H2O2氧化CQDs抑制動力學(xué)熒光法測定雙酚A*

韋 娜，唐姣榮，余姝軼，邱子情，黃曉霞，王益林

(1.廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣西 南寧 530004;2.廣西生物煉制重點實驗室，廣西 南寧 530004;3.國家城市供水水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)南寧監(jiān)測站，廣西 南寧 530031 )

雙酚A(Bisphenol A，BPA)是一種重要的化工原料，廣泛應(yīng)用于聚碳酸酯和環(huán)氧樹脂等材料的合成.含有BPA的制品曾被廣泛地用作食品包裝材料和容器內(nèi)壁涂料，但BPA可干擾人體內(nèi)分泌系統(tǒng)，降低免疫功能，增加癌癥發(fā)病率，屬有毒有害的化學(xué)物質(zhì).因此，研究與發(fā)展BPA的測定方法具有重要意義.目前，測定BPA的方法主要有電化學(xué)法[1]、質(zhì)譜法[2]、化學(xué)發(fā)光法[3]及熒光法[4]等.

碳量子點(CQDs)是一種新型熒光材料，與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體量子點相比，CQDs具有制備成本低、無毒性、生物相容性好等優(yōu)勢，在化學(xué)分析[5-6]和生物傳感[7-8]等研究領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用.制備CQDs的方法很多，但一般采用人工制備的含碳化合物為原料[9-11].近年來，一些利用天然生物質(zhì)(如麥稈[12]和核桃殼[13]等)為原料，采用綠色概念制備CQDs的方法相繼出現(xiàn).筆者采用水熱合成法，以檸檬皮為原料制備CQDs，基于BPA對H2O2氧化CQDs致其熒光猝滅具有抑制作用的現(xiàn)象，發(fā)展一種抑制動力學(xué)熒光法用以測定BPA的含量，并應(yīng)用于實際樣品測定，結(jié)果令人滿意.

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：雙酚A(分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠)；NH4Fe(SO4)2·12H2O(分析純，廣東光華科技股份有限公司)；質(zhì)量分數(shù)為30%的H2O2(分析純，廣東光華科技股份有限公司)；HCl(分析純，廣東光華科技股份有限公司).

儀器：RF-5301熒光分光光度計(日本島津)；DHG-9146A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實驗設(shè)備有限公司)；HH-S2數(shù)顯恒溫水浴鍋(金壇市醫(yī)療儀器廠).

1.2 實驗方法

1.2.1 CQDs的制備 以檸檬皮為原料，采用水熱法制備CQDs.方法簡述如下：將洗凈并干燥過的檸檬皮粉碎，稱取0.40 g，放入聚四氟乙烯內(nèi)襯并加40 mL去離子水，蓋好蓋子，放回反應(yīng)釜中；將擰緊后的反應(yīng)釜放入烘箱，在200 ℃溫度下反應(yīng)6 h后自然冷卻；收集反應(yīng)后的溶液，經(jīng)0.45 μm 的濾膜過濾后定容到250 mL備用.

1.2.2 BPA的測定 在系列10 mL比色管中依次加入3.0 mL CQDs，0.1 mL 1.0 g/L的Fe3+，0.1 mL 0.6% 的H2O2，0.5 mL 0.1 mol/L的HCl及不同體積200 mg/L的BPA并充分混勻，用去離子水定容到刻度后放入60 ℃恒溫水浴中反應(yīng)9 min.隨后，取出比色管并用流水冷卻至室溫，在RF-5301型熒光分光光度計上測熒光強度(F).同樣條件下做不加BPA試劑空白(F0)實驗，計算熒光強度差，ΔF=F-F0.測定時激發(fā)波長選用356 nm，激發(fā)和發(fā)射狹縫都設(shè)置為5.0 nm.

2 結(jié)果與討論

2.1 機理探討

圖1 CQDs在不同試劑中的熒光光譜Fig. 1 Fluorescence Spectra of CQDs in Presence of Different Reagents

CQDs是一種新型熒光納米材料，在一定波長光的激發(fā)下可發(fā)射熒光.在Cu2+，Hg2+等金屬離子及部分有機小分子溶液中，因發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移或能量轉(zhuǎn)移，CQDs的熒光被猝滅[14-17].本研究表明，CQDs在Fe3+，H2O2和HCl的混合溶液中也能發(fā)生熒光猝滅，而BPA的存在能抑制其猝滅(圖1).

Fe2+和H2O2的組合稱為Fenton試劑，具有強氧化性，能氧化多種有機物，其實質(zhì)是H2O2在Fe2+的催化作用下生成具有高反應(yīng)活性的羥基自由基·OH，·OH可與大多數(shù)有機物作用使其降解.研究[18]表明，F(xiàn)e3+，Mn2+等同樣可使H2O2分解產(chǎn)生·OH：

Fe3++H2O2→Fe2++HO2·+H+,

Fe2++H2O2+H+→Fe3++·OH+H2O.

·OH+CQDs→P1.

BPA屬酚類化合物，能被強氧化劑氧化[4]：

·OH+BPA→P2.

在·OH和CQDs混合體系中加入BPA時，BPA，CQDs與·OH發(fā)生競爭反應(yīng)，結(jié)果BPA被氧化，CQDs得到保護.所以，在圖1中曲線3的熒光峰值比曲線2高.

2.2 測定條件的選擇

圖2 VHCl對ΔF的影響Fig. 2 Influence of VHCl on Value of ΔF

試劑用量及實驗條件等因素會影響ΔF的大小，從而影響方法的分析性能.在BPA質(zhì)量濃度為30 mg/L時，采用單因素實驗優(yōu)化測定條件.

圖3 V Fe3+對ΔF的影響Fig. 3 Influence of V Fe3+ on Value of ΔF

酸度低時，F(xiàn)e3+離子易水解；酸度高時，H+離子會與·OH反應(yīng)：因此，實驗首先考察了HCl用量對ΔF的影響.固定其他條件不變，改變0.1 mol/L HCl溶液的加入量(0.3，0.4，0.5，0.6，0.7 mL)，按實驗方法考察抑制與非抑制體系熒光強度的變化，以ΔF對VHCl作圖，結(jié)果如圖2所示.由圖2可知，ΔF隨HCl用量的增加先升后降，且VHCl在0.5～0.6 mL時，ΔF最大且穩(wěn)定.因此，在后續(xù)實驗中，0.1 mol/L HCl的用量均為0.5 mL.

按實驗方法，在0.05～0.3 mL范圍內(nèi)改變1.0 g/L Fe3+離子溶液的加入量，考察Fe3+離子的用量對ΔF的影響，結(jié)果如圖3所示.從圖3可以看出，當(dāng)VFe3+在0.1～0.2 mL范圍內(nèi)時，ΔF大且穩(wěn)定.推測引起這一現(xiàn)象的原因：當(dāng)Fe3+離子用量較少(小于0.1 mL)時，生成·OH自由基的量少且速度慢，CQDs，BPA與·OH發(fā)生競爭反應(yīng)時，BPA氧化不完全；而用量多(大于0.2 mL)時，F(xiàn)e3+離子本身也有氧化性，可能將CQDs和BPA同時氧化，2種情形都可能引起ΔF降低.

圖4為在0.05～0.5 mL范圍內(nèi)，改變0.6% H2O2用量對ΔF的影響結(jié)果；圖5為CQDs溶液用量對ΔF的影響結(jié)果.

圖4 V H2O2對ΔF的影響Fig. 4 Influence of VH2O2 on Value of ΔF

圖5 VCQDs對ΔF的影響Fig. 5 Influence of VCQDs on Value of ΔF

由圖4可知，0.6% H2O2的用量在0.1～0.3 mL范圍內(nèi)時，ΔF大且穩(wěn)定.本實驗中，H2O2及Fe3+離子的作用是生成·OH自由基，與Fe3+離子一樣，H2O2也有一定的氧化性.因此，H2O2用量對ΔF影響的原因與Fe3+離子類似.本實驗選擇1.0 g/L Fe3+及0.6% H2O2的加入量均為0.1 mL.隨著CQDs用量的增多，抑制與非抑制體系的熒光強度值都增大.由圖5可知，CQDs溶液的體積在2.5～3.0 mL范圍時，ΔF最大且穩(wěn)定.因此，實驗選擇CQDs溶液的加入量為3.0 mL.

室溫下，抑制與非抑制體系的熒光幾乎沒有差別.因此，筆者在40～80 ℃的溫度范圍及6～18 min的時間范圍內(nèi)考察了溫度及時間對ΔF的影響，結(jié)果分別如圖6，7所示.

圖6 反應(yīng)溫度對ΔF的影響Fig. 6 Influence of Reaction Temperature on Value of ΔF

圖7 反應(yīng)時間對ΔF的影響Fig. 7 Influence of Reaction Time on Value of ΔF

由圖6，7可知，隨著溫度的升高及時間的延長，兩體系的熒光強度值都呈下降趨勢，當(dāng)溫度為60 ℃、反應(yīng)時間為9 min時，ΔF最大.因此，實驗選擇在60 ℃的水浴中反應(yīng)9 min后測定.

2.3 方法的分析性能

圖8 ΔF與BPA質(zhì)量濃度的關(guān)系Fig. 8 Relationship Between Value of ΔF and Concentration of BPA

在選定的實驗條件下，按實驗方法向比色管中加入不同體積的BPA，經(jīng)定容、搖勻、水浴加熱及冷卻，然后測定相應(yīng)的熒光強度.實驗結(jié)果表明，當(dāng)BPA質(zhì)量濃度在4.0～60.0 mg/L范圍內(nèi)時，ΔF與BPA質(zhì)量濃度呈良好的線性關(guān)系(圖8)，回歸方程為ΔF=2.768ρ+131.5 (ρ為BPA質(zhì)量濃度，單位mg/L)，相關(guān)系數(shù)R2為0.997，方法檢出限(3σ/k)為2.04 mg/L.對質(zhì)量濃度為30 mg/L的BPA溶液連續(xù)測定5次，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.6%，說明該方法的靈敏度和精密度較高，滿足微量分析要求.

2.4 樣品測試

按實驗方法測定超市購物小票浸取液及本地自來水中BPA的含量.將收集到的購物小票剪成碎片后稱取2.00 g，置于250 mL錐形瓶中，加入20 mL甲醇及80 mL去離子水，超聲提取120 min后過濾，收集濾液并準(zhǔn)確定容到100 mL.分別移取0.50 mL浸取液及自來水于10 mL比色管中，按實驗方法測定，同時做2種不同質(zhì)量濃度的加標(biāo)回收實驗，測定結(jié)果見表1.

表1 超市購物小票及自來水樣品中雙酚A的測定結(jié)果(n=3)

由表1可知，自來水樣中未檢出BPA，購物小票浸出液和自來水加標(biāo)回收率在93%～108%范圍內(nèi).由此可見，方法的準(zhǔn)確度高，可應(yīng)用于實際樣品的分析測定.

3 結(jié)語

以檸檬皮為原料制備水溶性CQDs，基于類Fenton試劑(Fe3++H2O2)能氧化CQDs使其熒光猝滅，而雙酚A對此反應(yīng)有明顯抑制效果的實驗現(xiàn)象，發(fā)展了一種抑制動力學(xué)熒光法用以測定雙酚A，并應(yīng)用于實際樣品的測定.本研究既拓展了CQDs的應(yīng)用范圍，又為雙酚A的測定提供了一種新方法，其準(zhǔn)確度和精密度能滿足微量分析要求.