銀納米粒子增強(qiáng)熒光法測(cè)定水體中痕量的恩諾沙星

孫雪，張曉輝，邱杰，蔡逸龍，周坤芳，張勇，王萍

分析測(cè)試

銀納米粒子增強(qiáng)熒光法測(cè)定水體中痕量的恩諾沙星

孫雪1，張曉輝1，邱杰1，蔡逸龍1，周坤芳1，張勇2，王萍1

（1. 溫州醫(yī)科大學(xué)環(huán)境與公共衛(wèi)生學(xué)院，浙江 溫州 325035； 2. 廈門大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究中心，福建 廈門 361005）

在實(shí)驗(yàn)條件下建立了水溶液中痕量恩諾沙星的熒光分析方法；在課題組已有工作的基礎(chǔ)上，采用“綠色”化學(xué)方法合成了銀納米粒子；研究了所制得的銀納米粒子對(duì)水溶液中恩諾沙星熒光行為的影響，并最終建立了水溶液中痕量恩諾沙星的銀納米粒子增強(qiáng)熒光分析方法。

恩諾沙星；熒光行為；銀納米粒子增強(qiáng)熒光

金屬納米材料由于兼具本身固有的物理化學(xué)性質(zhì)和納米尺度的特殊效應(yīng)，使其在電學(xué)、光學(xué)、催化、摩擦學(xué)、生物材料等諸多領(lǐng)域都具有十分廣泛的應(yīng)用[1]。已有研究表明，金屬納米結(jié)構(gòu)表面形成的等離子體能夠通過(guò)分子附近局域電場(chǎng)的增強(qiáng)使分子的激發(fā)光電場(chǎng)得到增強(qiáng)，從而提高分子的激發(fā)強(qiáng)度和效率[2]。銀納米粒子因其特有的光電磁性質(zhì)、催化特性以及在微電子學(xué)領(lǐng)域中的潛在應(yīng)用前景而被廣泛關(guān)注，有文獻(xiàn)報(bào)道研究了銀納米粒子對(duì)熒光物質(zhì)熒光特性的影響[3,4]。

恩諾沙星（enrofloxacin，ENX）是人工合成的第3代氟喹諾酮類抗菌藥物，具有抗菌譜廣、殺菌活性強(qiáng)、體內(nèi)分布廣、抗菌作用獨(dú)特、生物利用度高、毒副作用小、無(wú)交叉耐藥性等特點(diǎn)[5-7]。但長(zhǎng)期應(yīng)用恩諾沙星所產(chǎn)生的不良反應(yīng)、畜禽產(chǎn)品中的殘留以及在環(huán)境中的生態(tài)效應(yīng)等方面的問(wèn)題也已引起了廣泛關(guān)注[8]。目前對(duì)于恩諾沙星的檢測(cè)多采用高效液相色譜法（HPLC）或液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法（LC-MS）等理化檢測(cè)方法，但這些方法所需設(shè)備昂貴、操作繁瑣且靈敏度有限[9]。熒光分析法具有靈敏度高、選擇性好、方法簡(jiǎn)便、重現(xiàn)性好、設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。恩諾沙星具有共軛結(jié)構(gòu)和剛性，適應(yīng)于熒光分析法進(jìn)行相關(guān)研究。

本文首先在實(shí)驗(yàn)條件下建立了水溶液中痕量恩諾沙星的熒光分析方法，然后在課題組已開展工作的基礎(chǔ)上，采用“綠色”化學(xué)方法合成了銀納米粒子[10,11]，并將此銀納米粒子引入到恩諾沙星熒光行為的研究中，初步考察了其對(duì)水溶液中恩諾沙星熒光行為的影響，最終建立了水體中痕量恩諾沙星的銀納米粒子增強(qiáng)熒光分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

H-7500透射電子顯微鏡（日本日立公司）；制造有限公司）；島津RF-5310型熒光分光光度計(jì)（日本島津公司）。

硝酸銀（AR，上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；恩諾沙星（純度為99.6%，中國(guó)藥品生物制品檢定所）；葡萄糖（AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；氨水（AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；β-CD（≥97%，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

1.2 銀納米粒子的制備與表征

在課題組已有工作基礎(chǔ)上，以β-CD為穩(wěn)定劑，葡萄糖為還原劑采用“綠色化學(xué)方法”合成了銀納米粒子[8,9]。研究納米顆粒粒徑、粒度分布以及顆粒形狀有多種方法。本實(shí)驗(yàn)直接將銀納米溶液滴在碳膜處理的銅網(wǎng)上，自然晾干后采用透射電子顯微鏡進(jìn)行直接觀察。

1.3 熒光強(qiáng)度的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)首先將恩諾沙星的水溶液與銀納米溶液均勻混合，加超純水稀釋，然后立即放入熒光分光光度計(jì)中測(cè)量其熒光強(qiáng)度。在進(jìn)行熒光測(cè)定時(shí)，保持混合液中恩諾沙星的濃度為0.01mg·L-1，所有熒光光譜的獲得均在室溫下進(jìn)行，測(cè)量過(guò)程中激發(fā)和發(fā)射狹縫均保持為5nm。

1.4 考察銀納米粒子對(duì)恩諾沙星熒光行為的影響

取適量恩諾沙星母液，分別加入體積分?jǐn)?shù)為0、5%、10%、15%、20%、30%、40%、50%、75%、100%的銀納米溶液，再加入適量超純水，配置成一系列10 mL 0.01 mg·L-1的恩諾沙星樣品溶液，然后分別進(jìn)行熒光檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 恩諾沙星熒光分析方法的建立

圖1 恩諾沙星的熒光激發(fā)（λem＝446 nm）和發(fā)射（λex＝278 nm）譜圖Fig.1 Fluorescence excitation (λem＝446 nm) and emission (λex＝278 nm) spectra of ENX in waters

實(shí)驗(yàn)首先掃描了恩諾沙星水溶液的激發(fā)和發(fā)射光譜圖（如圖1所示）。由圖1可知，水溶液中恩諾沙星的最大激發(fā)（λex）和發(fā)射波長(zhǎng)（λem）分別為278 nm和446 nm。另外，從圖中可以明顯看出在檢測(cè)波長(zhǎng)條件下，空白溶液的自發(fā)熒光非常弱，不干擾熒光光譜法對(duì)恩諾沙星的檢測(cè)。因此，實(shí)驗(yàn)考察了不同濃度恩諾沙星的熒光強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，恩諾沙星熒光強(qiáng)度隨著溶液濃度的增大而增強(qiáng)。圖 2為根據(jù)恩諾沙星濃度與其熒光強(qiáng)度關(guān)系所建立的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的線性擬合方程為y= 11142x+ 21.759，R2值為0.997 8，恩諾沙星溶液濃度在0.001～0.08 mg·L-1范圍內(nèi)具有良好的線性。檢出限為6.1×10-5mg·L-1相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.66%，加標(biāo)回收率的范圍在94%～103%之間。綜合考慮，選擇0.01 mg·L-1的濃度進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

圖2 恩諾沙星的熒光強(qiáng)度隨其濃度的變化曲線Fig.2 Curve of fluorescence intensities of the ENX to the change of its concentration

2.2 銀納米粒子的制備

本實(shí)驗(yàn)制得的銀納米溶液為油黃色溶膠，該銀溶膠在常溫、不避光條件下可以穩(wěn)定保存2個(gè)月以上，而不會(huì)發(fā)生聚沉現(xiàn)象。且實(shí)驗(yàn)制得的銀納米粒子為類球形，粒徑小且粒度分布范圍窄，分散性好，平均粒徑約為31 nm[10,11]。

2.3 銀納米粒子對(duì)恩諾沙星熒光行為的研究

為了考察制得的銀納米粒子對(duì)水溶液中恩諾沙星熒光行為的影響，實(shí)驗(yàn)分別考察了不同體積分?jǐn)?shù)的銀納米溶液對(duì)恩諾沙星溶液的熒光行為的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著加入銀納米溶液體積的增大，恩諾沙星熒光發(fā)射峰的峰型和位置基本沒有發(fā)生變化，而熒光強(qiáng)度則呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)，當(dāng)加入的銀納米溶液體積分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，恩諾沙星溶液的熒光強(qiáng)度最強(qiáng)，表明制得的銀納米粒子對(duì)恩諾沙星水溶液既具有熒光猝滅作用又具有較強(qiáng)的熒光增敏作用（如圖3所示）。由于在銀納米粒子的制備過(guò)程中，β-CD只作為保護(hù)劑，沒有參加化學(xué)反應(yīng)，因此實(shí)驗(yàn)最后制得的是銀納米粒子和β-CD的混合物。而有文獻(xiàn)報(bào)道，由于β-CD的特殊分子結(jié)構(gòu)，其可以作為熒光增敏劑，并且相關(guān)研究也越來(lái)越多[12,13]。為了消除β-CD對(duì)本實(shí)驗(yàn)的干擾，考察了相同實(shí)驗(yàn)條件下β-CD對(duì)恩諾沙星水溶液熒光行為的影響。結(jié)果表明，不同濃度的β-CD對(duì)恩諾沙星水溶液的熒光強(qiáng)度影響也不同，既有增強(qiáng)也有減弱現(xiàn)象（如圖 3所示）。因此，實(shí)驗(yàn)選取加入體積分?jǐn)?shù)為50%的銀納米溶液進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

圖3 不同體積分?jǐn)?shù)的銀納米粒子和β-CD對(duì)水溶液中恩諾沙星熒光強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of different volume fraction of silver nanoparticle and β-CD on the fluorescence behaviors of the ENX in water

2.4 銀納米粒子存在下恩諾沙星熒光分析方法建立

圖4 銀納米粒子存在條件下恩諾沙星溶液的熒光強(qiáng)度隨其濃度的變化曲線Fig.4 Curve of fluorescence intensities of the ENX to the change of its concentration in the presence of silver nanoparticle

實(shí)驗(yàn)分別用體積分?jǐn)?shù)為50%的銀納米溶液配制成一系列濃度的恩諾沙星待測(cè)液，在λex= 278.0 nm，λem=446nm處測(cè)定其熒光強(qiáng)度，并根據(jù)恩諾沙星濃度對(duì)熒光強(qiáng)度繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，線性擬合方程為y = 11227x + 35.367，R2值為0.995 4，待測(cè)恩諾沙星溶液濃度在 0.000 1～0.08 mg·L-1范圍內(nèi)具有良好的線性（如圖 4所示）。其中檢出限為 5.9×10-6mg·L-1，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.57%，加標(biāo)回收率的范圍在102%～107%之間。因此，本實(shí)驗(yàn)中銀納米粒子存在條件下建立的水溶液中恩諾沙星熒光分析方法比不加銀納米粒子時(shí)所建方法的最低檢出濃度低約10倍。故采用銀納米粒子增強(qiáng)熒光法所建立的分析方法可以檢測(cè)水體中更低濃度的恩諾沙星，因而具有更廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié) 論

本研究首先在實(shí)驗(yàn)室條件下建立了水溶液中痕量恩諾沙星的熒光分析方法；其次，在課題組已開展工作的基礎(chǔ)上，采用“綠色”化學(xué)方法合成了銀納米粒子，并考察了制得的銀納米粒子對(duì)水溶液中恩諾沙星熒光行為的影響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，銀納米粒子加入體積分?jǐn)?shù)為50%時(shí)，對(duì)水溶液中恩諾沙星具有最強(qiáng)的增敏效應(yīng)；最后，建立了水溶液中痕量恩諾沙星的銀納米粒子增強(qiáng)熒光分析方法，此方法比不加銀納米粒子時(shí)所建分析方法得到水溶液中恩諾沙星的最低檢出濃度低約10倍。

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A Silver Nanoparticle-Enhanced Fluorimetry for Determination of Trace Enrofloxacin in Water

SUN Xue1, ZHANG Xiao-hui1, QIU Jie1, CAI Yi-long1, ZHOU Kun-fang1, ZHANG Yong2, WANG Ping1*
（1. School of Environmental Science and Public Health, Wenzhou Medical University, Zhejiang Wenzhou 325035, China；2. Department of Environmental chemistry, Xiamen University, Fujian Xiamen 361005, China）

Firstly, a fluorimetry for determination of trace enrofloxacin in water was established in laboratory conditions. Secondly, the silver nanoparticle was synthesized based on our previous studies. In addition, effect of silver nanoparticle on the fluorescence behavior of enrofloxacin in water was investigated. Finally, a silver nanoparticle-enhanced fluorimetry for determination of trace enrofloxacin in water was also established.

Enrofloxacin; Fluorescence behavior; A silver nanoparticle-enhanced fluorimetry

O 657

： A

： 1671-0460（2015）04-0855-03

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，項(xiàng)目號(hào)：21207103；浙江省大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng)計(jì)劃暨新苗人才計(jì)劃，項(xiàng)目號(hào)：2013R413010；浙江省公益項(xiàng)目，項(xiàng)目號(hào)：2012C31025)。

2014-11-14

孫雪，女，山東濟(jì)南人，研究方向：有機(jī)污染物的分析方法研究。E-mail：1026033690@qq.com。

王萍（1981-），女，副教授，博士，研究方向：有機(jī)污染物的遷移轉(zhuǎn)化行為研究。E-mail：wangping_xmu@163.com。