CdTe量子點(diǎn)與鹽酸克倫特羅的相互作用研究

張建坡，白文鳳，孟雨萱

(吉林化工學(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)

鹽酸克侖特羅通常作為一種強(qiáng)效激動(dòng)劑，在臨床中用于治療哮喘，30 pg即可對(duì)支氣管平滑肌起到強(qiáng)而持久的作用，具有良好的平喘效果.近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)其可以抑制動(dòng)物的脂肪生成，從而提升瘦肉含量，因而被用于豬等牲畜的飼養(yǎng)，即俗稱的瘦肉精.但畜牧生產(chǎn)上瘦肉精的濫用，會(huì)造成在肉制品中殘留的瘦肉精含量超標(biāo)，對(duì)食用者產(chǎn)生直接的毒副作用，危及人類健康[1-2].目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)鹽酸克侖特羅含量測(cè)定的常用方法包括如下幾種：HPLC、GC-MS、液相色譜-質(zhì)譜法(LC-MS)、ELISA、毛細(xì)管電泳法(CE)等[4-8].這些方法各有自身的優(yōu)勢(shì)，但也都存在明顯的不足，如HPLC法定量準(zhǔn)確，但前處理過(guò)程復(fù)雜、耗時(shí)費(fèi)力、儀器昂貴；ELISA法分析快速、方法簡(jiǎn)單，但抗體和酶儲(chǔ)存條件較嚴(yán)格，且假陽(yáng)性結(jié)果易發(fā)生.因此，建立一種新型的靈敏、準(zhǔn)確和快速的鹽酸克侖特羅檢測(cè)方法對(duì)于保障人類身體健康具有重要意義.

近年來(lái)，量子點(diǎn)作為一種新型熒光納米探針[9-10]，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)有機(jī)染料的一些缺陷，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于致病菌、生物毒素、農(nóng)藥殘留、獸藥殘留和重金屬等食品安全檢測(cè)領(lǐng)域.目前已經(jīng)報(bào)道的利用熒光材料對(duì)鹽酸克倫特羅的定量分析，大多基于鹽酸克倫特羅對(duì)熒光材料的熒光猝滅作用，而鹽酸克倫特羅對(duì)CdTe量子點(diǎn)熒光增強(qiáng)作用的研究還鮮有報(bào)道.本論文研究發(fā)現(xiàn)，將鹽酸克倫特羅加入到CdTe量子點(diǎn)中，會(huì)引起CdTe量子點(diǎn)熒光發(fā)射強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，通過(guò)分析CdTe量子點(diǎn)最大熒光發(fā)射強(qiáng)度的變化規(guī)律，建立了一種簡(jiǎn)單、快速、靈敏度高和選擇性好的分析方法.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

電子天平(上海精天電子儀器有限公司)；干燥箱(中國(guó)東一電器廠)；W2-100S恒溫水浴鍋(上海申生科技有限公司)；熒光分光光度計(jì)(天津港東F-280)；80-1離心沉淀器(江蘇省金壇市正端儀器有限公司).

氫氧化鈉、無(wú)水氯化鈣、氯化鈉購(gòu)自天津市大茂化學(xué)廠；巰基丙酸購(gòu)自天津市北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；硼氫化鈉、磷酸氫二鈉、氯化鎘、碲粉均購(gòu)自天津市永大化學(xué)試劑有限公司；鹽酸

克倫特羅購(gòu)自北京化學(xué)公司.所有藥品規(guī)格都為分析純，未經(jīng)過(guò)任何處理.

1.2 CdTe量子點(diǎn)的制備方法

在圓底燒瓶中加入6 mL水，再加入稱取得到17 mg Te粉和51 mg NaHB4，室溫下攪拌，得到淺粉色NaHTe水溶液，備用.在250 mL三頸燒瓶中加入50 mg CdCl2和100 mL去離子水溶解，通N230 min除氧，加入40 μL巰基丙酸，用2 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值至10.將新制備的NaHTe水溶液加入到N2保護(hù)下的CdCl2溶液中，溶液的顏色變成橙黃透明，室溫?cái)嚢?0 min，回流加熱2 h，丙酮沉淀，離心，乙醇洗滌3次，80 ℃干燥得固體，復(fù)溶于100 mL蒸餾水中，4 ℃保存?zhèn)溆?

1.3 CdTe量子點(diǎn)與鹽酸克倫特羅的相互作用研究

工作曲線的繪制：在2 mL PBS緩沖液(pH 7.2)中加入0.1 mL CdTe量子點(diǎn)，依次向該溶液中加入10～100 μL鹽酸克倫特羅標(biāo)準(zhǔn)溶液.室溫下孵育30分鐘，測(cè)熒光發(fā)射光譜.激發(fā)波長(zhǎng)為380 nm，激發(fā)、發(fā)射波長(zhǎng)的狹縫均為5.0 nm.

實(shí)際樣品分析：向2 mL PBS緩沖液(pH 7.2)中加入0.1 mL CdTe量子點(diǎn)，再加入10 μL待分析樣品，測(cè)得熒光發(fā)射光譜，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中所含鹽酸克倫特羅的濃度.

2 結(jié)果與討論

2.1 CdTe量子點(diǎn)的表征

如圖1所示，選取反應(yīng)溫度為100 ℃，溶液的pH =10，CdTe量子點(diǎn)的熒光最大發(fā)射波長(zhǎng)會(huì)隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，發(fā)生有規(guī)律的紅移，從524 nm紅移至605 nm，說(shuō)明量子點(diǎn)粒徑在逐漸變大(基于量子尺寸效應(yīng)).而CdTe量子點(diǎn)的熒光發(fā)射強(qiáng)度先增大再減小，加熱2 h時(shí)熒光發(fā)射強(qiáng)度最大.這是因?yàn)樵诮o定的單體濃度下，存在一個(gè)臨界尺寸，粒徑小于臨界尺寸的納米晶體有負(fù)的生長(zhǎng)速率(溶解)，而粒徑大于臨界尺寸的晶體的生長(zhǎng)速率強(qiáng)烈依賴于粒徑.當(dāng)溶液中的納米粒子的粒徑都比臨界尺寸稍大時(shí)，粒徑較小的納米粒子生長(zhǎng)速度較快，粒徑較大的納米粒子生長(zhǎng)速度較慢，粒徑分布趨于均勻一致，這就是粒徑聚焦階段.隨著顆粒逐漸長(zhǎng)大，單體濃度減小，這時(shí)臨界尺寸增大，比粒徑臨界尺寸小的顆粒有負(fù)的增長(zhǎng)速率，隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)開始溶解，導(dǎo)致這些顆?？s小或最終消失，而粒徑比臨界尺寸大的顆粒繼續(xù)增長(zhǎng)，所以粒徑分布變寬.這就是Ostwald熟化或稱為粒徑散焦階段.

加熱時(shí)間/h

圖2a為最大熒光發(fā)射波長(zhǎng)為525 nm的CdTe量子點(diǎn)的透射電鏡照片(合成條件為：pH值為10，加熱溫度為100 ℃，加熱時(shí)間為90 min).從圖中可以看出，CdTe量子點(diǎn)的形貌接近球形，平均粒徑約為2.7 nm，通過(guò)透射電鏡分析軟件(digital micrograph軟件)可知晶格間距為0.38 nm，為 CdTe的(111)的衍射面.圖2b為選定CdTe量子點(diǎn)在自然光和紫外光下的發(fā)光照片，顯示所合成的CdTe量子點(diǎn)在紫外光照射下具有良好的熒光發(fā)光性能.以上說(shuō)明成功地合成了CdTe量子點(diǎn).

a 電鏡圖

2.2 鹽酸克倫特羅與量子點(diǎn)的相互作用

2.2.1 作用機(jī)理

當(dāng)將鹽酸克倫特羅加入到CdTe量子點(diǎn)溶液中后，CdTe量子點(diǎn)的熒光發(fā)射強(qiáng)度發(fā)生了明顯的增強(qiáng).這是因?yàn)樵谠擉w系中，鹽酸克侖特羅分子中存在—OH和—NH—，CdTe量子點(diǎn)表面上存在著羧基.羧基和—NH—基團(tuán)表面的氧原子均具有較強(qiáng)的電負(fù)性，通過(guò)氫鍵形成了CdTe量子點(diǎn)與鹽酸克倫特羅的復(fù)合物，從而降低了量子點(diǎn)的表面缺陷，因而其熒光發(fā)射強(qiáng)度增大了.

2.2.2 定量分析

定量分析見圖3.

t/min

首先研究了pH值和孵育時(shí)間對(duì)該傳感器體系的影響，并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化.圖3a顯示(F和F0分別為CdTe量子點(diǎn)溶液加入鹽酸克倫特羅和未加入時(shí)的熒光強(qiáng)度)，該傳感器系統(tǒng)的F/F0在10～30 min內(nèi)逐漸升高，30 min后F/F0值趨于穩(wěn)定，變化可以忽略不計(jì)，所以培育時(shí)間選為30 min.圖3b顯示該傳感器系統(tǒng)的F/F0隨著pH值的升高先增加后減小，并在pH值為7.2時(shí)達(dá)到最大值.且CdTe量子點(diǎn)的穩(wěn)定性在中性和堿性溶液中是最穩(wěn)定的，因此選擇pH值為7.2做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)條件.為了簡(jiǎn)便操作，選擇室溫作為實(shí)驗(yàn)條件.

在最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，將鹽酸克倫特羅溶液(濃度依次為0.5～3 nmol·L-1)加入到CdTe量子點(diǎn)溶液中.熒光光譜測(cè)定結(jié)果如圖4a所示，F(xiàn)/F0與鹽酸克倫特羅濃度呈良好的線性關(guān)系.如圖4b所示，相應(yīng)的回歸系數(shù)為0.983 3，線性回歸方程為F/F0=0.397 0Cclenbuterol+1.024.方程LOD=(3.3σ/k)用于計(jì)算檢測(cè)限，其中σ是回歸線的y軸截距的標(biāo)準(zhǔn)偏差，k是校準(zhǔn)曲線的斜率，由上圖計(jì)算得到鹽酸克倫特羅最低檢出限為0.340 2 nmol·L-1.

Wavelength/nm

在測(cè)定實(shí)際樣品前，探討了該方法的特異性.結(jié)果表明，在最優(yōu)條件下，BSA、葡萄糖、尿素、沙丁胺醇(Salb)、Na+、蔗糖、萊克多巴胺(Ract)和K+等物質(zhì)對(duì)該反應(yīng)體系的熒光強(qiáng)度影響不大，未觀察到CdTe量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度的明顯變化，說(shuō)明該方法對(duì)鹽酸克倫特羅檢測(cè)具有良好的選擇性.

2.2.3 豬肉中瘦肉精含量分析

將該方法用于豬肉中瘦肉精含量的分析，豬肉購(gòu)自市場(chǎng)，檢測(cè)前進(jìn)行了脫脂處理.采用標(biāo)準(zhǔn)加入法，對(duì)豬肉樣品中鹽酸克倫特羅含量進(jìn)行了分析，從而得到檢測(cè)的回收率.如表1所示，在水和豬肉樣品中分別加入鹽酸克倫特羅標(biāo)準(zhǔn)溶液，使其濃度依次為1 ng·mL-1，2 ng·mL-1和3 ng·mL-1的.鹽酸克倫特羅的回收率在98.4%～100.3%之間，RSD范圍為1.8%～3.1%.檢測(cè)結(jié)果表明，CdTe量子點(diǎn)在豬肉樣品中對(duì)鹽酸克倫特羅的定量分析具有很大的潛力.

表1 鹽酸克倫特羅的分析結(jié)果 /(μmol·mL-1)

3 結(jié) 論

成功地制備了具有良好熒光發(fā)光性能的CdTe量子點(diǎn)，并基于鹽酸克倫特羅對(duì)CdTe量子點(diǎn)顯著的熒光增強(qiáng)作用，建立了一種定量分析鹽酸克倫特羅的熒光分析方法.將該方法用于實(shí)際樣品中鹽酸克倫特羅的定量分析，研究結(jié)果表明該方法具有良好的選擇性和回收率.本研究為進(jìn)一步開發(fā)設(shè)計(jì)可用于鹽酸克倫特羅定量分析的熒光傳感器提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù).