木香熒光探針的制備及其對(duì)苦味酸的檢測

顏 爽，劉 丹，唐瑞韓

(四川文理學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，四川 達(dá)州 635000)

碳量子點(diǎn)(Carbon Dots，CDs)由于原料來源廣泛，制備方法多樣，成本低但生物兼容性良好，光學(xué)性能強(qiáng)及表面易修飾等優(yōu)點(diǎn)被廣泛運(yùn)用于醫(yī)學(xué)成像、化學(xué)生物傳感等多種領(lǐng)域.苦味酸(2，4，6-三硝基苯酚，Picric Acid，PA)，是一種常見的毒性物質(zhì)，由于廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、燃料等工業(yè)生產(chǎn)中，可通過吸入、食入或皮膚吸收等途徑引起炎癥、中毒、頭暈、發(fā)熱等癥狀，是造成環(huán)境污染的有毒物質(zhì)之一，同時(shí)有研究發(fā)現(xiàn)PA會(huì)導(dǎo)致人類癌癥的發(fā)生，故實(shí)現(xiàn)PA的有效檢測刻不容緩.現(xiàn)代PA檢測方法多樣，[1-3]常見有熒光探針檢測法、液液萃取高效液相色譜分析法、綠色熒光金銅合金納米簇檢測法、以及配位物檢測法等.其中，熒光分析法因其操作簡便、投入成本低，被廣泛用于PA檢測.天然中藥材成分復(fù)雜，內(nèi)含多種具有良好發(fā)光性能的化學(xué)結(jié)構(gòu)，是制備天然碳點(diǎn)的首選原料.[4-5]本研究以木香為碳源，利用燃燒法制備了一種新型熒光碳點(diǎn)，研究結(jié)果顯示木香碳點(diǎn)對(duì)PA的識(shí)別和檢測表現(xiàn)出較高活性.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

主要儀器：熒光分光光度計(jì)(日立F-2700 )；電熱鼓風(fēng)干燥箱；

所用試劑：不同pH值的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)均為實(shí)驗(yàn)室自制；中藥材木香采購自藥店；實(shí)驗(yàn)中所有實(shí)驗(yàn)試劑除特別說明外均為分析純，實(shí)驗(yàn)用水均使用UP級(jí)蒸餾水.

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1碳點(diǎn)的制備

用木香通過燃燒法制備碳點(diǎn).稱取適量木香，打成粉末，將木香粉末置于40 ℃烘箱中干燥4 h，取出，研磨過四號(hào)篩.燃燒木香粉末，收集木香燃燒產(chǎn)生的煙，并將其用蒸餾水溶解至100 mL容量瓶中，超聲至完全溶解.

1.2.2熒光探針的制備

用移液管精密移取上述制得的木香碳點(diǎn)溶液400 μL，加入1 mL磷酸鹽緩沖溶液(PBS)充分混合，搖勻，靜置3 min左右即可.

1.2.3苦味酸的熒光檢測

室溫條件下，對(duì)溶液中的苦味酸進(jìn)行檢測.取不同濃度的苦味酸溶液，加入配置好的木香碳點(diǎn)-緩沖液，攪拌均勻，室溫下反應(yīng)3分鐘左右后，在最佳激發(fā)波長330 nm處進(jìn)行測定，并觀察其熒光變化情況.

2 結(jié)果與討論

2.1 碳點(diǎn)的熒光變化

本實(shí)驗(yàn)在最佳激發(fā)波長330nm處，設(shè)置電壓為400V，加入不同濃度苦味酸，使探針的熒光值隨著加入濃度的增加而降低，在濃度范圍為8×10-7mol/L～1.41×10-5mol/L之間，熒光變化值呈線性關(guān)系，方法檢出限為0.22μmol/L.

2.2 實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化

2.2.1 pH的優(yōu)化

精密移取500μL木香碳點(diǎn)溶液，加入1mL不同pH的PBS緩沖液，混勻后，再加入1 mL 4×10-3mol/LPA，定容至5 mL處.加入不同pH的磷酸鹽緩沖液后，樣本的熒光值出現(xiàn)明顯變化，測定結(jié)果如圖1所示.結(jié)果表明，該體系在pH為6.4時(shí)，PA對(duì)熒光的猝滅效果最為顯著，可初步確定該體系的最佳pH為6.4.

圖1 pH的優(yōu)化

2.2.2碳點(diǎn)量的優(yōu)化

在pH為6.4的實(shí)驗(yàn)條件下，探究碳點(diǎn)量對(duì)該實(shí)驗(yàn)的影響.碳點(diǎn)用量的不同，會(huì)直接影響熒光探針的熒光響應(yīng)，當(dāng)再加入相同濃度的PA溶液后，熒光的變化值存在顯著差異，測定顯示結(jié)果如圖2所示.隨著加入的碳點(diǎn)量的增加，熒光變化值先緩緩升高，再慢慢降下，在碳點(diǎn)量為400 μL時(shí)，熒光變化量最顯著.

圖2 碳點(diǎn)量的優(yōu)化

2.2.3響應(yīng)時(shí)間的優(yōu)化

在pH為6.4時(shí)，加入400 μL碳點(diǎn)，選用4×10-3mol/L的苦味酸，定容至5 mL，測定本體系在不同時(shí)間下的熒光值，實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果如圖3所示，測定結(jié)果表明，在加入苦味酸大概3 min左右時(shí)，整個(gè)體系的熒光值趨于穩(wěn)定，基本無上下波動(dòng).由此可見，實(shí)驗(yàn)采用的木香熒光探針的靈敏度高，且響應(yīng)快，實(shí)用價(jià)值高.

圖3 響應(yīng)時(shí)間的優(yōu)化

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

本試驗(yàn)確定的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件下，加入不同梯度濃度的苦味酸，隨著苦味酸濃度的增加，熒光探針的熒光值會(huì)降低或在某一小范圍內(nèi)有增高的趨勢，但總體是呈現(xiàn)一個(gè)下降趨勢.在多次實(shí)驗(yàn)后，確定在苦味酸濃度為8×10-7mol/L ～ 1.4×10-5mol/L之間時(shí)，熒光變化值呈線性關(guān)系，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4a、圖4b所示，線性方程為y=-5454.28571x+5231.42857，R2=0.99942，結(jié)果表明線性關(guān)系良好，且檢出限為0.22 μmol/L.

圖4a 探針熒光值變化

圖4b 標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.4 探針選擇性和抗干擾性能的討論

在確定了最佳實(shí)驗(yàn)條件后，本研究考察了PA和9種常見金屬離子對(duì)熒光探針的作用，為了探究本實(shí)驗(yàn)所制備的熒光探針是否能夠選擇性識(shí)別苦味酸，實(shí)驗(yàn)采用的研究方法為控制變量法，在已確定的最佳實(shí)驗(yàn)條件的前提下，分別加入等量的濃度為4×10-4mol/L的PA，以及基本等量的金屬離子溶液，對(duì)比熒光值的變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5、圖6所示.在加入苦味酸后，木香碳點(diǎn)的熒光強(qiáng)度呈現(xiàn)較為顯著下降趨勢.由于金屬離子本身對(duì)熒光物質(zhì)的熒光具有一定的猝滅作用，加入上述九種金屬離子后會(huì)使木香碳點(diǎn)的熒光強(qiáng)度略微下降，但不干擾苦味酸的檢測.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以木香為原料的熒光探針對(duì)苦味酸有特異性識(shí)別能力，且不易受其他的金屬離子存在的影響，抗干擾性能好.

圖5 熒光探針的選擇性

圖6 熒光探針的抗干擾性能

3 實(shí)際應(yīng)用

為考察本熒光探針對(duì)實(shí)際水樣的檢測效果，本研究對(duì)達(dá)州沱江與實(shí)驗(yàn)室自來水中的苦味酸(PA)含量進(jìn)行檢測.采用加樣回收法測得結(jié)果如表1所示.測定結(jié)果表明，實(shí)際水樣中沒有檢測到苦味酸的存在，回收率在96.4%～103.57%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.57%～2.82%之間，表明利用木香熒光碳點(diǎn)檢測實(shí)際水樣中的苦味酸的含量的方法為可行.

表1 沱江和自來水中PA的測定

結(jié) 論

采用燃燒法通過收集木香燃燒的煙制備碳點(diǎn)，制備方法簡單，原料采用天然中藥材，不污染環(huán)境，無毒無害.該熒光碳點(diǎn)的最大激發(fā)波長在330nm處，加入一定體積的PBS緩沖液制成的熒光探針可用于苦味酸的檢測.該探針具有選擇性高、抗干擾能力強(qiáng)以及靈敏度良好等優(yōu)點(diǎn).將制備的木香熒光探針用于實(shí)際水樣的檢測，加樣回收率為98.83%，RSD小于2%，說明該方法適用于水樣中苦味酸(PA)的檢測，為環(huán)境檢測中PA的測定提供了新的方法.同時(shí)，為運(yùn)用中藥材自身性質(zhì)檢測中藥材中重金屬的含量的研究奠定了基礎(chǔ).