一种铁离子介导的杭白菊产地视觉识别及杭白菊中化合物含量预测的荧光传感方法

本发明属于化学分析检测，具体涉及一种铁离子介导的杭白菊产地视觉识别及杭白菊中化合物含量预测的荧光传感方法，可用于杭白菊产地视觉识别和杭白菊中化合物含量的预测。

背景技术：

1、杭白菊为《中国药典》2020版所载菊花的一个分支，是菊科植物菊chrysanthemummorifolium ramat.的干燥头状花序。杭白菊为“浙八味”之一，浙江桐乡为其道地产区，栽培历史悠久。杭白菊作为一种药食两用的植物，但大多作药用。近年来，由于杭白菊的种植区域不断扩大，且加上不同地域的气候及土壤因素，使得不同地理来源的杭白菊在质量上有一定的差异，表现为化学成分上的含量有所不同，主要是黄酮类与有机酸类，从而导致其质量与疗效的差别。然而，来自不同产地的杭白菊在外观、气味与颜色方面表现出惊人的相似，一般消费者很难发现其中微小的差异。因此，建立一种快速、准确鉴别不同地理来源杭白菊和实现化合物含量预测的方法具有重要的实用价值与现实意义。

2、目前，针对杭白菊产地溯源的分析技术主要包括光谱、色谱、质谱及指纹图谱等手段。上述方法普遍成熟准确，具有分离性能好、准确度和灵敏度高等优点，在地理来源判别方面具有良好的稳定性与重现性，但这些方法大多依赖于大型和中型仪器，涉及到复杂的样品前处理过程，耗时、仪器昂贵且需要专业的技术人员。因此亟待开发一种简单、经济、且可面向一般消费者的方法对杭白菊的地理来源进行快速和精准的判别。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述依赖于大型和中型仪器，涉及到复杂的样品前处理过程，耗时、仪器昂贵且需要专业的技术人员等问题，提供了一种铁离子介导的杭白菊产地视觉识别和化合物含量预测的荧光传感方法。该方法具有制备简单、灵敏度高、检测快的特点，为杭白菊产地识别及化合物含量预测提供了一种新策略。

2、本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

3、一种铁离子介导的杭白菊产地视觉识别的荧光传感方法，以三价铁离子标准溶液与碲化镉cdte量子点溶液形成的复合溶液作为传感溶液，以构建单通道可视化阵列传感器，以该传感器为基础，在三种不同机制的共同作用下，将荧光颜色与杭白菊产地和杭白菊提取液中咖啡酸及其衍生物含量和黄酮类化合物含量相关联，产生丰富的荧光色变，再通过相机拍摄获取荧光可视化图像，以建立已知产地的白杭菊提取液的荧光标准比色卡，最后将其与待识别产地的白杭菊提取液的荧光可视化图像进行比较完成产地识别；所述三种不同机制包括铁离子与咖啡酸及其衍生物之间发生的螯合荧光猝灭效应、量子点之间发生的同质荧光共振能量转移以及铁离子、量子点和黄酮类化合物之间发生的荧光开-关响应模式。

4、更进一步的，所述铁离子介导的杭白菊产地视觉识别的荧光传感方法的具体操作步骤如下：

5、步骤1，以三价铁离子标准溶液与碲化镉cdte量子点溶液形成的复合溶液作为传感溶液，将上述传感溶液置于黑色培养板中(优选为96孔黑色培养板)，以构建单通道可视化阵列传感器，以该传感器为基础，向其中加入已知产地的杭白菊提取液，室温下反应5-10min后，再将黑色培养板置于配备365nm紫外灯的暗箱中，使用数码相机捕获荧光可视化图像，获取该产地的杭白菊提取液的荧光标准比色卡；

6、步骤2，将步骤1中的已知产地的杭白菊提取液替换为待识别产地的杭白菊提取液，其他操作步骤相同以捕获待识别产地的杭白菊提取液的荧光可视化图像，将捕获的荧光可视化图像与上述荧光标准比色卡进行比较，从而对该待识别杭白菊样品的产地进行识别；

7、实际应用时，可将步骤1中的已知产地的杭白菊提取液替换为已知的其他不同产地的杭白菊提取液，捕获相应的荧光可视化图像，构建不同产地杭白菊提取液的荧光标准比色卡，以方便进行杭白菊产地的快速识别。

8、所述三价铁离子标准溶液与碲化镉cdte量子点溶液、杭白菊提取液的体积比为(2-4)：(2-4)：1，三价铁离子标准溶液浓度为60-120mmol/l，碲化镉cdte量子点溶液浓度为5-9mg/ml。

9、进一步的，所述相机捕获图像的相机参数为：f/5.6，曝光时间：3.2s，iso：800：曝光补偿：0，焦距：104mm。

10、本发明中杭白菊提取液的荧光可视化颜色与杭白菊产地及其中咖啡酸及其衍生物含量和黄酮类化合物含量的存在关联，当杭白菊样品中咖啡酸及其衍生物含量高时，荧光可视化显示为绿色；当黄酮类化合物含量高时，荧光可视化显示为红色；当两种化合物含量都较低时，荧光可视化显示为灰色。

11、所述碲化镉cdte量子点溶液以及杭白菊提取液均按照现有技术中已知方法获得。

12、本发明还提供了一种铁离子介导的杭白菊中化合物含量预测的荧光传感方法，在上述杭白菊产地视觉识别的荧光传感方法基础上增加如下步骤：

13、步骤3，基于杭白菊中化合物含量和权利要求2中获得的已知产地杭白菊的荧光可视化图像建立随机森林rf模型；

14、步骤4，待测杭白菊提取液的荧光可视化图像对应的rgb数据输入上述随机森林rf模型，得到化合物含量预测结果；

15、所述化合物含量数据为咖啡酸类和/或黄酮类化合物的含量数据，优选为取测定质谱图的峰面积a.u.的数值。

16、进一步的，所述步骤3建立随机森林rf模型的具体操作如下：

17、步骤3-1，通过hplc-hrms测定已知产地的杭白菊提取液中化合物含量；

18、步骤3-2，获取已知产地的杭白菊提取液的荧光可视化图像对应的rgb数据；

19、步骤3-3，将步骤3-2的rgb数据和步骤3-1的化合物含量作为原始数据集，然后根据现有技术或常规技术手段建立随机森林rf模型。

20、进一步的，所述化合物为芦丁、金合欢素、芹甙元-7-o-葡萄糖苷、香叶木素、芹菜素、绿原酸、异绿原酸a和咖啡酸中的一种或多种，这8种化合物是已有研究表明在不同产地杭白菊中差异较大的化合物。

21、更进一步的，所述杭白菊的提取液为杭白菊的甲醇提取液，具体由以下方法提取得到：制备使用浓度70％(为体积百分比浓度，下同，不赘述)甲醇水溶液作为溶剂结合超声法提取：将杭白菊粉碎研磨过50目筛得到杭白菊粉末，称取0.02g±1％杭白菊粉末加入到10ml浓度70％的甲醇水溶液中，放入超声机中充分超声，然后使用浓度70％的甲醇水溶液补足至10ml，将得到的粗液通过8000rpm离心10min，取上清液过0.22μm的微孔滤膜，得到杭白菊甲醇提取液。

22、进一步的，所述所需碲化镉cdte量子点溶液由以下方法制备方法得到：cdcl2和nac在超纯水中混合均匀后，用naoh溶液(优选浓度为1mol/l)调节溶液的ph值至10-11，接着在氮气保护下加na2teo3，反应完全后，将80mg/ml的nabh4水溶液用注射器注入上述反应溶液中，在氮气保护下继续反应完全，得到前驱体溶液，前驱体溶液在100℃下回流100-200min，回流时连接冷凝器，得到所需的发橙色荧光的量子点储备液，在储备液中加入无水乙醇以获得量子点沉淀，通过循环水洗去除未反应的残留物，溶于超纯水中得到碲化镉cdte量子点溶液。

23、更进一步的，所述所需碲化镉cdte量子点溶液由以下方法制备方法得到：将0.1826g cdcl2(氯化镉)和0.1966g nac(n-乙酰半胱氨酸)在85ml超纯水中混合均匀后，用1mol/l的naoh溶液调节溶液的ph值至10.5，然后在氮气保护下向其中加入0.0354g na2teo3亚碲酸钠，反应5min，接着将80mg的nabh4溶于1ml水中，完全溶解后通过注射器注入上述反应溶液中，然后在氮气保护下继续反应5min，得到前驱体溶液。将前驱体溶液在100℃下回流，并连接冷凝器，回流150min后，得到所需的发橙色荧光的量子点储备液，在储备液中加入无水乙醇以获得量子点沉淀，通过循环水洗去除未反应的残留物，溶于超纯水中得到碲化镉cdte量子点溶液。

24、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：

25、本发明提供的铁离子介导的杭白菊产地视觉识别及杭白菊中化合物含量预测的荧光传感方法，利用咖啡酸及其衍生物、黄酮类化合物、铁离子和量子点之间的三种不同作用模式设计的荧光体系，使得体系中的荧光变化与杭白菊的产地和这两类化合物的含量密切相关。在此基础上，利用化学计量学方法将体系中复杂的荧光变化所包含的信息分离出来，实现了产地的准确识别和活性化合物含量的预测。与之前的溯源分析方法相比，本发明设计的传感器在兼具制作简单、成本低廉等优点的基础上，能与杭白菊中更多的目标化合物相互作用，产生更丰富的视觉信号，从而提高了检测的特异性和准确性，还能预测相关化合物的含量。