橘色熒光碳點(diǎn)用于檢測(cè)亞硝酸鹽

賈晶路 雯婧李 林焦媛 高藝芳 雙少敏

摘 要 以對(duì)苯二胺和檸檬酸為原料，采用一步水熱法合成了氮摻雜的橘色熒光碳點(diǎn)（N-CDs）。通過(guò)透射電子顯微鏡、紅外光譜、紫外-可見吸收光譜及熒光光譜對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行表征。結(jié)果表明，合成的N-CDs具有極小的尺寸（（1.62 ± 0.35） nm），以及良好的水溶性和優(yōu)異的光穩(wěn)定性。亞硝酸鹽（NO2）可使N-CDs的熒光增強(qiáng)?；诖耍⒘艘环N檢測(cè)NO2的熒光分析新方法。本方法對(duì)NO2具有良好的選擇性和較高的靈敏度，測(cè)定NO2的線性范圍為8～100 μmol/L，檢出限為0.65 μmol/L（S/N=3）。對(duì)可能的熒光增強(qiáng)的機(jī)理進(jìn)行了推測(cè)， 并進(jìn)一步將構(gòu)建的熒光傳感系統(tǒng)應(yīng)用于火腿腸、袋裝咸菜和自來(lái)水樣品中NO2的檢測(cè)，結(jié)果令人滿意。

關(guān)鍵詞 碳點(diǎn); 橘色熒光; 增強(qiáng)型熒光探針; 亞硝酸鹽

1 引 言

亞硝酸鹽常用作肉類加工的添加劑，具有抑制肉毒梭狀牙孢桿菌、使肉品發(fā)色以及增強(qiáng)風(fēng)味的作用[1]。然而，過(guò)量的亞硝酸鹽可與胺類食物反應(yīng)并轉(zhuǎn)化為有毒的N-亞硝胺，這可能導(dǎo)致畸形和癌癥[2]。此外，亞硝酸鹽可與人血液中的血紅蛋白結(jié)合形成高鐵血紅蛋白，這種化合物會(huì)降低血液的氧運(yùn)輸能力，從而引起組織缺氧[3]。目前，用于檢測(cè)亞硝酸鹽的方法包括分光光度法[4]、電化學(xué)法[5]、化學(xué)發(fā)光法[6]和色譜法[7]等。其中，熒光光譜法因具有簡(jiǎn)便、靈敏等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。許多熒光探針，包括小分子探針[8]、半導(dǎo)體量子點(diǎn)[9]、金屬納米簇[10]已被用于檢測(cè)亞硝酸鹽。然而，這些探針的制備通常需要專門的合成技術(shù)和復(fù)雜的純化程序，或探針本身水溶性差、毒性高、檢測(cè)反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，不同程度限制了其在環(huán)境和生物學(xué)相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，發(fā)展簡(jiǎn)單、靈敏、生物相容性好的熒光探針?lè)浅１匾?/p>

碳點(diǎn)（CDs）作為一種新型的碳基零維納米材料，由于其優(yōu)異的光學(xué)性能、易于表面功能化、較低的毒性、良好的生物相容性等，已被廣泛應(yīng)用在光學(xué)傳感[11]、生物成像[12]、醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域[13]，特別是基于CDs構(gòu)筑的熒光納米傳感體系已被用于檢測(cè)金屬離子[14，15]、陰離子[16]和生物分子[17，18]。目前，關(guān)于熒光CDs對(duì)NO2 的研究還處于初始階段。Zhang等[19]合成了一種藍(lán)色熒光N-CNDs，基于熒光猝滅機(jī)理對(duì)NO2進(jìn)行檢測(cè)。此后，文獻(xiàn)相繼報(bào)道了一些可用于直接、快速、簡(jiǎn)單檢測(cè)亞硝酸鹽的碳點(diǎn)[20，21]。然而，這些碳點(diǎn)都呈現(xiàn)藍(lán)綠色熒光，限制了它們進(jìn)一步應(yīng)用。特別是在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，因?yàn)樯锘|(zhì)具有藍(lán)色自發(fā)熒光性，且生物組織在紫外激發(fā)光下易受光損傷[22]。 Xiang等[1]嘗試將檢測(cè)亞硝酸鹽的波長(zhǎng)延伸至長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)，他們將碳點(diǎn)和羅丹明B共同連接到二氧化硅納米粒子上，構(gòu)建了一個(gè)可在黃色發(fā)光區(qū)檢測(cè)亞硝酸鹽的雙發(fā)射比例型熒光探針。值得注意的是，上述研究是基于熒光猝滅原理檢測(cè)亞硝酸鹽。相較淬滅型探針，增強(qiáng)型熒光探針具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如干擾相對(duì)較少、檢出限相對(duì)較低、能減少假陽(yáng)性信號(hào)的產(chǎn)生并降低暗背景的干擾[23]。最近，文獻(xiàn)報(bào)道了一種新穎的測(cè)定NO2的方法，將碳點(diǎn)作為供體，中性紅作為受體， 構(gòu)筑了一個(gè)比色熒光雙模的傳感體系，并基于熒光的增強(qiáng)效應(yīng)檢測(cè)NO2 [24]。然而，到目前為止，基于碳點(diǎn)熒光增強(qiáng)效應(yīng)檢測(cè)亞硝酸鹽的研究還鮮有報(bào)道。因此，開發(fā)具有長(zhǎng)波長(zhǎng)熒光發(fā)射并能通過(guò)熒光增強(qiáng)原理檢測(cè)亞硝酸鹽的新型碳點(diǎn)是一種挑戰(zhàn)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

JEM-2100型透射電子顯微鏡（日本JEOL公司）; Bruker Tensor II傅里葉紅外光譜儀（德國(guó)Bremen公司）; AXIS ULTRA DLD 型 X-射線光電子能譜儀（英國(guó)Kratos 公司）; UV-2910紫外分光光度計(jì)、F-4500熒光分光光度計(jì)（日本日立公司）; vario E CUBE元素分析儀（德國(guó)Elementar公司）; FE20 pH計(jì)（瑞士Mettler Toledo公司）; Zetasizer Nano ZS90儀器（英國(guó)elementar公司）。

對(duì)苯二胺（純度≥97%）購(gòu)自阿拉丁試劑有限公司; 檸檬酸（純度≥99.8%）和亞硝酸鈉（純度≥99.0%）購(gòu)自北京紅星化工廠; 羅丹明B（純度≥99.0%）、亞鐵氰化鉀（純度≥99.0%）、乙酸鋅（純度≥99.8%）和硼砂（純度≥99.0%）購(gòu)自天津津北精細(xì)化工有限公司; 其它試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純; 實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

2.2 N-CDs的合成

以對(duì)苯二胺、檸檬酸為原料，采用水熱法合成橘色熒光碳點(diǎn)。將0.42 g檸檬酸和0.16 g對(duì)苯二胺溶解在5 mL去離子水中。 然后，將溶液轉(zhuǎn)移到25 mL含有聚四氟乙烯內(nèi)襯的水熱反應(yīng)釜中，在180℃下反應(yīng)4 h。將獲得的N-CDs溶液以10000 r/min離心10 min，棄沉淀，通過(guò)連續(xù)透析（透析袋截留分子量 500 Da）24 h進(jìn)一步純化N-CDs水溶液，以除去其它小分子。透析后的N-CDs水溶液冷凍干燥，獲得粉末狀N-CDs。

2.3 熒光量子產(chǎn)率的測(cè)定

2.5 實(shí)際樣品分析

火腿腸和袋裝咸菜樣品購(gòu)于本地超市，水樣為實(shí)驗(yàn)室自來(lái)水。取火腿腸20 g，絞碎，置于500 mL 燒杯中，加入12.5 mL 飽和硼砂溶液和300 mL 70℃水。將混合物于沸水浴中加熱15 min，冷卻至室溫后，邊振蕩邊加入5 mL亞鐵氰化鉀和5 mL乙酸鋅溶液，沉淀蛋白質(zhì)。 最后，加水定容至500 mL。用濾紙過(guò)濾，收集濾液，于4℃儲(chǔ)存，待測(cè)。袋裝咸菜在測(cè)定前先制成勻漿，稱取20 g勻漿于500 mL燒杯中，采用與上述火腿腸樣品相同的方法處理咸菜樣品。自來(lái)水樣品在測(cè)定前煮沸30 min，用0.22 μm的微孔濾膜進(jìn)行過(guò)濾，待測(cè)。

3 結(jié)果與討論

3.1 N-CDs的表征

采用透射電子顯微鏡（TEM）觀察N-CDs的形態(tài)和尺寸分布。如圖1A所示，N-CDs呈現(xiàn)較規(guī)則球形，粒徑分布均勻， 平均粒徑約為（1.62 ± 0.35） nm。元素分析結(jié)果表明， N-CDs主要由質(zhì)量比48.03%C、 4.89%H、 7.79%N和39.29%O（計(jì)算值）組成。

3.3 基于N-CDs檢測(cè)NO

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