近紅外長余輝納米探針ZnGa2O4∶Cr3+，Sn4+的制備及Fe3+含量的時(shí)間分辨檢測

林 靜邵 康王 鍇張 聰滕淵潔潘再法佘遠(yuǎn)斌

(浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，浙江杭州 310000)

1 引 言

鐵是人體必需的微量元素之一[1]，作為人體中重要的生命要素[2]，在人體的新陳代謝過程中具有重要作用[3]。缺鐵會(huì)導(dǎo)致人體的免疫力降低，出現(xiàn)缺鐵性貧血。通常情況下，攝入鐵的主要方式有食補(bǔ)和補(bǔ)鐵保健品，其中服用補(bǔ)鐵口服液是最為常見的方法。補(bǔ)鐵口服液具有補(bǔ)氣補(bǔ)血的效果，可有效增強(qiáng)人體中的含氧量，改善氣血循環(huán)。但是過度攝入鐵則會(huì)導(dǎo)致組織損傷、器官衰竭甚至死亡[4]，因此測定補(bǔ)鐵口服液中鐵元素的含量具有非常重要的意義。

常見鐵的測定方法有分光光度法[5]、原子吸收光譜法[6]、比色法[7]、熒光光譜法[8]等。相比于其他檢測方法，熒光光譜法具有操作簡便、重復(fù)性好、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)[9-11]，可實(shí)現(xiàn)Fe3+含量的簡便快速檢測。至今為止，已有研究人員采用多種熒光材料構(gòu)建熒光探針用于檢測Fe3+的含量，但是大多檢測Fe3+含量的探針尚存在一些缺點(diǎn)，如背景干擾大、選擇性不強(qiáng)或隨pH值變化影響等[12-14]。2017年，Jiang等合成一種星形三苯并噻唑基苯(TBB)作為熒光探針檢測水中的Fe3+，TBB的熒光性能受到pH的影響較大，在強(qiáng)堿性環(huán)境下具有良好的耐受性，但在強(qiáng)酸的條件下會(huì)發(fā)生質(zhì)子化，導(dǎo)致電荷轉(zhuǎn)移引起熒光變化，對(duì)Fe3+的測定會(huì)產(chǎn)生干擾[15]。2019年，Jayaweera等[16]采用榴蓮殼為原料制備熒光碳點(diǎn)，用于檢測水體中的Fe3+，采用365 nm作為最佳激發(fā)波長，可產(chǎn)生藍(lán)色熒光，但無法實(shí)現(xiàn)免實(shí)時(shí)激發(fā)檢測，未能有效避免激發(fā)光產(chǎn)生的背景干擾。Ye等[17]采用摻雜鑭系配位聚合物制備碳點(diǎn)構(gòu)建比率型熒光傳感用于自來水中Fe3+的定量檢測。目前檢測Fe3+含量的熒光探針大多無法避免激發(fā)光和復(fù)雜樣品自體熒光的干擾，常應(yīng)用于水樣或其他簡單樣品的實(shí)際測定，在復(fù)雜樣品的Fe3+檢測方面仍需進(jìn)一步探究。因此，開發(fā)新型熒光探針用于復(fù)雜樣品中Fe3+的快速準(zhǔn)確檢測具有重要意義[18]。

長余輝材料又稱為夜光材料，在經(jīng)過外界光源激發(fā)之后，可將能量儲(chǔ)存在陷阱中，在停止激發(fā)后仍可持續(xù)發(fā)光，在安全顯示、光電儲(chǔ)存、儀表顯示以及生物成像等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用[19]。由于長余輝材料在停止激發(fā)后，仍具有較強(qiáng)熒光，因此可做到免實(shí)時(shí)激發(fā)檢測，有利于消除激發(fā)光源及復(fù)雜樣品自體熒光的干擾。另外，由于長余輝材料具有獨(dú)特的余輝特性，不需要采用具有熒光時(shí)間分辨功能的昂貴儀器，就可實(shí)現(xiàn)磷光的時(shí)間分辨測定，可有效消除復(fù)雜樣品的自體熒光的干擾，實(shí)現(xiàn)無背景干擾下的高信噪比檢測[20-21]。2010年，嚴(yán)秀平等[22]首次利用 Ca1.86Mg0.14Zn-Si2O7∶Eu2+，Dy3+與金納米粒子結(jié)合，根據(jù)熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)機(jī)理構(gòu)建綠光長余輝熒光探針，并成功應(yīng)用于血清樣品中甲胎蛋白(AFP)的檢測，有效地避免了血清樣品的自體熒光和激發(fā)光的干擾，檢出限低至0.41 μg/L。2018年，Hu等[23]采用綠光長余輝材料Sr2Al14O25∶Eu2+，Dy3+構(gòu)建熒光傳感用于抗生素和2，4，6-三硝基酚(TNP)的檢測，該生物傳感器有效地避免了背景干擾并成功地應(yīng)用于牛奶、水樣中污染物的檢測。陳學(xué)元等[24]制備了近紅外長余輝材料ZnGa2O4∶Cr3+，將其進(jìn)行生物素化后用于構(gòu)建熒光傳感體系，有效地避免了蛋白質(zhì)自體熒光的影響，可在白光激發(fā)下實(shí)現(xiàn)重復(fù)激發(fā)，實(shí)現(xiàn)了親和素蛋白的異構(gòu)測定。

在長余輝材料中，采用Cr3+摻雜的鎵酸鹽長余輝材料具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，可在強(qiáng)酸強(qiáng)堿等環(huán)境下保持良好的發(fā)光性能，并在近紅外區(qū)域具有較強(qiáng)的熒光發(fā)射。由于Cr3+摻雜的鎵酸鹽長余輝材料具有良好的余輝性能、化學(xué)穩(wěn)定性和組織透過性等優(yōu)點(diǎn)[25]，在生物成像和熒光傳感領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，受到了廣大研究者的密切關(guān)注。因此本文采用水熱法合成Sn4+共摻的近紅外長余輝材料ZnGa2O4∶Cr3+，Sn4+(ZGSC)，并進(jìn)一步進(jìn)行包硅處理，以獲得良好的水中分散性。利用Fe3+對(duì)所合成的長余輝納米探針的猝滅效應(yīng)，建立了操作簡便、選擇性強(qiáng)、干擾小的熒光傳感方法，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)鐵口服液中Fe3+的含量高選擇性檢測。并且采用時(shí)間分辨光譜可有效地消除背景干擾，獲得高信噪比。市面上大多補(bǔ)鐵口服液的有效價(jià)態(tài)是二價(jià)鐵[26]，但目前報(bào)道的通常是測定補(bǔ)鐵口服液中的總鐵含量。本文可以分別測定補(bǔ)鐵口服液中的總鐵含量和Fe3+的含量，并根據(jù)總鐵含量和Fe3+的含量計(jì)算出二價(jià)鐵的含量，具有分別檢測Fe3+與Fe2+的優(yōu)點(diǎn)。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 長余輝材料的合成

按照化學(xué)計(jì)量比稱取1 mmol Zn(CHCOO)2·2H2O、2 mmol Ga(NO3)3·xH2O、0.002 mmol Cr(CHCOO)3·2H2O及0.004 mmol SnCl4·5H2O溶于20 mL去離子水中，攪拌1 h。加入NaOH(2 mol/L)調(diào)節(jié)pH＝11，繼續(xù)攪拌2 h后，將反應(yīng)物轉(zhuǎn)移至25 mL的水熱反應(yīng)釜中，反應(yīng)釜于200℃下反應(yīng)18 h，待冷卻后離心，并用去離子水和無水乙醇洗滌3次，沉淀物置于烘箱中在60℃下干燥12 h，得到水熱后的長余輝納米材料。再將產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至剛玉坩堝中，設(shè)置升溫速率為10℃/min，于1 000℃煅燒4 h，冷卻至室溫后，用研缽研磨，得到產(chǎn)物ZGSC。

稱取30 mg煅燒后的ZGSC，加入24 mL無水乙醇、0.1 mL硅酸四乙酯及1.44 mL氨水，攪拌反應(yīng)4 h。再轉(zhuǎn)移至離心管中離心，采用去離子水與無水乙醇各洗滌3次，沉淀物置于烘箱中于60℃下干燥12 h，得到在表面包覆上硅殼的長余輝納米材料ZGSC＠SiO2。

2.2 測定條件優(yōu)化及選擇性實(shí)驗(yàn)

采用HCl溶液(0.1 mol/L)和 NaOH溶液(0.1 mol/L)配制 pH 為 5，6，7，8，9，10，11，12，13的溶液，備用。分別取200 μL不同pH的溶液與100 μL ZGSC＠SiO2混合均勻，測定混合溶液的熒光光譜，考察pH值對(duì)長余輝探針熒光強(qiáng)度的影響。

配制濃度為 0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1，2，3，4，5 mg/mL 的 ZGSC＠ SiO2水分散液，測定不同濃度ZGSC＠SiO2水分散液的熒光光譜，考察ZGSC＠SiO2水分散液濃度對(duì)長余輝探針熒光強(qiáng)度的影響。

配制濃度為10-2mol/L的 K+、Na+、Mg2+、Al3+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、Hg2+、Cu2+、Co2+、Cd2+、Cr3+、NH4+、Mn2+和 Ag+等金屬離子溶液備用。分別取200 μL的金屬離子溶液與100 μL ZGSC＠SiO2混合均勻，測定混合溶液的熒光光譜，考察不同金屬離子對(duì)長余輝探針熒光強(qiáng)度的影響。

2.3 Fe3+的定量測定及標(biāo)準(zhǔn)曲線制作

配制不同濃度的 Fe3+溶液，分別取100 μL ZGSC＠SiO2與200 μL Fe3+溶液混合，攪拌1 min后，選擇254 nm為激發(fā)波長，測定混合物的發(fā)射光譜。以最大發(fā)射波長695 nm處的熒光強(qiáng)度對(duì)Fe3+濃度作圖，得到Fe3+的標(biāo)準(zhǔn)曲線，用于實(shí)際樣品中的Fe3+濃度定量測定。

2.4 實(shí)際樣品檢測

選擇3種不同的市售補(bǔ)鐵口服液(10 mL/支)作為實(shí)際樣品，取適量體積的補(bǔ)鐵口服液樣品稀釋至50 mL使得待測樣品的濃度在Fe3+的線性范圍內(nèi)，定容備用。分別取100 μL ZGSC＠SiO2、100 μL 雙氧水與100 μL 待測樣品于比色皿中，超聲1 min混合均勻。其中補(bǔ)鐵口服液中的Fe2+可被雙氧水氧化為Fe3+，故可測定樣品中的總鐵含量。測定混合物的發(fā)射光譜，計(jì)算總鐵含量。 取 100 μL ZGSC＠ SiO2、100 μL 去離子水與100 μL待測樣品混合均勻，超聲1 min，測量混合物的發(fā)射光譜，測定樣品中Fe3+的含量。計(jì)算總鐵含量和三價(jià)鐵含量的差值，可得樣品中Fe2+的含量。

2.5 儀器與測試

采用Fluoromax-4P熒光光譜儀(法國HORIBA Jobin Yvon公司)測定長余輝材料的發(fā)射光譜，ZnGa2O4∶Cr3+，Sn4+的激發(fā)波長為 254 nm，發(fā)射光譜的監(jiān)測波長為695 nm。X'pert PRO X射線衍射儀(荷蘭PANlytical公司)用于測定樣品的X射線衍射譜。采用高分辨透射電子顯微鏡(荷蘭Tecnai G2 F30)分析樣品的形貌，加速電壓300 kV。

3 結(jié)果與討論

3.1 長余輝材料的結(jié)構(gòu)表征

ZnGa2O4晶體具有立方尖晶石結(jié)構(gòu)(空間組Fd3m)，Zn2+占據(jù)四面體格位(Td)，占據(jù)八面體格位(D3d)。由于摻雜的Cr3+離子與Ga3+具有相同的原子價(jià)和相似的離子半徑(0.061 5 nm vs.0.062 nm)，因此它們優(yōu)先占據(jù)晶體Ga3+位置[27]。同時(shí)摻雜 Cr3+與 Sn4+可有效地提升ZnGa2O4的余輝性能。采用X射線衍射儀(XRD)以及高分辨透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)長余輝材料的晶體結(jié)構(gòu)和尺寸形貌進(jìn)行表征分析。分別對(duì)1 000℃高溫煅燒后的ZGSC以及包硅之后的ZGSC＠SiO2兩種樣品進(jìn)行了XRD表征，如圖1所示。兩種不同階段長余輝材料的XRD圖譜均與ZnGa2O4的標(biāo)準(zhǔn)卡片相符。從圖1中可看出，經(jīng)過煅燒之后ZGSC的峰尖且窄，說明經(jīng)過煅燒后樣品結(jié)晶性完好，包硅處理均未改變長余輝材料的晶體結(jié)構(gòu)。圖2分別為水熱處理、高溫煅燒及包硅處理之后的ZGSC的TEM圖。

圖1 ZGSC和 ZGSC＠SiO2的XRD圖，ZnGa2O4的標(biāo)準(zhǔn)卡片為PDF#86-0413。Fig.1 XRD of ZGSC and ZGSC＠ SiO2.The standard card of ZnGa2O4is PDF#86-0413.

圖2 (a)～(b)ZGSC的透射電鏡圖；(c)1 000℃煅燒后ZGSC的透射電鏡圖；(d)包硅處理后ZGSC＠SiO2的透射電鏡圖。Fig.2 (a)-(b)TEM and HRTEM images of ZGSC.(c)TEM of ZGSC after 1 000℃calcination.(d)TEM of ZGSC＠SiO2.

圖2 (a)、(b)均為水熱處理之后長余輝材料的TEM圖。從圖2(a)中可觀察到水熱反應(yīng)獲得的ZGSC粒徑較小，其平均粒徑均小于50 nm，且晶體粒徑較為均一。從圖2(b)中可觀察到水熱制得的ZGSC具有清晰的晶格條紋，其間距為0.158 nm，由此可說明水熱反應(yīng)制得的ZGSC結(jié)晶性良好。圖2(c)為1 000℃煅燒后ZGSC的TEM圖，從圖中可觀察到，其晶體大小較為均勻，經(jīng)過煅燒后晶體粒徑有所增大，但其平均粒徑均小于200 nm。圖2(d)為包硅處理后ZGSC＠SiO2的TEM圖，從圖中可觀察到在ZGSC表面包覆了一層明顯的硅層，經(jīng)過包硅之后，ZGSC表面修飾上大量的硅羥基Si—OH，因此ZGSC的親水性得到有效地提高，從而提升了ZGSC在水相中的分散性。并且經(jīng)過包硅處理，ZGSC＠SiO2可在水相中穩(wěn)定分散1 h以上，由此說明包硅效果良好。

3.2 熒光性能表征

長余輝材料的激發(fā)發(fā)射光譜如圖3所示，從激發(fā)光譜圖中可觀察到，通過監(jiān)測695 nm處的發(fā)射，在紫外-可見區(qū)存在以254，369，497 nm 為中心的3個(gè)寬激發(fā)帶。其中在254 nm處有一強(qiáng)的激發(fā)帶可歸因于帶間躍遷(CB→VB)及Cr3+的4A2(4F)→4T1(4P)躍遷，在369 nm和497 nm處的兩個(gè)峰分別是由于Cr3+的4A2(4F)→4T1(4F)和4A2(4F)→4T2(4F)的躍遷產(chǎn)生。從發(fā)射光譜圖中可看出，在254 nm激發(fā)下，可觀察到600～800 nm的近紅外區(qū)有一個(gè)寬的發(fā)射帶，其峰值位于695 nm，可歸因于2E→4A2躍遷。

圖3 ZGSC＠SiO2的激發(fā)和發(fā)射光譜Fig.3 Excitation and emission spectra of ZGSC＠ SiO2

除了激發(fā)光譜和發(fā)射光譜之外，還測定了ZGSC＠SiO2的衰減曲線和時(shí)間分辨光譜(TR)。如圖4所示，采用254 nm作為激發(fā)光源，對(duì)長余輝材料進(jìn)行充能，5 min之后關(guān)閉激發(fā)光源，300～600 s為衰減過程。首先是快速衰減過程，激發(fā)停止之后產(chǎn)生快速衰減的原因是被較淺的陷阱所捕獲的電子快速釋放；隨后是慢速衰減過程，慢速衰減是由于較深陷阱中的電子被緩慢釋放所導(dǎo)致。從圖4中可看出，經(jīng)過包硅處理后，ZGSC＠SiO2在激發(fā)后所存儲(chǔ)的能量增大，且衰減速度沒有變快。由此可看出，包硅處理可有效地提高ZGSC的余輝性能。

圖4 ZGSC和ZGSC＠SiO2的衰減曲線Fig.4 Decay curves of ZGSC and ZGSC＠ SiO2

為了消除背景熒光的干擾，本文還測定了ZGSC＠SiO2在 I＝I0/e時(shí)(取 300 μs)的時(shí)間分辨光譜(TR)，結(jié)果如圖5所示。從圖5中可以看出，在600～650 nm處，穩(wěn)態(tài)光譜基線明顯比時(shí)間分辨光譜的基線高，這是由于激發(fā)光源存在下的背景干擾。以695 nm處的熒光信號(hào)強(qiáng)度除以600 nm處的背景噪音強(qiáng)度，通過計(jì)算可得到穩(wěn)態(tài)下信噪比為5.9，時(shí)間分辨光譜中信噪比為42.7。可見利用時(shí)間分辨光譜，信噪比大幅提高，可有效地消除背景干擾，在時(shí)間分辨生物傳感等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

圖5 ZGSC＠SiO2在穩(wěn)態(tài)和時(shí)間分辨的發(fā)射光譜Fig.5 Steady state and time resolved emission spectra of ZGSC＠SiO2

3.3 測定條件優(yōu)化及選擇性實(shí)驗(yàn)

圖6 (a)ZGSC＠SiO2在不同pH值環(huán)境中的熒光強(qiáng)度；(b)不同濃度ZGSC＠SiO2水分散液的熒光強(qiáng)度。Fig.6 (a)Fluorescence intensity diagram of ZGSC＠ SiO2in different pH.(b)Fluorescence intensity of ZGSC＠SiO2water dispersion with different concentrations.

使用長余輝材料ZGSC＠SiO2作為熒光探針，其熒光強(qiáng)度會(huì)受到環(huán)境中pH值以及ZGSC＠SiO2在水分散液中濃度的影響，故需對(duì)以上兩種因素進(jìn)行考察優(yōu)化。為探究環(huán)境中不同pH值是否會(huì)對(duì)ZGSC＠SiO2熒光強(qiáng)度產(chǎn)生影響，本文分別測定了pH＝5～13的環(huán)境下ZGSC＠SiO2的熒光強(qiáng)度，結(jié)果如圖6(a)所示。在不同的pH環(huán)境中，ZGSC＠SiO2的熒光強(qiáng)度基本保持不變，不同pH值并不會(huì)對(duì)ZGSC＠SiO2的熒光性能產(chǎn)生較大影響，說明ZGSC＠SiO2具有良好的pH穩(wěn)定性，因此ZGSC＠SiO2可用于廣泛pH范圍內(nèi)的檢測。

為探究分散在水溶液中長余輝材料的濃度對(duì)熒光強(qiáng)度的影響，我們測定了不同濃度ZGSC＠SiO2的熒光發(fā)射光譜，取695 nm處的熒光強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖6(b)所示。隨著ZGSC＠SiO2濃度的不斷增大，其熒光強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后穩(wěn)定的趨勢。當(dāng)濃度為0.6 mg/mL時(shí)，ZGSC＠SiO2的熒光強(qiáng)度達(dá)到最大值；當(dāng)濃度大于0.6 mg/mL時(shí)，ZGSC＠SiO2的熒光強(qiáng)度逐漸趨于穩(wěn)定。因此，選擇0.6 mg/mL作為ZGSC＠SiO2測定的最佳濃度。

除此之外，為探究近紅外長余輝材料ZGSC＠SiO2檢測Fe3+的可行性，我們考察了本傳感系統(tǒng)的選擇性。分別配制了濃度為10-2mol/L的不同金屬離子溶液，加入一定量的ZGSC＠SiO2水分散液中混合，測定其熒光強(qiáng)度，從而探究常見陽離子 K+、Na+、Mg2+、Al3+、Zn2+、Fe2+、Cu2+、Cr3+、Co2+、NH4+、Mn2+、Ag+、Cd2+對(duì) ZGSC＠SiO2熒光性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。從圖7中可看出，加入其他常見陽離子后，ZGSC＠SiO2熒光強(qiáng)度沒有變化或變化不大，僅有Fe3+可使ZGSC＠SiO2熒光強(qiáng)度產(chǎn)生大幅猝滅的現(xiàn)象。加入濃度為10-2mol/L的Fe3+之后，長余輝材料ZGSC＠SiO2的熒光被大幅猝滅，其猝滅效率達(dá)到了96.72%。

圖7 加入不同陽離子后ZGSC＠SiO2的熒光強(qiáng)度圖Fig.7 Fluorescence intensity of ZGSC＠ SiO2in the presence of various ions

由此表明，長余輝材料ZGSC＠SiO2對(duì)Fe3+具有良好的選擇性，可用于實(shí)際樣品中Fe3+含量的選擇性檢測。Fe3+可使ZGSC＠SiO2產(chǎn)生熒光猝滅的原因可能是由于長余輝材料與Fe3+之間產(chǎn)生了光電子轉(zhuǎn)移。即由于ZGSC＠SiO2的表面含有大量的羥基，加入Fe3+后，ZGSC＠SiO2表面的羥基與Fe3+發(fā)生配位反應(yīng)，可能導(dǎo)致激子的非輻射復(fù)合概率增加，從而產(chǎn)生猝滅效應(yīng)[28-31]。

3.4 Fe3+的定量測定及標(biāo)準(zhǔn)曲線制作

基于Fe3+可使ZGSC＠SiO2產(chǎn)生熒光猝滅的現(xiàn)象，本研究建立了一種快速檢測Fe3+的傳感方法。為了探究Fe3+溶液的濃度與ZGSC＠SiO2熒光強(qiáng)度之間的關(guān)系，向ZGSC＠SiO2中加入濃度為0～10-2mol/L的Fe3+溶液后，測定了ZGSC＠SiO2在254 nm激發(fā)時(shí)的發(fā)射光譜，如圖8(a)所示。從圖中可以看出，隨著 Fe3+的濃度在0～10-2mol/L之間不斷地增大，ZGSC＠SiO2的熒光強(qiáng)度逐漸減弱，猝滅程度逐漸增大。選取695 nm處的熒光強(qiáng)度與Fe3+的濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如圖8(b)所示。在50～800 μmol/L之間，熒光強(qiáng)度與Fe3+之間具有良好的線性關(guān)系，線性方程為y＝ -6.4×104×lgC-1.9×105(R2＝0.998 5)，其中y為ZGSC＠SiO2的熒光強(qiáng)度，lgC為Fe3+濃度的對(duì)數(shù)。重復(fù)測定3次以上，200 μmol/L Fe3+的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為2.18%，檢出限為25.12 μmol/L。因此，本文構(gòu)建的熒光傳感體系可用于Fe3+的檢測。

圖8 (a)與不同濃度Fe3+溶液混合后ZGSC＠SiO2的發(fā)射光譜；(b)檢測Fe3+的標(biāo)準(zhǔn)曲線。Fig.8 (a)Fluorescence emission spectra of ZGSC＠ SiO2in the presence of Fe3+with different concentration.(b)Relationship between the fluorescence intensity of ZGSC＠SiO2and concentration of Fe3+.

3.5 實(shí)際樣品的測定

為驗(yàn)證采用長余輝材料ZGSC＠SiO2用于檢測Fe3+含量的可行性，本文選用了市面上3種常見市售補(bǔ)鐵口服液作為實(shí)際樣品，樣品為1種乳酸亞鐵口服液和2種鈣鐵鋅口服液。分別測定了與不同實(shí)際樣品混合之后，ZGSC＠SiO2的穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜以及關(guān)閉激發(fā)光源后I＝I0/e(取300 μs)時(shí)的時(shí)間分辨光譜，結(jié)果如圖9(a)、(b)所示。從圖9(a)、(b)中可看出，隨著樣品中Fe3+的濃度增加，ZGSC＠SiO2的熒光猝滅程度均逐漸增大。分別對(duì)兩種光譜的信噪比進(jìn)行計(jì)算，穩(wěn)態(tài)下的信噪比為5.3，時(shí)間分辨光譜中的信噪比為33.4，說明采用時(shí)間分辨技術(shù)檢測鐵含量的信噪比明顯提高。通過圖9(a)與(b)的對(duì)比可看出，時(shí)間分辨光譜有效地消除了背景干擾，實(shí)現(xiàn)了免實(shí)時(shí)激發(fā)檢測。

圖9 (a)加入不同樣品時(shí)的ZGSC＠SiO2的穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜；(b)與不同樣品混合后的ZGSC＠SiO2的時(shí)間分辨光譜。Fig.9 (a)Emission spectra of ZGSC＠ SiO2in different samples.(b)Time-resolved spectra of ZGSC＠SiO2 in different samples.

為了驗(yàn)證所構(gòu)建的傳感體系的實(shí)用性，本研究利用ZGSC＠SiO2/Fe3+傳感體系檢測了3種實(shí)際樣品中的總鐵含量和Fe3+含量，并進(jìn)行了加標(biāo)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1、表2所示。表1為實(shí)際樣品中的總鐵含量和Fe3+含量的測定結(jié)果。從表1中可看出，本方法測得的實(shí)際樣品中總鐵含量與標(biāo)注的總鐵含量較為相符，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明實(shí)際樣品中Fe3+的含量較高，均大于總鐵含量的60%。實(shí)際樣品中總鐵含量的RSD為2.416%～3.808%，F(xiàn)e3+含量的RSD為3.263%～4.296%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，采用本研究構(gòu)建的熒光探針檢測實(shí)際樣品中Fe3+含量具有良好的重現(xiàn)性。

對(duì)實(shí)際樣品中的總鐵含量以及Fe3+含量分別進(jìn)行了加標(biāo)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。從表2中可看出，3種實(shí)際樣品中總鐵含量的平均加標(biāo)回收率為99.00%～99.79%，F(xiàn)e3+含量的平均加標(biāo)回收率為99.90%～102.69%，測定結(jié)果符合測定要求，說明采用ZGSC＠SiO2/Fe3+傳感體系檢測Fe3+的含量是可行的。除此之外，還可根據(jù)所測得的總鐵含量以及Fe3+的含量計(jì)算出實(shí)際樣品中的有效組分Fe2+含量，且實(shí)際樣品中Fe2+的含量較少，因此可說明在補(bǔ)鐵口服液的生產(chǎn)、運(yùn)輸及儲(chǔ)存過程中，F(xiàn)e2+被大量氧化成Fe3+?？梢姳痉椒ㄒ部捎糜谘a(bǔ)鐵口服液中有效價(jià)態(tài)Fe2+的質(zhì)量控制檢測。

通常大多數(shù)采用熒光分析法檢測Fe3+都需要實(shí)時(shí)激發(fā)，而常見的補(bǔ)鐵口服液的成分較為復(fù)雜，測定時(shí)存在強(qiáng)本底干擾，無法避免激發(fā)光和自體熒光的干擾[8]。與常見的補(bǔ)鐵試劑中Fe3+含量的檢測方法相比，本方法的優(yōu)勢是可同時(shí)檢測Fe3+和Fe2+含量，操作簡單，簡化了前處理過程。并且由于長余輝材料具有獨(dú)特的余輝性能，可采用時(shí)間分辨技術(shù)實(shí)現(xiàn)免實(shí)時(shí)激發(fā)檢測，避免激發(fā)光造成的干擾，對(duì)于成分復(fù)雜的補(bǔ)鐵藥品采用時(shí)間分辨技術(shù)可有效避免其本底干擾，有利于補(bǔ)鐵藥品中鐵含量的檢測。

表1 樣品中總鐵含量和Fe3+含量的測定結(jié)果Tab.1 Determination results of total iron content and Fe3+in the samples

表2 樣品中總鐵含量和Fe3+含量加標(biāo)回收的測定結(jié)果Tab.2 Recovery test results of total iron content and Fe3+in the sample

4 結(jié) 論

本研究采用水熱法合成了納米級(jí)的近紅外長余輝材料 ZnGa2O4∶Cr3+，Sn4+，并對(duì)其進(jìn)行了表面包硅處理得到ZGSC＠SiO2，有效提高了長余輝材料在水中的分散性。對(duì)長余輝材料的晶體結(jié)構(gòu)和余輝性能進(jìn)行表征分析，考察了其余輝特性?；贔e3+可使長余輝材料ZGSC＠SiO2發(fā)生熒光猝滅現(xiàn)象，本文構(gòu)建了新型熒光傳感體系用于Fe3+含量的檢測，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)3種補(bǔ)鐵口服液樣品中總鐵含量的檢測以及Fe3+含量的檢測。與其他檢測方法相比，本方法可通過測定實(shí)際樣品中的總鐵含量以及Fe3+含量，實(shí)現(xiàn)Fe3+與Fe2+的同時(shí)檢測，可應(yīng)用于補(bǔ)鐵口服液中有效價(jià)態(tài)Fe2+的質(zhì)量控制。本方法具有信噪比高、無背景干擾、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。并且采用時(shí)間分辨技術(shù)測定實(shí)際樣品中的鐵含量，有效地避免了激發(fā)光的背景干擾以及復(fù)雜樣品中的本底干擾，在保健品及復(fù)雜的生物樣品中鐵含量的檢測方面都具有廣泛的應(yīng)用前景。