氮摻雜碳量子點(diǎn)的制備及中藥黃酮分析

尚 婧，張海容,2

(1.忻州師范學(xué)院 化學(xué)系，山西 忻州 034000；2.忻州師范學(xué)院 生化分析技術(shù)研究所，山西 忻州 034000)

碳量子點(diǎn)是一種新型的碳納米材料，與傳統(tǒng)的有機(jī)熒光染料和半導(dǎo)體量子點(diǎn)相比，其具有優(yōu)異的光電學(xué)性質(zhì)、低毒性、良好的生物相容性和廉價(jià)的制備成本等特點(diǎn)。碳量子點(diǎn)的制備方法可以分為兩大類(lèi)：自上而下法和自下而上法。自上而下法是通過(guò)打碎碳的前驅(qū)物，通過(guò)聚合物表面鈍化的方式使其有效發(fā)光，包括激光燒蝕法、電化學(xué)合成法和電弧放電法。自下而上法是通過(guò)熱解或碳化合適前驅(qū)物直接合成熒光碳量子點(diǎn)包括熱解法[1]、水熱法[2]、微波法[3]、超聲法[4]等。高溫?zé)峤夥╗1]是指將有機(jī)碳源高溫分解制備得到熒光碳量子點(diǎn)的方法。碳量子點(diǎn)光學(xué)性能穩(wěn)定、表面易修飾、制備成本低廉、生物相容性好，尤其是摻雜后的CDs比單純的CDs具有更強(qiáng)的發(fā)光性能。

黃酮類(lèi)化合物是一類(lèi)植物中分布較廣并且重要的多酚類(lèi)天然產(chǎn)物，泛指兩個(gè)具有酚羥基的苯環(huán)通過(guò)中央三碳原子相互連接而成的一系列化合物[5]對(duì)植物的生長(zhǎng)、發(fā)育、開(kāi)花、結(jié)果以及抵御異物的侵襲起著重要的作用。黃酮類(lèi)化合物有廣泛的藥理活性，如抗菌作用、抗氧化作用和抗自由基作用[6]，對(duì)心血管的作用，抗腫瘤、抗癌作用，對(duì)平滑肌的作用，抗炎、抗菌、抗病毒的作用；降血糖的作用，鎮(zhèn)痛止瀉、防止?jié)兊淖饔?。此外，還可作為功能食品添加劑，天然抗氧化劑食用[7]。目前測(cè)定黃酮類(lèi)的方法，用的較多的是以蘆丁為標(biāo)樣的NaNO2-Al(NO3)3顯色法[8-9]，但是此反應(yīng)并不專(zhuān)一，很多非黃酮類(lèi)物質(zhì)也可參與反應(yīng)對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇氮摻雜熒光CDs作為熒光探針，用蕓香葉苷猝滅CDs熒光，測(cè)定溶液中黃酮含量。方法專(zhuān)一、干擾小、適用范圍較為廣泛。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器、試劑

儀器：美誠(chéng)Huich馬弗爐(北京盈安美誠(chéng)科學(xué)儀器有限公司)；F-4600型熒光光度計(jì)(HITACHI日立集團(tuán))；SL01低速離心機(jī)(上海知信實(shí)驗(yàn)儀器技術(shù)有限公司)；KQ-400KDE型高功率數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)；SB-5200DTDN超聲波清洗機(jī)(寧波新芝生物科技股份有限公司)；AB204-N電子天平(METTLER TOLEDO梅特勒-托利多公司)。

試劑：檸檬酸化學(xué)純(西安化學(xué)試劑廠)；乙二胺分析純(天津市申泰化學(xué)試劑有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 量子點(diǎn)及探針溶液制備

以檸檬酸和乙二胺為原料，采用熱解法一步合成氮摻雜的熒光量子點(diǎn)，步驟如下：首先，準(zhǔn)確稱(chēng)取0.50 g的檸檬酸于坩堝中，在350 ℃的溫度條件下設(shè)置加熱1.5 h，即可得到氮摻雜的碳量子點(diǎn)固體；將其在研缽中研磨成黑色中略帶棕紅色的粉末，稱(chēng)取該量子點(diǎn)粉末0.100 g，用二次蒸餾水溶解，定容到50 mL的容量瓶中，在超聲波清洗器中超聲30min后用漏斗取上清液，將上清液定容到50 mL的容量瓶中，在4000 r/min的條件下離心10min。取上清液可得到氮摻雜的熒光碳量子點(diǎn)溶液。

1.2.2 黃酮的測(cè)定方法

取制備好的氮摻雜碳量子點(diǎn)溶液1 mL，含黃酮的樣品溶液1 mL，pH值=7的緩沖溶液2 mL，定容至10 mL。由于蕓香葉苷能使所制備的熒光碳量子點(diǎn)熒光猝滅，測(cè)定熒光強(qiáng)度變化ΔF，代入回歸方程，可以計(jì)算得到樣品溶液中黃酮的含量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

2.1 碳量子點(diǎn)的熒光光譜

按實(shí)驗(yàn)方法1.2.1，在最佳的條件下合成的碳量子點(diǎn)的熒光激發(fā)和發(fā)射光譜，結(jié)果如圖1，激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)分別為360 nm、448 nm。

圖1 激發(fā)光譜與發(fā)射光譜

2.2 碳量子點(diǎn)制備條件優(yōu)化

2.2.1 溫度的選擇

在控制其他條件不變的情況下，測(cè)定300、350、400、450、500℃的不同溫度下的碳量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度。由圖2可知，隨著溫度的增加熒光強(qiáng)度先增大后降低，溫度為350℃時(shí)熒光強(qiáng)度最強(qiáng)，說(shuō)明碳量子點(diǎn)在此溫度下熒光性最佳。

圖2 溫度對(duì)氮摻雜碳量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度的影響

2.2.2 原料配比

圖3 原料比對(duì)氮摻雜碳量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度的影響

在350℃，1.5 h的條件下用0.5 g的檸檬酸分別與0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL的乙二胺制備碳量子點(diǎn)固體，進(jìn)行研磨。分別準(zhǔn)確稱(chēng)取0.100 g的碳量子點(diǎn)粉末，測(cè)其熒光強(qiáng)度得到圖3。由圖3可知，隨著乙二胺比例的增加，熒光強(qiáng)度逐漸增大，當(dāng)乙二胺比例過(guò)高時(shí)，熒光強(qiáng)度反而降低了，當(dāng)檸檬酸和乙二胺的比例為5∶4時(shí)，熒光強(qiáng)度最強(qiáng)。

2.2.3 碳量子點(diǎn)的穩(wěn)定性

將此碳量子點(diǎn)放置5 d，測(cè)其每隔24 h的熒光強(qiáng)度，考察其穩(wěn)定性。如圖4所示，該碳量子點(diǎn)在放置的1～2 d時(shí)熒光強(qiáng)度最強(qiáng)，此后的幾天其熒光強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)直至穩(wěn)定。在使用此碳量子點(diǎn)時(shí)盡量選擇第1～2 d，避免放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)影響其效果。

圖4 時(shí)間對(duì)氮摻雜碳量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度的影響

2.2.4 碳量子點(diǎn)對(duì)不同猝滅劑的選擇性

如圖5所示，在加入蕓香葉苷，核黃素，三聚氰胺，金屬離子后碳量子點(diǎn)的熒光得到猝滅，其中蕓香葉苷的猝滅效果最好；而加入KBr和抗壞血酸，熒光反而得到增強(qiáng)。因此，本實(shí)驗(yàn)選取蕓香葉苷作為猝滅劑。

2.3 pH值對(duì)熒光CDs的影響

取碳量子點(diǎn)溶液1 mL，1×10-5mol/L的蕓香葉苷溶液1 mL，分別加入不同pH值為1.61、2.64、3.74、5.18、6.15、8.58、9.15、10.59、11.42的緩沖溶液2mL定容至10 mL測(cè)其熒光強(qiáng)度。如圖6所示，發(fā)現(xiàn)加入緩沖液后碳量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度先增大后減小后趨于平緩再稍作增大而后大幅減小，選擇pH值為3.8作為碳量子點(diǎn)的最佳pH值。

圖6 pH值對(duì)氮摻雜量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度的影響

2.4 蕓香葉苷猝滅碳量子點(diǎn)的工作曲線(xiàn)

圖7 工作曲線(xiàn)

研究不同濃度的蕓香葉苷對(duì)CDs熒光的影響，取1mL的碳量子點(diǎn)溶液，分別加入不同濃度的蕓香葉苷溶液、緩沖溶液，定容到10 mL，測(cè)定熒光強(qiáng)度。如圖7所示，蕓香葉苷的濃度越大，熒光的猝滅效果越強(qiáng)。在1.0×10-6～8.0×10-5mol/L的濃度范圍內(nèi),蕓香葉苷對(duì)CDs的熒光猝滅成線(xiàn)性關(guān)系，回歸方程為log△F=0.7451 logC+0.67533，相關(guān)系數(shù)為R2=0.9954。

2.5 樣品加標(biāo)回收率

取0.5 g的蒼術(shù)和忍冬藤，，超聲20min加速溶解，靜置，定容100 mL。按實(shí)驗(yàn)方法分別取兩者的上清液，加入1mL碳點(diǎn)，1 mL緩沖溶液定容至10 mL，測(cè)該體系的熒光強(qiáng)度并計(jì)算加標(biāo)回收率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 樣品及樣品回收率

通過(guò)表1可知，蒼術(shù)、忍冬藤的加標(biāo)回收率在95.9%～101.8%的范圍內(nèi)，測(cè)量?jī)煞N樣品的RSD分別為2.49%和1.96%，表明儀器精密度良好。

3 結(jié)論

通過(guò)探究得到合成氮摻雜碳量子點(diǎn)的最佳條件：用0.500 g的檸檬酸與0.4 mL的乙二胺混合，在350℃，升溫速率為10℃/min的條件下在馬弗爐里熱解90min，用研缽研磨可得到該碳量子點(diǎn)的粉體；加入二次水溶解，超聲30min，離心條件為4000 r/min，10min后取上清液即為制得的黃色碳量子點(diǎn)溶液。用F-4600熒光光度計(jì)對(duì)制備的碳量子點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明：該氮摻雜的碳量子點(diǎn)的最佳激發(fā)波長(zhǎng)在360 nm左右，最佳發(fā)射波長(zhǎng)在448 nm左右。蕓香葉苷可以使制得的氮摻雜的碳量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度猝滅，且在濃度為1.0×10-6～8.0×10-5mol/L內(nèi)呈現(xiàn)良好的線(xiàn)性關(guān)系，據(jù)此該碳點(diǎn)可用于對(duì)微量黃酮的檢測(cè)。由于此方法操作簡(jiǎn)單，選擇性好，因此可以用于中藥中黃酮的測(cè)定。

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