谷胱甘肽包被的CdTe量子點(diǎn)作為熒光探針測(cè)定微量銀

董微，王瑩，宋有濤，董焱，周巳琪，曹智星

(1．沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院化學(xué)教研室，遼寧 沈陽(yáng) 110034；2．遼寧大學(xué)生命科學(xué)院動(dòng)物資源與疫病防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3．沈陽(yáng)藥科大學(xué)中藥學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心；4．沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院奉天醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科；5．沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院沈洲醫(yī)院醫(yī)保科)

金屬離子的高靈敏檢測(cè)一直是離子探針領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前已經(jīng)有很多有機(jī)染料成功應(yīng)用于金屬離子的檢測(cè)。但是有機(jī)染料自身具有局限性，如激發(fā)光譜窄、發(fā)射光譜寬、容易光漂白等缺點(diǎn)[1]。量子點(diǎn)(quantum dots，QDs)是一種半徑小于或接近于激子玻爾半徑的新型半導(dǎo)體納米材料，與傳統(tǒng)有機(jī)熒光染料相比，QDs具有量子產(chǎn)率高，抗漂白能力強(qiáng)，光化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)良特性[2-3]，是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ臒晒馓结槨?/p>

目前應(yīng)用于銀離子檢測(cè)的方法有原子吸收分光光度法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，ICP-AES)、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)[4-6]等。本文采用谷胱甘肽包被的水溶性CdTe QDs，基于銀離子對(duì)其熒光有猝滅作用，建立了一種以CdTe QDs為離子探針測(cè)定微量銀的新方法，并成功應(yīng)用于實(shí)體水樣中銀離子的檢測(cè)報(bào)告如下。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑 LS-55 熒光光度計(jì)(Perkin Elmer)；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鞏義市英峪予華公司)；D-37520 型高速冷凍離心機(jī)(Sorvall Biofuge Stratos)；Sartorius 普及型pH計(jì)(北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司)；TH-500A梯度混合器(上海青浦滬西儀器廠)。

碲粉(Te 99.999%，國(guó)藥化學(xué)試劑公司)；硼氫化鈉(NaBH4，96%國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；氯化鎘(CdCl2·2.5H2O)(國(guó)藥化學(xué)試劑公司)；還原型谷胱甘肽(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；磷酸和Tris緩沖溶液。

Ag+標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：精密稱定AgNO3適量，用去離子水溶解，轉(zhuǎn)移至容量瓶中，定容，搖勻，用時(shí)稀釋至所用濃度。

水樣：沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室自來(lái)水。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 CdTe QDs的合成 利用硼氫化鈉的強(qiáng)還原性，將碲粉還原成碲氫化鈉。將氯化鎘和谷胱甘肽溶于三蒸水中，調(diào)節(jié)混合液的pH值使其在9～10，通入氮?dú)饷撗?0 min。然后加入1 ml新制備的碲氫化鈉溶液，加熱攪拌溫度達(dá)到100 ℃時(shí)，回流2 h，得到橙色QDs溶液，并對(duì)其進(jìn)行熒光性能的表征。

1.2.2 Ag+檢測(cè)方法 向5 ml比色管中加入一定體積合適濃度的QDs溶液和一定濃度的緩沖溶液，再分別加入不同體積的Ag+標(biāo)準(zhǔn)液，用去離子水定容，搖勻，待反應(yīng)完全，為待測(cè)液，用熒光光度計(jì)測(cè)定其熒光強(qiáng)度(I)。另準(zhǔn)備試劑空白，不加Ag+標(biāo)準(zhǔn)液，測(cè)定其熒光強(qiáng)度(I0)。

2 結(jié)果與討論

2.1 CdTe QDs的表征 本實(shí)驗(yàn)采用谷胱甘肽作為穩(wěn)定劑，而谷胱甘肽分子上具有多個(gè)可以與納米粒子表面的Cd2+離子配位的位點(diǎn)，在CdTe QDs表面具有很強(qiáng)的配位作用，為在水溶液中合成具有較高量子效率的QDs提供了可能。圖1可見(jiàn)，所合成的CdTe QDs在575 nm具有窄而對(duì)稱的熒光發(fā)射峰，其紫外可見(jiàn)吸收光譜在395 nm具有明顯的吸收峰，表明所合成的QDs粒徑分布比較均一。

圖1 CdTe QDs的吸收(左)和熒光(右)光譜圖

2.2 QDs濃度的選擇 QDs濃度是影響本方法靈敏度和線性范圍的關(guān)鍵因素。當(dāng)反應(yīng)體系中QDs濃度過(guò)高時(shí)，加入少量Ag+，體系的熒光強(qiáng)度有較小程度的猝滅，分析的靈敏度低；當(dāng)反應(yīng)體系中QDs濃度過(guò)低時(shí)，體系的熒光強(qiáng)度猝滅程度變大，靈敏度較高，但線性范圍窄。如圖2所示，本實(shí)驗(yàn)考察了相同濃度Ag+溶液對(duì)不同濃度QDs的熒光猝滅情況，綜合考慮，選取最佳的QDs濃度為0.004 g/L，在此濃度下，熒光的猝滅程度較大，線性范圍較寬。

圖2 QDs濃度的影響

曲線1～4QDs濃度分別為0.006，0.004，0.003，0.002 g/L

2.3 緩沖溶液種類、pH值和濃度的選擇 本文考察了2種緩沖體系，即磷酸緩沖溶液(PBS，Na2HPO4+KH2PO4)和Tris緩沖溶液(Tris+HCl)對(duì)QDs熒光強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，PBS緩沖溶液更適合作為緩沖介質(zhì)。由于水相合成的CdTe QDs表面性質(zhì)與pH值的變化緊密相關(guān)，實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探討了不同pH值(5.5～9.0)的磷酸緩沖液對(duì)體系熒光強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，隨著pH值的升高，QDs的熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，當(dāng)pH值達(dá)到7.0左右時(shí)，體系的熒光強(qiáng)度最強(qiáng)且趨于穩(wěn)定，這為QDs與Ag+作用提供了寬而穩(wěn)定的pH范圍。為方便配制，本實(shí)驗(yàn)選擇在pH值為7.4的PBS緩沖體系中進(jìn)行測(cè)定。同時(shí)進(jìn)一步考察了PBS緩沖液濃度對(duì)體系熒光強(qiáng)度的影響，結(jié)果如圖3所示，在不同濃度的PBS緩沖溶液 (0.000 1～0.000 7 mol/L)中體系的熒光強(qiáng)度存在明顯差異。當(dāng)緩沖液濃度增大時(shí)，體系的熒光強(qiáng)度減小，所以本實(shí)驗(yàn)選擇的PBS緩沖液濃度為0.000 1 mol/L。

圖3 PBS緩沖溶液濃度的影響

2.4 反應(yīng)溫度及反應(yīng)時(shí)間的選擇 結(jié)果表明反應(yīng)溫度對(duì)體系熒光強(qiáng)度的影響不大，本實(shí)驗(yàn)選擇在室溫條件下進(jìn)行測(cè)定。在室溫條件下研究了反應(yīng)時(shí)間對(duì)體系的熒光強(qiáng)度穩(wěn)定性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ag+與CdTe QDs的作用在5 min后趨于穩(wěn)定，可保持40 min，說(shuō)明該體系反應(yīng)快速且穩(wěn)定，因此選擇反應(yīng)5 min后進(jìn)行測(cè)定。

2.5 Ag+濃度對(duì)CdTe QDs熒光強(qiáng)度的影響 如圖4所示，CdTe QDs的熒光強(qiáng)度隨Ag+濃度的增大而減小，并伴隨有9 nm左右的發(fā)射峰位的紅移。這種CdTe QDs熒光強(qiáng)度逐漸下降的趨勢(shì)在Ag+達(dá)到一定濃度后停止。CdTe QDs熒光猝滅可能是由于Ag+與CdTe表面的結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生配位導(dǎo)致的，其發(fā)射峰位置出現(xiàn)紅移則可能是由于Ag+與CdTe QDs結(jié)合之后，體系的總能量低于單獨(dú)的CdTe QDs所致[7]。

圖4 Ag+濃度對(duì)CdTe量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度的影響

曲線1～5的Ag+濃度分別為0，25.06，49.68，74.30，98.60 μg/L

2.6 共存離子的影響 考察了多種干擾離子對(duì)Ag+測(cè)定結(jié)果的影響。結(jié)果表明，在測(cè)定的相對(duì)誤差為±5%范圍內(nèi)，下列離子(倍數(shù))：K+、Na+、Mg2+、Mn2+、Zn2+(200)，Ca2+、Co3+、Al3+(50)對(duì)測(cè)定無(wú)干擾，F(xiàn)e3+、Cu2+對(duì)測(cè)定有干擾；Fe3+、Cu2+可加入F-和氨水加以掩蔽。

2.7 線性范圍和檢出限 在最佳的實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)Ag+濃度在25.06～98.60 μg/L范圍內(nèi)時(shí)，體系的熒光猝滅程度與Ag+濃度呈現(xiàn)良好線性關(guān)系，結(jié)果如圖5所示。其線性方程為ΔI=I0-I=26.07+7.01c(c為Ag+的質(zhì)量濃度，單位為μg/L)，線性相關(guān)系數(shù)為0.995 7。根據(jù)公式：LOD=3S0/K(其中LOD為檢出限；S0為空白對(duì)照的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差；K為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率)算出此方法檢測(cè)Ag+的檢出限為0.15 μg/L。分別對(duì)濃度為25.06，49.68，74.30 μg/L的Ag+標(biāo)準(zhǔn)溶液平行測(cè)定6次，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.97%，0.82%，1.06%，表明本方法精密度良好。

圖5 Ag+的標(biāo)準(zhǔn)曲線

3 樣品分析

取采集的實(shí)驗(yàn)室用自來(lái)水代替Ag+標(biāo)準(zhǔn)液加入體系中，按照上述Ag+測(cè)定方法，進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，取2 500 μl樣品溶液于5 ml比色管中，再分別加入20 μl，25 μl，30 μl上述Ag+溶液，測(cè)定熒光強(qiáng)度，平行測(cè)定6次，計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示(表1)，本法測(cè)定的精密度和回收率均符合微量分析要求。

表1 樣品分析結(jié)果

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