01、引言

中國白酒作為世界六大蒸餾酒之一，成分復雜，其中的還原物質對其品質起著關鍵作用，但白酒品種的多樣性也給市場帶來了混淆。傳統的白酒品質鑒別方法如感官評價易受主觀因素影響、儀器分析操作復雜且耗時，難以滿足實時和大規模檢測的需求。近年來，近紅外光譜、熒光傳感技術等新技術不斷涌現，熒光傳感器陣列因準確性高、能有效區分復雜混合物等優勢受到關注，然而多數熒光傳感器陣列存在易受干擾等問題。量子點（QDs）憑借優良的光學特性等成為構建比率熒光傳感陣列的理想材料，本文首次引入比率熒光傳感器陣列，利用三種量子點構建傳感器，旨在實現白酒中還原物質的檢測及白酒品質的快速、準確鑒別。

02、創新點

1、首次將比率熒光傳感器陣列用于白酒中還原物質檢測及白酒品質鑒別，解決背景信號干擾問題。

2、采用三種量子點（CQDs、N-CNDs、N-GQDs）構建傳感器陣列，結合 oxOPD 與 Ag?的反應機制實現信號調控。

3、對12種還原物質鑒別準確率達 97.2%，對10種不同品質白酒鑒別準確率達100%，且能定量檢測抗壞血酸（LOD 為0.1 μM）。

4、將白酒指紋數據編碼為條形碼，為白酒生產質控、流通溯源及數據庫拓展提供新方式。

圖 1 一種新型量子點基比率熒光傳感器陣列用于白酒鑒別的示意圖。

03、關鍵性結果

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碳量子點（CQDs）、氮摻雜碳納米點（N-CNDs）及氮摻雜石墨烯量子點（N-GQDs）的表征

為構建可鑒別白酒品質的傳感器陣列，研究人員篩選并表征了三種能猝滅 oxOPD 熒光的量子點（CQDs、N-CNDs、N-GQDs），均采用透射電子顯微鏡（TEM）、X射線衍射（XRD）和傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）進行檢測：CQDs 呈球形、分散性好、尺寸均一（平均直徑約 10 nm），XRD 顯示無序石墨結構，FTIR 證實其含 C–H、O–H 等官能團，合成有效；N-CNDs 均一無晶格（平均直徑約 8.5 nm），XRD 表明結晶度差，FTIR 顯示含 N–H/O–H、C=N 等基團；N-GQDs 單分散、球形且尺寸均勻（平均直徑約 8.0 nm），XRD 顯示高結晶度石墨烯結構，FTIR 證實氮元素有效摻雜，含 NH-CO、C=N 等官能團。

圖 2碳量子點（CQDs）、氮摻雜碳納米點（N-CNDs）及氮摻雜石墨烯量子點（N-GQDs）的表征結果。（A）CQDs 的透射電子顯微鏡（TEM）圖像、（B）X 射線衍射（XRD）圖譜、（C）傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）；（D）N-CNDs 的 TEM 圖像、（E）XRD 圖譜、（F）FT-IR；（G）N-GQDs 的 TEM 圖像、（H）XRD 圖譜、（I）FT-IR。

02

量子點基比率熒光傳感器

陣列的可行性

量子點比率熒光傳感器陣列檢測還原物質的原理是Ag+氧化 OPD 生成 oxOPD（560 nm 處發黃色熒光），三種量子點（發射峰約450 nm）與 oxOPD 光譜重疊，發生 FRET 或 IFE 作用，導致量子點熒光減弱、oxOPD 熒光增強；加入白酒后，其中還原物質與 Ag+反應使 oxOPD 減少，量子點熒光增強、oxOPD 熒光減弱，通過二者熒光信號比變化實現檢測與白酒鑒別。經熒光壽命測量和供體-受體（D-A）距離計算驗證，CQDs 和 N-GQDs 的熒光猝滅機制為 FRET 效應，N-CNDs 則是 FRET 與 IFE 共同主導。

圖 3傳感陣列的可行性及熒光猝滅機制。（A）碳量子點（CQDs）的熒光響應圖；（B）氮摻雜碳納米點（N-CNDs）的熒光響應圖；（C）氮摻雜石墨烯量子點（N-GQDs）的熒光響應圖；（D）CQDs 的熒光壽命；（E）N-CNDs 的熒光壽命；（F）N-GQDs 的熒光壽命。

03

傳感條件的優化

為提升傳感器陣列的白酒鑒別性能，研究對三種量子點對應的鄰苯二胺（OPD）濃度、反應 pH 值及 OPD 與 Ag+的反應時間進行了優化：CQDs 的最優條件為 OPD 15 mM、pH 6.2、反應時間 8 min；N-CNDs 的最優條件與 CQDs 一致；N-GQDs 的最優條件為 OPD 20 mM、pH 6.2、反應時間 8 min。

04

12 種還原物質的鑒別

研究測試了傳感器陣列對白酒中 12 種還原物質的鑒別性能，經主成分分析（PCA，KMO=0.452，鑒別效果不佳）、線性判別分析（LDA，準確率 97.2%）和層次聚類分析（HCA，成功分 12 組）驗證，該陣列鑒別能力優異且獲得了 12 種還原小分子的指紋圖譜。其中抗壞血酸（AA）反應最佳，對其定量檢測顯示，檢測范圍為 0.1 μM–100 mM，LOD 為 0.1 μM，在 0.1 μM–10 mM 和 10 mM–100 mM 區間呈線性關系（R2 分別為 0.955 和 0.925）；5 批次量子點檢測 AA 的最大相對標準偏差（RSD）為 3.9%， 重復性良好，表明該傳感器陣列穩定靈敏，可實現多種還原物質的鑒別與定量檢測。

圖 4 12 種還原物質的鑒別結果。（A）12 種還原物質的主成分分析（PCA）；（B）12 種還原物質的線性判別分析（LDA）；（C）12 種還原物質的層次聚類分析（HCA）

圖 5 傳感器陣列對抗壞血酸（AA）的定量檢測性能。（A）AA 的檢測范圍；（B）AA 在 0.1 μM–1 mM范圍內的指數擬合；（C）AA 在 0.1 μM–10 mM 及 10 mM–100 mM 范圍內的線性擬合關系；（D）傳感器陣列檢測 AA 的重現性。R0為量子點與氧化態鄰苯二胺（oxOPD）的熒光比值，R1為加入 AA 后量子點與 oxOPD 的熒光比值。

05

不同品質等級白酒的鑒別

為評估傳感器陣列的應用效果，研究選取瀘州老窖（L1-L5）和江蘇洋河（Y1-Y5）共 10 種不同品質等級白酒，采集其熒光指紋圖譜后經 PCA、LDA、HCA 分析：PCA（KMO=0.560）鑒別效果不佳，僅 L-2、J-1、J-3 因還原物質含量相近出現重疊；LDA 實現 100% 準確鑒別，HCA 將樣品分為 10 組且還原能力相近樣品歸為一類，證明該陣列鑒別性能優異。此外，研究將 10 種白酒的指紋數據編碼為含陣列點歐氏距離的條形碼，為白酒生產質控、流通溯源及數據庫拓展提供了便捷編碼方式。

圖 6 10 種品質等級白酒的鑒別結果。（A）10 種品質等級白酒的主成分分析（PCA）；（B）線性判別分析（LDA）；（C）層次聚類分析（HCA）；（D）10 種品質等級白酒的條形碼。

04、總結與展望

本研究構建了一種基于銀離子（Ag+）、鄰苯二胺（OPD）及三種量子點的合理設計熒光傳感器陣列，用于鑒別白酒與還原類化合物。借助該傳感器陣列，成功以 97.2% 的準確率區分了 12 種還原型小分子化合物，并通過線性關系實現了抗壞血酸的定量檢測。此外，運用主成分分析（PCA）、層次聚類分析（HCA）和線性判別分析（LDA）算法，該傳感器陣列以 100% 的準確率鑒別了 10 種不同品牌、不同品質等級的白酒。這些研究結果表明，該傳感器陣列在白酒鑒別領域具有巨大應用潛力，有望為優質白酒的區分提供一種新穎方法。未來，將人工智能與便攜式設備融入本方法，有望實現白酒品質的智能化便攜式監測。

原文鏈接

https://doi.org/10.1016/j.aca.2025.343785

審核編輯 黃宇