β－環(huán)糊精修飾CdSe量子點(diǎn)關(guān)－開型熒光探針法測(cè)定藥品中鋅離子

劉秋文，李滿秀，丁 茹，胡 艷

（忻州師范學(xué)院化學(xué)系，忻州034000）

鋅是人體生命活動(dòng)中不可缺少的微量元素，是介導(dǎo)腦缺血損傷的一種金屬離子，參與生命細(xì)胞的多項(xiàng)生理生化功能，對(duì)人體的生命活動(dòng)和健康有著極其重要的作用。因此準(zhǔn)確測(cè)定藥品中鋅離子的含量十分必要。

CdSe量子點(diǎn)具有發(fā)射峰窄、激發(fā)光譜連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)［1］，存在量子限域效應(yīng)，具有既不同于體相材料又別于一般分子的光學(xué)和電子學(xué)性質(zhì)，被廣泛用作生物體系的熒光標(biāo)記物［2－3］。β－環(huán)糊精具有疏水空腔和眾多羥基，可以對(duì)許多分子進(jìn)行多位點(diǎn)識(shí)別［4］。但由于β－環(huán)糊精本身缺乏測(cè)量信號(hào)，對(duì)于那些具有光學(xué)惰性或經(jīng)β－環(huán)糊精包合未能引起光學(xué)信號(hào)顯著改變的客體而言，用直接吸光光度法和熒光法進(jìn)行測(cè)定就受到了限制［4－5］。CdSe量子點(diǎn)作為熒光探針可在藥物分析中應(yīng)用［6－7］，但未見基于環(huán)糊精修飾后的CdSe量子點(diǎn)測(cè)定鋅離子含量的報(bào)道。本工作考慮量子點(diǎn)的熒光特性并基于β－環(huán)糊精的包合特性［8］，合成具有熒光信號(hào)的β－環(huán)糊精修飾的CdSe量子點(diǎn)（CdSeβ－CD QDs）并對(duì)鋅離子進(jìn)行標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品中鋅離子的測(cè)定。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

F－4500型熒光分光光度計(jì)；UV－2500型紫外分光光度計(jì)；pHS－3B型酸度計(jì)；78－2型磁力加熱攪拌器；微量進(jìn)樣器；HK－2A型超級(jí)恒溫水浴。

鋅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：1.0×10－3mol·L－1，稱取硫酸鋅0.028 8g，用水溶解，并轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中定容，搖勻待用。

根皮素標(biāo)準(zhǔn)溶液：3.7×10－4mol·L－1，稱取根皮素10mg，用無水甲醇溶解，并轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，用無水甲醇稀釋至刻度，搖勻待用。

四硼 酸 鈉－硼 酸 緩 沖 溶 液 （pH 8.0）：將0.05mol·L－1四硼酸鈉溶液和0.2mol·L－1硼酸溶液混合，調(diào)節(jié)溶液的pH至8.0。

硫酸鋅為光譜純，巰基丙酸、根皮素、β－環(huán)糊精、硼氫化鈉、硒粉、CdCl2·5／2H2O為分析純，試驗(yàn)用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度均為10nm，激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)分別為321，520nm。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 巰基丙酸包被的CdSe量子點(diǎn)的制備［9］

分別稱取硒粉0.127 6g和硼氫化鈉0.080 0g加入三頸瓶中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下迅速注入水3mL。在冰水浴中、強(qiáng)磁力攪拌下反應(yīng)4h，靜置10min，上層無色溶液即為NaHSe溶液。

將1.25×10－3mol·L－1CdCl2溶液100mL加入250mL三頸燒瓶中，隨后通高純氮?dú)?0min，注入巰基丙酸26μL，并用1mol·L－1NaOH 溶液調(diào)pH至11，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下迅速注入新制備的還原劑NaHSe溶液75μL，在96℃水浴中回流3h，即獲得顏色透明的CdSe量子點(diǎn)。

1.3.2 CdSeβ－CD QDs的合成［10］

向CdSe量子點(diǎn)前體溶液中加入等體積的2.5×10－3mol·L－1的β－環(huán)糊精溶液，控制回流溫度為96℃，在氮?dú)夥諊?、磁力攪拌下反?yīng)1h，得到CdSeβ－CD QDs溶液，密封避光保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.3 樣品分析

稱取葡萄糖酸鋅樣品粉末0.131 0g，用水溶解后轉(zhuǎn)至100mL容量瓶中，以水定容，搖勻備用。

在10mL比色管中加入CdSeβ－CD QDs溶液1.0mL，再向其中加入3.7×10－4mol·L－1根皮素溶液0.6mL，搖勻后再加入葡萄糖酸鋅溶液0.2mL，用pH 8.0的四硼酸鈉－硼酸緩沖溶液定容至5mL，反應(yīng)10min后測(cè)量熒光強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 量子點(diǎn)光學(xué)性質(zhì)表征

對(duì)于合成的CdSe量子點(diǎn)和CdSeβ－CD QDs用紫外光譜進(jìn)行表征，結(jié)果見圖1。圖1（曲線1）代表水溶性CdSe量子點(diǎn)的紫外吸收光譜圖，兩個(gè)吸收峰分別位于400，600nm；圖1（曲線2）代表CdSeβ－CD QDs的紫外吸收光譜圖，兩個(gè)吸收峰分別位于320，400nm。對(duì)合成的CdSe量子點(diǎn)和CdSeβ－CD QDs用熒光光譜表征結(jié)果見圖2。圖2（曲線1）表示在激發(fā)波長(zhǎng)410nm時(shí)，CdSe量子點(diǎn)在550nm處有一較窄而強(qiáng)發(fā)射峰；圖2（曲線2）表示在激發(fā)波長(zhǎng)為321nm時(shí)，CdSeβ－CD QDs在550nm處也有一窄而強(qiáng)的發(fā)射峰，相比未修飾的量子點(diǎn)來說，熒光強(qiáng)度明顯增強(qiáng)。

圖1 紫外吸收光譜圖Fig.1 UV adsorption spectra

2.2 CdSeβ－CD QDs與根皮素的作用

在9支10mL比色管中分別加入CdSeβ－CD QDs溶液1mL，再依次加入不同體積的3.7×10－4mol·L－1根皮素溶液，搖勻使其充分混合，靜置后用pH 8.0的四硼酸鈉－硼酸緩沖溶液定容，放置10min，在儀器工作條件下測(cè)量其熒光強(qiáng)度，結(jié)果見圖3。

由圖3可知：隨著溶液中根皮素的濃度增大，CdSeβ－CD QDs的熒光強(qiáng)度會(huì)明顯下降。根皮素對(duì)CdSeβ－CD QDs的熒光強(qiáng)度具有猝滅作用，其機(jī)理不是因?yàn)榉肿娱g碰撞引起的，可能是由于根皮素屬于黃酮類物質(zhì)，黃酮類物質(zhì)和量子點(diǎn)以非共價(jià)鍵形式結(jié)合成某種不發(fā)光的配合物而形成熒光猝滅［11］。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：根皮素濃度在3.6×10－6～5.1×10－5mol·L－1內(nèi)與熒光強(qiáng)度呈線性關(guān)系，且猝滅后的熒光強(qiáng)度隨著根皮素濃度的增加而減小，熒光強(qiáng)度（F）和根皮素濃度（c）之間的線性回歸方程為F＝－8.271×106c＋6.089×102，相關(guān)系數(shù)為0.993 7。

圖2 熒光發(fā)射光譜圖Fig.2 Fluorescence emission spectra

圖3 根皮素濃度對(duì)CdSeβ－CD QDs熒光強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of the concentration of phloretin on the fluorescence intensity of CdSeβ－CD QDs

2.3 Zn2＋對(duì)CdSeβ－CD QDs猝滅體系熒光恢復(fù)的影響

在7支10mL比色管中分別加入CdSeβ－CD QDs溶液1mL，再加入3.7×10－4mol·L－1根皮素溶液1.4mL，振蕩搖勻，靜置10min，然后依次向比色管中加入1.0×10－3mol·L－1Zn2＋溶液0，0.06，0.08，0.4，0.6，0.8，0.9mL，振蕩使溶液充分混合，靜置后用pH 8.0的四硼酸鈉－硼酸緩沖溶液定容，放置10min，在儀器工作條件下測(cè)量其熒光強(qiáng)度。

試驗(yàn)表明：在上述根皮素－CdSeβ－CD QDs猝滅體系基礎(chǔ)上加入不同量的鋅離子，CdSeβ－CD QDs的熒光強(qiáng)度會(huì)得到恢復(fù)，見圖4。其原因可能是鋅離子和黃酮類物質(zhì)發(fā)生結(jié)合，將量子點(diǎn)表面的根皮素釋放出來。因此隨著量濃度鋅離子的加入，CdSeβ－CD QDs的熒光強(qiáng)度會(huì)得到不同程度的恢復(fù)。

圖4 Zn2＋濃度對(duì)CdSeβ－CD QDs熒光強(qiáng)度的影響Fig.4 Effect the concentration of Zn2＋ on the fluorescence intensity of CdSeβ－CD QDs

2.4 緩沖溶液及酸度的影響

在上述選定的根皮素－CdSeβ－CD QDs猝滅體系，根皮素－CdSeβ－CD QDs－Zn2＋恢復(fù)體系基礎(chǔ)上，考察不同酸度四硼酸鈉－硼酸緩沖溶液（pH 7.4，8.0，8.4，9.0）和四硼酸鈉－氫氧化鈉緩沖溶液（pH 9.5，10.0）對(duì)猝滅體系和恢復(fù)體系熒光強(qiáng)度的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 酸度對(duì)CdSeβ－CD QDs熒光強(qiáng)度的影響Fig.5 Effect of acidity on the fluorescence intensity of CdSeβ－CD QDs

由圖5可知：在pH 8.0的四硼酸鈉－硼酸緩沖體系中熒光強(qiáng)度變化最大。試驗(yàn)選擇pH 8.0的四硼酸鈉－硼酸緩沖溶液為反應(yīng)介質(zhì)。

2.5 反應(yīng)時(shí)間和溫度的影響

在確定溶液pH的條件下，考察了反應(yīng)時(shí)間對(duì)CdSeβ－CD QDs猝滅體系和恢復(fù)體系的影響。在時(shí)間為10，20，30，60，90，120min條件下測(cè)定體系的熒光強(qiáng)度。結(jié)果表明，CdSeβ－CD QDs與根皮素混合后10min后，體系發(fā)光強(qiáng)度達(dá)到平衡，因此選擇10min后測(cè)定量子點(diǎn)猝滅的熒光強(qiáng)度。當(dāng)Zn2＋加入猝滅體系后熒光強(qiáng)度會(huì)增大，且10min后發(fā)光強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，所以選擇在10min時(shí)測(cè)定量子點(diǎn)的熒光恢復(fù)強(qiáng)度。通過考察15，25，35，45，55℃的溫度對(duì)猝滅體系和恢復(fù)體系熒光強(qiáng)度的影響，表明在15～25℃時(shí)測(cè)定熒光強(qiáng)度最為合適，試驗(yàn)選擇室溫（25℃）下測(cè)定。

2.6 CdSeβ－CD QDs用量的影響

試驗(yàn) 表 明：當(dāng) 加 入 CdSeβ－CD QDs 溶 液1.0mL時(shí)，量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度適中且熒光穩(wěn)定性比較好；加入量小于1.0mL時(shí)，熒光猝滅以及熒光恢復(fù)的效果都不明顯；當(dāng)加入量大于1.0mL時(shí)，雖然熒光猝滅以及熒光恢復(fù)的效果有明顯提升，但分析靈敏度較低。綜合考慮靈敏度、線性范圍、背景干擾等因素，試驗(yàn)選用CdSeβ－CD QDs溶液1.0mL。

2.7 根皮素濃度對(duì)猝滅的量子點(diǎn)恢復(fù)的影響

試驗(yàn)探討了根皮素濃度對(duì)猝滅后量子點(diǎn)恢復(fù)的影響。結(jié)果表明，根皮素濃度直接影響CdSeβ－CD QDs恢復(fù)體系熒光強(qiáng)度的測(cè)定。當(dāng)根皮素濃度為5.1×10－5mol·L－1時(shí)，熒光的恢復(fù)效率較高、檢測(cè)背景低、線性范圍寬。當(dāng)根皮素濃度低于5.1×10－5mol·L－1或高于5.1×10－5mol·L－1時(shí)，CdSe β－CD QDs熒光猝滅的效率會(huì)降低，檢測(cè)背景高，恢復(fù)線性范圍窄。因此，試驗(yàn)選用5.1×10－5mol·L－1根皮素溶液作為量子點(diǎn)猝滅劑對(duì)Zn2＋進(jìn)行測(cè)定。

2.8 干擾物質(zhì)對(duì)熒光強(qiáng)度的影響

用含5.1×10－5mol·L－1根皮素和8.0×10－5mol·L－1Zn2＋的溶液，對(duì)共存物質(zhì)進(jìn)行干擾試驗(yàn)。當(dāng)相對(duì)誤差在±5%內(nèi)時(shí)，各共存物質(zhì)的允許量如下（以μmol·L－1計(jì)）：K＋、Mg2＋、Cl－、葡萄糖、L－精氨酸（100），苯酚（80），L－半胱氨酸（50），果糖（20），Mn2＋、Al3＋、Hg2＋、SO42－、硬 脂酸 鎂 （10），Ca2＋（7.5），Cd2＋（5），Pb2＋（1.5），Cr3＋（1），Cu2＋、Fe3＋、Ni2＋（0.5），Co2＋（0.3），Ag＋、NO3－ （0.05）。

2.9 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

按試驗(yàn)方法對(duì)Zn2＋標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測(cè)定，Zn2＋濃度在6.0×10－6～9.0×10－5mol·L－1內(nèi)與F／F0（F 為根皮素－CdSe－β－CD QDs猝滅體系基礎(chǔ)上加入不同量的鋅離子時(shí)的熒光強(qiáng)度；F0為CdSeβ－CD QDs加入根皮素時(shí)體系的熒光強(qiáng)度）具有良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為F／F0＝3.063×106c＋1.665×102，相關(guān)系數(shù)為0.990 6。

對(duì)2.0×10－5mol·L－1鋅離子溶液進(jìn)行10次平行測(cè)定，測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.1%，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差法計(jì)算方法的檢出限（3s）為3.8×10－6mol·L－1。

2.10 樣品分析

按試驗(yàn)方法測(cè)定葡萄糖酸鋅片中的鋅［12］，并進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表1。葡萄糖酸鋅片中鋅含量標(biāo)示值為10mg，試驗(yàn)測(cè)得每片中鋅含量為9.5mg。

表1 樣品分析結(jié)果（n＝5）Tab.1 Analytical results of samples（n＝5）

本工作合成了CdSeβ－CD QDs，在優(yōu)化體系酸度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間等條件的基礎(chǔ)上，以CdSeβ－CD QDs為關(guān)－開型熒光探針，成功測(cè)定了藥片中鋅離子的含量，此方法操作簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確，豐富了CdSe量子點(diǎn)的應(yīng)用范圍。

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