以大黃酸為熒光探針分子測定木耳中鎂離子的含量

李蒙蒙，　曹豐璞，　王興陽，　邱東方

(1.南陽師范學院 化學與制藥工程學院　河南 南陽 473061；2.南陽市農產品檢測中心　河南 南陽 473000)

?

以大黃酸為熒光探針分子測定木耳中鎂離子的含量

李蒙蒙1，曹豐璞1，王興陽2，邱東方1

(1.南陽師范學院 化學與制藥工程學院河南 南陽 473061；2.南陽市農產品檢測中心河南 南陽 473000)

摘要：以純化后的市售大黃酸為熒光探針分子，建立了對Mg2+具有高選擇性和高靈敏度的熒光分析體系.在DMSO/NH4Cl-NH3·H2O (體積比 95∶5, [NH4Cl] = 0.05 mol/L，pH 10.4)緩沖溶液中，大黃酸與Mg2+以1∶1的絡合比形成強熒光配合物(λmax= 602 nm)，配合物熒光發(fā)射強度與Mg2+濃度在0～2.1×10-5mol/L范圍內呈現(xiàn)良好的線性關系，檢測限為5.52×10-7mol/L.將其用于木耳中Mg2+含量的檢測，結果與原子吸收法相一致.

關鍵詞：大黃酸； 鎂離子； 熒光探針； 木耳

0引言

Mg是地球上含量最為豐富的元素之一，也是細胞中含量最高的二價金屬離子，直接參與和影響細胞的多種生物功能，因此維持人體組織和細胞內Mg2+含量的平衡至關重要.人體日常Mg2+的攝入主要來源于食品和飲用水，其Mg2+含量的多少作為食品安全問題與人體健康息息相關.黑木耳是一種細膩、柔嫩、鮮美的食用菌和藥用菌，深受消費者的喜愛，但是不法商家為了使黑木耳具有更出色的賣相和增加其質量，在加工過程中會添加MgSO4，制造“黑心木耳”.食用這種木耳往往會引起胃痛、嘔吐、水瀉、虛脫等中毒癥狀，直接威脅人體健康.因此，開發(fā)適用于農產品和環(huán)境樣品中Mg2+的高效快捷檢測方法具有重要的現(xiàn)實意義.

熒光探針分析法由于具有方法簡單、靈敏度高、選擇性強和可實時檢測等特點，在生命分析、臨床分析、環(huán)境分析等領域受到了極大的關注.利用熒光探針分子識別檢測Mg2+已經成為行之有效的手段之一，到目前為止，喹啉類、β-二酮類、冠醚/多醚類、羧酸類、熒光素/羅丹明類、金屬配合物類等熒光/磷光探針分子相繼被開發(fā)用于Mg2+的分析檢測.但是大部分Mg2+熒光探針分子都需要復雜的有機合成過程獲得，其檢測結果往往會受到共存Ca2+的干擾.因此，提高Mg2+熒光探針的選擇性一直是該領域研究的核心任務之一[1—7].

大黃酸是大黃、決明和虎杖等多種中草藥的有效活性成分之一.由于其分子中含有1,8位羥基和9位醌羰基螯合基團，能與多種過渡金屬離子形成配合物，被廣泛用于中藥配位化學的研究中[8—10].但將其作為熒光探針分子用于金屬離子檢測方面的研究尚未見報道.本文旨在以該天然產物作為熒光探針分子，通過條件優(yōu)化，建立能夠用于實際農產品樣品中Mg2+測定的分析方法.

1實驗部分

1.1儀器與試劑

Perkin-Elmer Lambda 650s紫外-可見光譜儀；Perkin-Elmer LS50B熒光光譜儀.

市售大黃酸(純度為95%)經過3次冰醋酸重結晶純化，得到黃色針狀晶體，用DMSO配制為1.0×10-3mol/L的儲備液，實驗時用緩沖溶液稀釋至所需濃度.其他試劑均為分析純，實驗用水為二次蒸餾水.不同金屬鹽分別用二次蒸餾水配制成1.0×10-3mol/L的儲備液待用.

1.2實驗方法

1.2.1連續(xù)滴定分析向100 mL 3.0×10-5mol/L大黃酸的DMSO/NH4Cl-NH3·H2O(體積比95∶5，pH 10.4)緩沖溶液中依次加入一定體積的1.0×10-3mol/L Mg2+儲備液，搖勻靜置15 min后，分別記錄其紫外-可見吸收光譜(250～800 nm)和熒光發(fā)射光譜(500～900 nm，激發(fā)波長為490 nm)，直至光譜不再發(fā)生變化,并利用熒光積分面積(500～850 nm)對Mg2+濃度繪制標準工作曲線.

1.2.2樣品制備分別制備質量分數(shù)為5%、10%的MgSO4水溶液，取2份市售干木耳分別在其中浸泡24 h，取出后于60 ℃下真空干燥24 h，得2份干木耳模擬樣品.

1.2.3樣品測定將上述2份干木耳模擬樣品分別在100 mL的蒸餾水中浸泡24 h，移取一定量上清液于10 mL容量瓶中，用DMSO/NH4Cl-NH3·H2O緩沖溶液定容，在最優(yōu)條件下測定其熒光發(fā)射光譜，利用標準工作曲線計算Mg2+的含量.

2結果與討論

2.1紫外-可見吸收光譜及熒光光譜

在中性溶液中，大黃酸于λmax= 228、258、430 nm處出現(xiàn)3個吸收峰，分別對應于苯環(huán)、醌環(huán)交叉共軛體系和醌羰基的吸收譜帶[8].隨著溶液pH值的增加，醌羰基吸收峰逐漸降低，在λmax= 540 nm處出現(xiàn)新的吸收峰，且強度逐漸增強.該吸收峰歸因于大黃酸分子中3位羧基和1，8位酚羥基在堿性體系中離解，使整個分子的電子離域程度增大，電子躍遷時所需要的能量降低所致.在DMSO/NH4Cl-NH3·H2O緩沖溶液中，隨著Mg2+的加入，大黃酸的醌羰基吸收峰進一步降低，而λmax= 540 nm處吸收峰逐漸增強且發(fā)生明顯藍移，并在λ= 469 nm處出現(xiàn)等吸收點(圖1)，表明大黃酸的醌羰基、離解的羥基或羧基與Mg2+配位形成了配合物，中心金屬陽離子的電子限域作用導致了吸收譜帶的藍移效應.

Mg2+的加入對大黃酸熒光發(fā)射光譜(激發(fā)波長為490 nm)的影響見圖2.結果表明，在DMSO/NH4Cl-NH3·H2O緩沖溶液中，大黃酸在λmax= 602 nm處有弱的熒光發(fā)射；隨著Mg2+的加入，其熒光發(fā)射強度逐漸增強直至穩(wěn)定.

圖1　連續(xù)滴定過程中紫外-可見吸收光譜的變化

圖2　連續(xù)滴定過程中熒光發(fā)射光譜的變化

在保持總濃度為3.0×10-5mol/L的條件下，配制一系列不同比例的大黃酸與Mg2+緩沖體系，分別測定其熒光發(fā)射光譜，利用Job’s法確定大黃酸-Mg配合物的絡合比.如圖3所示，當溶液中大黃酸與Mg2+的摩爾比為1∶1時，熒光強度達到最大值，說明在DMSO/NH4Cl-NH3·H2O緩沖體系中，大黃酸與Mg2+形成了1-1型金屬配合物.有研究結果表明，在堿性條件下，兩分子大黃素能夠分別通過分子中8位酚羥基失去質子和9位醌羰基的氧原子與一分子Mg2+發(fā)生均配作用，形成2-1型金屬配合物[11].而對于大黃酸而言，由于分子中還存在著3位羧基配位單元，在堿性條件下，雙配位單元很可能同時與Mg2+發(fā)生異配作用，從而引發(fā)金屬離子誘導自組裝形成1-1型金屬基配位聚合物.

圖3　大黃酸-Mg2+配合物的絡合比Fig.3　The stoichiometry of rhein and Mg2+ complex

2.2實驗條件優(yōu)化

分別考察了溶劑極性、緩沖溶液pH值及其濃度對熒光發(fā)射光譜的影響.結果表明，在DMSO溶劑中配合物熒光發(fā)射強度最大，水等強極性溶劑加入過多會導致配合物熒光發(fā)射嚴重淬滅；當緩沖溶液的pH值在10.4～11.3范圍內，大黃酸與Mg2+能夠形成穩(wěn)定的配合物，其熒光發(fā)射強度變化不大；緩沖溶液濃度的增加會導致配合物熒光發(fā)射強度稍有減弱.因此，本實驗選擇DMSO/NH4Cl-NH3·H2O(體積比95∶5，[NH4Cl] = 0.05 mol/L，pH 10.4)溶劑體系.

2.3線性關系和檢測限

在最優(yōu)化條件下，配合物熒光發(fā)射強度與Mg2+濃度在0～2.1×10-5mol/L范圍內呈現(xiàn)良好的線性關系(I= 2.32×109c+8 734.32，相關系數(shù)R= 0.997 6)，檢測限(S/N= 3)為5.52×10-7mol/L.

2.4選擇性和干擾實驗

在最優(yōu)化條件下，考察了大黃酸對等量常見金屬離子的熒光響應情況(圖4).其中，堿金屬離子(Na+、K+)和過渡金屬離子(Zn2+、Cd2+、Cu2+、Ni2+、Mn2+、Pb2+)未引起大黃酸熒光發(fā)射強度的明顯變化，Hg2+、Co2+和Fe2+均導致大黃酸熒光發(fā)射不同程度的淬滅，而堿土金屬離子Mg2+和Ca2+均導致大黃酸熒光發(fā)射的增強效應，且Mg2+引起的熒光增強效應是Ca2+的33倍.另外，考察了加入等物質的量不同金屬離子時對大黃酸-Mg2+配合物熒光發(fā)射強度的影響，其結果與選擇性實驗一致(圖5).

圖4　大黃酸對不同金屬離子的熒光響應情況

圖5　共存金屬離子對大黃酸-Mg2+配合物熒光發(fā)射強度的影響

2.5樣品測定

采用上述實驗方法對兩個樣品待測液中Mg2+濃度進行了測定，結果見表1.采用本法測定的結果與標準原子吸收法相一致，其加標回收率分別為103.33%和102.00%.

表1　樣品分析結果(n=3)

3結論

1) 在DMSO/NH4Cl-NH3·H2O (體積比95∶5, [NH4Cl] = 0.05 mol/L，pH 10.4)緩沖體系中，大黃酸能與Mg2+形成1-1型強熒光配合物(λmax= 602 nm)，其發(fā)射強度與Mg2+濃度在0～2.1×10-5mol/L范圍內具有良好的線性關系(R=0.997 6)，檢測限(S/N= 3)為5.52×10-7mol/L.

2) 相對于前期開發(fā)的大黃素熒光探針而言，大黃酸分子結構中3位羧基的共存，不僅增加了其在堿性緩沖溶液中的溶解度，從而提高了分析方法的生物相容性和重現(xiàn)性，而且由于雙配位單元誘導形成金屬基配位聚合物的放大效應，導致該體系對Mg2+熒光響應表現(xiàn)出了更寬的線性響應范圍和更高的靈敏度.同時，采用堿性緩沖體系明顯提高了大黃酸對Mg2+熒光增強效應的選擇性.

3) 大黃酸作為天然產物，來源廣泛，無需復雜的合成工藝，應用成本低廉，且采用本法對實際樣品的測定結果與標準原子吸收法相一致，證實了其作為Mg2+熒光探針的可行性.

參考文獻：

[1]李娜，向宇，童愛軍. 一種新型高選擇性檢測鎂離子的熒光增強型探針[J]. 環(huán)境化學, 2011, 30(1): 357—361.

[2]HAMA H, MOROZUMI T, NAKAMURA H. Novel Mg2+-responsive fluorescent chemosensor based on benzo-15-crown-5 possessing 1-naphthaleneacetamide moiety [J]. Tetrahedron Lett, 2007, 48 (10): 1859—1861.

[3]FARRUGGIA G, IOTTI S, PRODI L, et al. 8-Hydroxyquinoline derivatives as fluorescent sensors for magnesium in living cells [J]. J Am Chem Soc, 2006, 128 (1): 344—350.

[4]YOSHIO S,HIROKAZU K, TAKAFUMI I, et al. Design and synthesis of Mg2+-selective fluoroionophores based on a coumarin derivative and application for Mg2+measurement in a living cell [J]. Anal Chem, 2002, 74 (6): 1423—1428.

[5]CAPITAN-VALLVEY L F, FERNANDEZ-RAMOS M D, LAPPESTA-FERNANDEZ A, et al. Magnesium optical one-shot sensor based on a coumarin chromoionophore [J]. Talanta, 2006, 68 (5): 1663—1670.

[6]WATANABE S, IKISHIMA S, MATSUO T, et al. A luminescent metalloreceptor exhibiting remarkably high selectivity for Mg2+over Ca2+[J]. J Am Chem Soc, 2001, 123 (34): 8402—8403.

[7]YANG Q Z, WU L Z, ZHANG H, et al. A luminescent chemosensor with specific response for Mg2+[J]. Inorg Chem, 2004, 43 (17): 5195—5197.

[8]趙芳，梁慧，程惠，等. 大黃酸金屬配合物的合成、表征及抗氧化活性研究[J]. 化學學報，2011，69(8)：925—930.

[9]趙芳，梁慧，程惠，等. 大黃酸銅(Ⅱ)配合物與牛血清白蛋白的相互作用[J]. 高等學?；瘜W學報，2011，32(6)：1277—1283.

[10]趙芳，黃超峰，梁慧，等. 大黃酸鋅配合物與牛血清白蛋白相互作用的研究[J]. 分析化學，2011，39(3)：401—403.

[11]李蒙蒙，王興陽，邱東方. 大黃素作為鎂離子熒光分子探針的行為研究[J]. 南陽師范學院學報，2014，13(12)：20—23.

(責任編輯：孔薇)

Determination of Mg2+in Fungus by Using Rhein as a Selective Fluorescent Probe

LI Mengmeng1,CAO Fengpu1,WANG Xingyang2,QIU Dongfang1

(1.CollegeofChemistryandPharmacyEngineering,NanyangNormalUniversity,Nanyang473061,China;2.NanyangAgriculturalProductTestCenter,Nanyang473000,China)

Abstract:By using the purified rhein as the fluorescent probe, an analytical system with high selectivity and sensitivity was established for determination of Mg2+in fungus.In DMSO/NH4Cl-NH3·H2O (V/V 95∶5, [NH4Cl] = 0.05 mol/L，pH 10.4)buffer solution, the complex with 1∶1 stoichiometry of rhein and Mg2+was formed, which showed the strong fluorescence at λmax= 602 nm. A good linear relationship between the fluorescent intensity and Mg2+concentration from 0 to 2.1×10-5mol/L was determined. The detection limit was 5.52×10-7mol/L. This method was successfully used to detect the content of Mg2+in fungus, and it was in consistent with the result obtained by the atomic absorption spectroscopy.

Key words:rhein; Mg2+; fluorescent probe; fungus

收稿日期:2015-09-10

作者簡介:李蒙蒙(1990—)，女，河南信陽人，碩士研究生，主要從事生物熒光探針開發(fā)與應用研究，E-mail:10519653798@qq.com；通訊作者：邱東方(1971—)，男，河南南陽人，教授，博士，主要從事有機光電功能配合物研究，E-mail:qiudf2008@163.com．

中圖分類號：O657.31

文獻標志碼：A

文章編號：1671-6841(2016)01-0063-04

DOI:10.3969/j.issn.1671-6841.201507007

引用本文：李蒙蒙，曹豐璞，王興陽，等.以大黃酸為熒光探針分子測定木耳中鎂離子的含量[J].鄭州大學學報(理學版)，2016,48(1)：63—66.