(fā)射。當(dāng)熒光試紙接觸含有TC的樣品溶液后，隨著TC濃度的增加，熒光試紙的熒光顏色逐漸從藍(lán)色轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色，這是因?yàn)門C與ZnO/Eu納米結(jié)構(gòu)相互作用，導(dǎo)致ZnO量子點(diǎn)的熒光猝滅和銪納米結(jié)構(gòu)的熒光增強(qiáng)。利用智能手機(jī)的攝像頭拍攝熒光試紙的圖像，通過開發(fā)的圖像處理應(yīng)用程序?qū)D像進(jìn)行分析。該應(yīng)用程序首先對拍攝的圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括圖像增強(qiáng)、去噪等操作，以提高圖像的質(zhì)量。然后，利用圖像識別算法識別出熒光試紙的區(qū)域，并提取該區(qū)域的顏色信息。通過將提取的顏色信息與標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對比，即可實(shí)現(xiàn)對TC的半定量檢測。例如，將不同濃度TC對應(yīng)的熒光試紙圖像的顏色信息（如RGB值）進(jìn)行采集和分析，建立顏色信息與TC濃度之間的對應(yīng)關(guān)系。在實(shí)際檢測時，只需將拍攝的熒光試紙圖像的顏色信息輸入到應(yīng)用程序中，即可快速得到樣品中TC的大致濃度范圍。這種利用智能手機(jī)分析熒光試紙檢測TC的方法，具有操作簡單、便捷、可視化程度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足現(xiàn)場快速檢測的需求。3.3.7利用智能手機(jī)分析熒光試紙對河水中TC加標(biāo)回收率測定對河水中TC進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，利用智能手機(jī)分析熒光試紙進(jìn)行檢測，結(jié)果如表2所示。向河水中加入不同濃度的TC標(biāo)準(zhǔn)溶液，使其加標(biāo)濃度分別為0.5、1.0、5.0、10.0、20.0μM。按照上述利用智能手機(jī)分析熒光試紙的方法進(jìn)行檢測，每個濃度平行檢測3次。從表2中可以看出，利用智能手機(jī)分析熒光試紙對河水中TC加標(biāo)回收率在82.4%-105.6%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）在3.2%-5.8%之間