基于量子點的熒光特性檢測磺胺二甲嘧啶

董華燕，楊黎明，祝 靖

（1.武漢譜尼科技有限公司，湖北武漢430000；2.武漢江夏區(qū)綜合檢驗檢測中心，湖北武漢430000）

基于量子點的熒光特性檢測磺胺二甲嘧啶

董華燕1，楊黎明1，祝 靖2

（1.武漢譜尼科技有限公司，湖北武漢430000；2.武漢江夏區(qū)綜合檢驗檢測中心，湖北武漢430000）

以水溶性量子點為熒光探針，基于熒光內濾效應建立了定量檢測磺胺二甲嘧啶快速、靈敏的熒光分析方法。研究了磺胺二甲嘧啶（作為吸光體）對CdTe量子點（作為熒光體）的猝滅作用，探究了基于內濾作用的猝滅機理，以及通過熒光猝滅量和磺胺二甲嘧啶質量濃度之間的線性關系建立了定量檢測磺胺二甲嘧啶的線性方程。試驗的線性范圍為1.7～3.3 μg/mL，檢出限為2.1 ng/mL。

量子點；磺胺二甲嘧啶；熒光猝滅；熒光內濾

磺胺二甲嘧啶（SM2）作為一種磺胺類藥物，它能被用作飼料添加劑，用于防治葡萄球菌及溶解性鏈球菌等的感染。但是，如果短時間大劑量或長時間小劑量的刺激可分別引起急性或慢性中毒[1]。因此，建立一種快速、靈敏的檢測方法，對保障消費者健康安全和食品衛(wèi)生安全發(fā)展行業(yè)都具有重要的現(xiàn)實意義。

目前，檢測磺胺二甲嘧啶的研究主要集中于高效液相色譜法（HPLC）、酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）、分光光度法、色譜質譜聯(lián)用法、免疫分析法、毛細管電泳法和薄層色譜法等，熒光分析法的報道較少[2]。高效液相色譜法分析成本高，液相色譜儀價格及日常維護費用高，分光光度法準確度相對不是很高，毛細管電泳法重現(xiàn)性差，而薄層色譜法手動操作比較多、人為影響因素大、重現(xiàn)性不好[3]。

量子點（QDs），也稱半導體納米晶，一般是由Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族元素組成的納米顆粒。由于QDs的半徑較小，物理尺寸小于其激子波爾半徑，而使其具有獨特的光學性質。量子點良好的光譜特性和自身優(yōu)點，使其可以作為生物熒光探針，近年來這方面的研究已經取得了一定進展[4]。2002年，Chen Y等人[5]報道了CdS量子點能作為銅離子和鋅離子的熒光探針，他們發(fā)現(xiàn)在水溶液中合成的CdS量子點與銅離子作用后發(fā)生熒光猝滅，以L-半胱氨酸為穩(wěn)定劑的量子點與鋅離子作用后熒光增強，以此檢測生物樣品中Cu2+和Zn2+，這是首次提出的以發(fā)光量子點作為熒光探針來選擇性檢測金屬陽離子的新方法。目前，量子點作為一種很有發(fā)展?jié)摿Φ男滦蜔晒馍锾结?，已受到人們的廣泛關注。它吸收光譜寬，發(fā)射光譜窄而對稱，化學穩(wěn)定性和抗光漂白性強，量子產率高，通過調節(jié)組成和大小可以使其發(fā)射出不同顏色的光，并且具有較高的熒光強度和光穩(wěn)定性等特點[6]。

研究以團隊前期的研究為基礎，采用華中農業(yè)大學實驗室提供的水相合成CdTe量子點，基于磺胺二甲嘧啶對CdTe量子點的內濾效應猝滅機理，建立了定量檢測磺胺二甲嘧啶的分析方法，試驗建立的方法操作簡單、快速。熒光內濾效應（Fluorescenceinner-filter effect）是指體系中熒光劑的激發(fā)或發(fā)射光被吸收劑（猝滅劑）吸收，從而導致熒光劑的熒光強度降低[7]。由于吸收劑的吸收值變化可以呈指數(shù)關系地轉化為熒光劑的熒光強度變化，因此分析靈敏度可以大大提高[8]。熒光內濾效應的產生需要吸收劑吸收光譜與熒光劑激發(fā)或發(fā)射光譜有效地重疊，以磺胺二甲嘧啶作為吸收劑，量子點由于具有出眾的熒光特性，可以作為磺胺二甲嘧啶理想的熒光劑[9]。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 試劑

CdTe量子，由華中農業(yè)大學國家蛋品中心提供；磺胺二甲嘧啶、HCl、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉。

1.1.2 儀器

F97 PRO型熒光光譜儀，上海棱光技術有限公司產品；UV1800型紫外可見分光光度計，島津儀器蘇州有限公司產品；水浴鍋；烘箱。

1.2 試驗方法

1.2.1 磺胺二甲嘧啶母液制備

取0.1 g磺胺二甲嘧啶溶于4 mL 20%HCl中，用0.8%HCl定容至100 mL，制備成1 mg/mL的標準磺胺二甲嘧啶母液，備用。

1.2.2 緩沖溶液PBS的制備

根據(jù)不同的配比，將磷酸二氫鉀和磷酸氫二鈉混合，配置不同pH值的緩沖溶液PBS。

1.2.3 熒光猝滅法檢測磺胺二甲嘧啶

在5 mL離心管中注入1 mL稀釋后的CdTe量子點溶液（5×10-7mol/L）和一定量的磺胺二甲嘧啶溶液，用0.2 mol/L pH值為7.4的PBS緩沖溶液定容至3 mL。在常溫條件下靜置反應40 min，用熒光分光光度計在常溫條件下進行熒光掃描，測定熒光發(fā)射圖譜，激發(fā)波長設定為330 nm，激發(fā)和發(fā)射光狹縫寬度均為10 nm。

2 結果與分析

2.1 CdTe量子點與磺胺二甲嘧啶的光學性質表征

磺胺二甲嘧啶紫外吸收光譜見圖1，CdTe量子點的紫外吸收光譜（1）、熒光發(fā)射光譜（2）見圖2。

由圖1可見，磺胺二甲嘧啶在波長475～600 nm之間都有很明顯的紫外吸收，于波長550 nm處吸收峰值最大，這為熒光內濾效應產生提供了理論支持。由圖2（1）可見，CdTe量子點在波長463 nm處具有明顯的激子吸收峰。由激子最大吸收峰的波長，按照擬合公式[10-11]可計算出量子點的粒徑為1.61 nm左右。由圖2（2）可見，CdTe量子點在波長521 nm處有明顯的熒光發(fā)射峰，其熒光最大發(fā)射波長位于521 nm（激發(fā)波長λ=330 nm）處，峰形較窄而且比較對稱，所得納米粒子尺寸分布比較窄、粒徑均一。

2.2 磺胺二甲嘧啶猝滅CdTe量子點的熒光曲線圖

磺胺二甲嘧啶猝滅CdTe量子點的熒光變化見圖3。

圖1 磺胺二甲嘧啶紫外吸收光譜

圖2 CdTe量子點的紫外吸收光譜（1）、熒光發(fā)射光譜（2）

圖3 磺胺二甲嘧啶猝滅CdTe量子點的熒光變化

由圖3可見，隨著磺胺二甲嘧啶質量濃度的增加（1～7：0，1.7，2.0，2.3，2.7，3.0，3.3 μg/mL），體系最大發(fā)射波長處的熒光強度呈現(xiàn)規(guī)律性下降，這是建立出定量檢測磺胺二甲嘧啶的熒光分析法的基礎。

從量子點的熒光發(fā)射曲線和磺胺二甲嘧啶的紫外吸收可知，以磺胺二甲嘧啶為吸光體、CdTe量子點為熒光體，可以產生內濾效應。通過構建非共價偶聯(lián)熒光傳感體系，實現(xiàn)磺胺二甲嘧啶的熒光猝滅檢測。

2.3 試驗條件的優(yōu)化

試驗考查了反應時間（10，20，30，40，50，60 min）、量子點濃度（通過改變體積改變其濃度），量子點體積（0.6，0.8，1.0，1.2，1.4 mL）、反應溫度（0，20，40，60，80℃）、體系pH值（6.8，7.1，7.4，7.7，8.0）對體系熒光強度變化值（ΔF）的影響。

反應時間對猝滅體系熒光強度的影響見圖4。

圖4 反應時間對猝滅體系熒光強度的影響

由圖4可見，隨著反應時間的增加，量子點熒光強度改變量是逐漸增加的，在40 min時達到最大值，之后突然下降，后又上升，它的趨勢是先平穩(wěn)上升，有規(guī)律性，后下降又上升；超過40 min后猝滅體系熒光強度不穩(wěn)定、無規(guī)律。因此，選取40 min為最佳反應時間。

量子點體積對猝滅體系熒光強度的影響見圖5。

圖5 量子點體積對猝滅體系熒光強度的影響

由圖5可見，當量子點體積從0.6 mL增大到1.0 mL，熒光強度變化值ΔF會隨之增大，之后趨于平穩(wěn)；在1.0 mL時猝滅最大。原因可能是在一定濃度范圍內，隨著量子點濃度升高，被猝滅的量子點就越多，猝滅作用越明顯，熒光強度變化值ΔF也就越大，直到量子點與磺胺濃度的反應摩爾比達到一個合適的比例，猝滅反應趨于平穩(wěn)[12]。當量子點濃度過高，量子點熒光猝滅量不穩(wěn)定、無規(guī)律。所以，選擇量子點體積為1.0 mL。

反應溫度對猝滅體系熒光強度的影響見圖6。

圖6 反應溫度對猝滅體系熒光強度的影響

由圖6可見，隨著反應溫度從20℃逐漸升高到60℃，熒光強度變化值ΔF也逐漸增加；在60℃時達到最高點，之后下降。在60℃時猝滅作用影響顯著，所以選取60℃為最佳反應溫度。

體系pH值對猝滅體系熒光強度的影響見圖7。

圖7 體系pH值對猝滅體系熒光強度的影響

由圖7可見，在體系pH值為6.8～7.4時，隨著體系pH值的增加，量子點熒光強度變化值ΔF逐漸升高；在pH值＞7.4時，隨著體系pH值的增大，猝滅體系熒光強度變化值ΔF先下降后上升；在體系pH值8.0時達到最大。但是考慮到體系pH值過高，CdTe量子點會由于表面羧基所帶負電荷的增多而引起水化物形成，導致熒光減弱[13]、體系不穩(wěn)定，所以選取體系pH值7.4為最佳體系pH值檢測條件。

2.4 標準曲線

在上述優(yōu)化過的試驗條件下（反應時間40 min，CdTe量子點取1 mL，反應溫度60℃，體系pH值7.4），進一步考查了CdTe量子點在檢測磺胺二甲嘧啶時的線性范圍以及檢出限。

磺胺二甲嘧啶質量濃度與體系猝滅熒光強度變化值之間的線性關系見圖8。

圖8 磺胺二甲嘧啶質量濃度與體系猝滅熒光強度變化值之間的線性關系

由圖8可見，當磺胺二甲嘧啶質量濃度在1.7～3.3 μg/mL內增加時，量子點熒光強度變化值呈規(guī)律性下降。以量子點熒光改變量為Y、磺胺二甲嘧啶質量濃度為X，建立線性回歸方程為Y=2 165.322X-3 227.139（X的單位為μg/mL），R2=0.955 99。由連續(xù)11次測定不含磺胺二甲嘧啶和含磺胺二甲嘧啶體系熒光強度差的3倍除以標曲斜率，得到檢出限為2.1 ng/mL。

3 結論

基于磺胺二甲嘧啶對單核CdTe量子點的熒光猝滅效應建立了快速、靈敏檢測磺胺二甲嘧啶濃度的熒光分析方法，分別考查了量子點體積、反應時間、反應溫度和體系pH值等多種因素對檢測體系的影響，初步探討了磺胺二甲嘧啶猝滅量子點的原因。

該檢測方法線性范圍寬（1.7～3.3 μg/mL），檢測限低（2.1 ng/mL）。相比于常規(guī)的檢測方法，操作簡便，檢測速度快、靈敏度高。

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Rapid Detect of SM2Based on Nano-Fluorescence Probe

DONG Huayan1，YANG Liming1，ZHU Jing2
（1.Wuhan Pony Testing Technology Co.，Ltd，Wuhan，Hubei 430000，China；2.Wuhan Jiangxia Comprehensive Inspection and Testing Center，Wuhan，Hubei 430000，China）

In this paper，a quantitatively rapid and sensitive fluorescence analysis method is established by using water soluble quantum dots as a fluorescence probe to detect sulfadimidine（SM2）.The experiment research the mechanism of the quenching caused by the fluorescence inner-filter effect（IFE）between SM2（absorber）and CdTe QDs（fluorophore）.Based on the quenching effect，the method for detecting SM2using QDs as probe is established.The results show that the relationship between the SM2concentration and the quenching intensity of CdTe QDs（F）while the SM2concentration ranged from 1.7～3.3 μg/mL，the detection limit is 2.1 ng/mL.

quantum dots；SM2；fluorescence quenching；fluorescence inner-filter effect

S869.84

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.08.013

1671-9646（2017）08a-0040-04

2017-06-29

董華燕（1990—），女，碩士，研究方向為食品分析檢測。