量子點與多環(huán)芳烴復(fù)合體系熒光共振能量轉(zhuǎn)移的研究

胡清，鐘麗錦，付冬雪，楊媚越，姜強(qiáng)，張大偉*

[1.南方科技大學(xué)環(huán)境學(xué)院，廣東 深圳 518055；2.北京環(huán)丁環(huán)保大數(shù)據(jù)研究院，北京 100083；3.芯視界（北京）科技有限公司，北京 100083]

地下水是人類生活和生產(chǎn)中最主要的用水來源之一，近年來隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下水污染也變得越來越嚴(yán)重[1，2]。在污染源中，萘、芘、苯并芘、熒蒽等多環(huán)芳烴（PAHs）有機(jī)污染物具有高度的穩(wěn)定性和脂溶性，導(dǎo)致它們在環(huán)境中難以降解和遷移[3，4]。這使得它們可以長期存在于地下水中，對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康造成潛在的危害[5]。目前，針對地下水中PAHs 的檢測方法有很多，其中熒光光譜法具有高靈敏度、高選擇性、快速實時性、非破壞性和多參數(shù)分析等優(yōu)勢[6，7]，是一種常用的方法。但是對于準(zhǔn)確測定目標(biāo)有機(jī)物還存在一定的難題，因此建立合適的檢測方法是解決PAHs 污染問題的最好方式。

量子點（QDs）具有特殊的能帶結(jié)構(gòu)，在受到激發(fā)后能夠發(fā)生電子躍遷，產(chǎn)生特定的光譜特性[8，9]。其發(fā)射光譜具有窄和對稱的特點，而且連續(xù)可調(diào)、穩(wěn)定性高，因此引起了研究者的廣泛關(guān)注。通過將量子點與特定的PAHs 結(jié)合，可以建立一種快速、簡單、無損的檢測方法，實現(xiàn)對PAHs 的定量分析。具體來講就是量子點與PAHs 在一定條件下發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）[10]。能量轉(zhuǎn)移后，PAHs 熒光強(qiáng)度降低，而量子點熒光強(qiáng)度增強(qiáng)或猝滅[11]。通過測量量子點由能量共振轉(zhuǎn)移引起的熒光強(qiáng)度變化，就可以實現(xiàn)對PAHs 的定量分析。

紅色代辦員是企業(yè)與政府的“中間人”，每個代辦項目均由專人負(fù)責(zé)材料準(zhǔn)備、流程圖制定、組織協(xié)調(diào)、全程指導(dǎo)、跟蹤督促、疑難會商，實行“一對一”審批跟蹤服務(wù)，建立全程代辦工作臺賬和日志。實現(xiàn)項目審批由“企業(yè)跑”向“政府跑”轉(zhuǎn)變。

本文合成了水溶性CdZnSeS/ZnS 和CdSe/CdS/ZnS量子點，與典型多環(huán)芳烴（萘、芘、苯并芘、熒蒽）復(fù)合構(gòu)建FRET 體系，探討了量子點-PAHs 復(fù)合體系的部分參數(shù)。數(shù)據(jù)結(jié)果表明，量子點與4 種PAHs 之間存在FRET 作用，而且在CdZnSeS/ZnS 量子點-芘/苯并芘復(fù)合體系中，量子點熒光變化幅度與芘/苯并芘濃度在一定范圍內(nèi)存在線性關(guān)系，這證明通過構(gòu)建量子點-PAHs FRET 體系，可以實現(xiàn)對地下水中PAHs 的定量分析。

1 實驗部分

1.1 主要實驗試劑

硒粉（Se，純度99.999%，200 目）、硫粉（S，純度99.999%）、三正辛基膦（TOP，純度90%）、氧化鎘（CdO，純度99.99%）、醋酸鋅（ZnAc，純度99.98%）、油酸（OA，純度99%）、十八烯（ODE，純度90%）、己烷（純度99%）、乙醇（純度99.7%）、巰基丙酸（純度98%）、三正辛胺（TOA，純度98%）、1-辛硫醇（純度98.5%）、萘（純度99%）、芘（純度95%）、苯并芘（96%）、熒蒽（純度98%）均在伊諾凱科技有限公司購買。實驗所用蒸餾水為去離子水。

1.2 合成方法

量子點溶液：對所得水相量子點固體晾干稱重，用去離子水溶解并稀釋至2000 μg/L 配成標(biāo)準(zhǔn)液。標(biāo)準(zhǔn)液與去離子水按照體積比1∶1 混合，獲得量子點含量為1000 μg/L 的溶液。有機(jī)待測物溶液：有機(jī)待測物標(biāo)準(zhǔn)液與去離子水按照體積比1∶1 混合，獲得有機(jī)待測物含量為500μg/L 的溶液。芘與量子點的混合液：先于樣品瓶中分別將芘標(biāo)準(zhǔn)液稀釋至100/200/400/600/800μg/L，再取量子點標(biāo)準(zhǔn)液1mL 與1mL 上述不同濃度有機(jī)待測物溶液混合，分別獲得芘含量為50/100/200/300/400μg/L 的混合溶液。苯并芘與量子點的混合液：先于樣品瓶中分別將苯并芘標(biāo)準(zhǔn)液稀釋至25/50/100/200/300/400μg/L，再取量子點標(biāo)準(zhǔn)液2mL 與1mL 上述不同濃度有機(jī)待測物溶液混合，分別獲得苯并芘含量為8.33/16.7/33.3/66.7/100/133.3μg/L的混合溶液。

此外，因為此次研究只是探索性研究，還存在一些局限性，如周期短，樣本量小等，因此研究結(jié)果不一定具有代表性。但是本研究的結(jié)果可以為將來大樣本研究提供假設(shè)，并為探究將自動批改系統(tǒng)與人工反饋相結(jié)合的寫作教學(xué)模式提供新思路。

1.3.2 測試溶液的配制

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制及光譜測試

1.3.1 萘、芘、苯并芘、熒蒽標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

（2）有機(jī)物光譜測試：將待測溶液放入比色皿中，采集亮燈光譜數(shù)據(jù)。關(guān)閉光源，在同一曝光時間下，采集關(guān)燈條件下的光譜值。

她不僅在農(nóng)科校打響，在鄉(xiāng)政府內(nèi)也起到意想不到的作用。何副書記在她面前很莊重，而且不再松松垮垮，各站也不在上班時間打撲克了。因為她非要何副書記定幾條《規(guī)章制度》《懲罰條例》不可。奇怪的是，何副書記對她言聽計從，馬上照辦。然而令人費解的是，李文和幾個放蕩慣了的人對她心懷不滿，背后說她壞話時，何副書記卻聽之任之，充耳不聞，置之不理。

有報道,因子宮異常造成的習(xí)慣性流產(chǎn)占1.8%~37.6%,是晚期流產(chǎn)的常見原因。子宮異常包括先天畸形、子宮肌瘤、宮腔粘連、內(nèi)膜息肉等。對復(fù)發(fā)性流產(chǎn)婦女進(jìn)行輸卵管子宮碘油造影或?qū)m腔鏡檢查發(fā)現(xiàn),Mtillerian管畸形占8%~10%,其引起習(xí)慣性流產(chǎn)的原因可能為:胚胎和胎盤的血管化不充分,宮腔體積減小或?qū)m頸功能不全[4-6]。經(jīng)驗豐富的B超醫(yī)生對子宮畸形的診斷有較高的敏感性,三維超聲的診斷價值似乎很有前途,因為它不僅可以診斷子宮畸形,還可以對畸形進(jìn)行分類,甚至可取代診斷性的宮腔鏡和腹腔鏡檢查。

水溶性CdZnSeS/ZnS 量子點參照文獻(xiàn)[12]合成：1）將1.4/7.0mmol 的Se/S 溶解在4.5mL 的TOP 中，充入氮氣超聲，充分溶解，得到澄清透亮的Se/S 前驅(qū)體。2）在250mL 三口瓶中依次加入0.4mmolCdO、8.0mmolZnAc、35.0mLODE、5.0mLOA。通入N2，將溶液加熱到250℃得到澄清透亮的Cd-OA 前驅(qū)體。3）升溫到300℃，注入Se/S-TOP，10min 后停止加熱。4）通過使用己烷和乙醇的組合溶劑進(jìn)行離心，重復(fù)三次得到量子點固體。5）稱取量子點固體，用正己烷配制成10g/L 的量子點溶液；稱取巰基丙酸，用去離子水配制成10g/L 的水相配體溶液。量取2mL量子點溶液、2mL 水相配體溶液置于容器中，量子點溶液與水相配體溶液分層，離心分離，得到水溶性量子點固體。

1.4 溶液的熒光光譜測試

（1）本底溶液測試：將本底溶液放置于比色皿中，打開光源，使光源出光，采集亮燈光譜數(shù)據(jù)。在同一曝光時間下，采集關(guān)燈條件下的光譜值。

水溶性CdSe/CdS/ZnS 量子點參照文獻(xiàn)[13]合成：1）在100mL 三口瓶中依次加入0.4mmolCdO、4mmolOA 和5.0mLTOA，通入N2，將溶液加熱至150℃除去水氣。2）將溶液加熱至300℃，溫度穩(wěn)定后，注入0.05mL、2M 的Se/S-TOP。3）2min 后，將1.5mL 的S 前驅(qū)體（210μL 的1-辛硫醇溶于6mL 的TOA）以90s 的時間注入溶液。繼續(xù)加熱40min，直到反應(yīng)完成。4）將4mL 鋅前驅(qū)體（0.25M、0.92g 的ZnAc 在100℃的條件下溶解于3.15mL 的OA 中）以2min 的時間注入溶液，然后迅速注入1.75mL 硫前驅(qū)體（1.12mL 的1-辛硫醇溶于6mL 的TOA）以105s的時間注入溶液，最后將溶液冷卻至室溫。5）通過使用己烷和乙醇的組合溶劑進(jìn)行離心，得到量子點固體。6）稱取量子點固體，用正己烷配制成10g/L 的量子點溶液；稱取巰基丙酸，用去離子水配制成10g/L的水相配體溶液。量取2mL 量子點溶液、2mL 水相配體溶液置于容器中，量子點溶液與水相配體溶液分層，離心分離，得到水溶性量子點固體。

熒光光譜測試是利用各種有機(jī)物對特征激發(fā)光下的熒光激發(fā)光譜形和強(qiáng)度來推算其種類和含量，在利用該方法對溶液進(jìn)行光譜檢測時，基本流程如下：

實驗待測有機(jī)物為芘、萘、苯并芘、熒蒽，以去離子水作為主要溶劑，配置1000 μg/L 不同待測有機(jī)物的均勻透明標(biāo)準(zhǔn)母液。

2 結(jié)果與討論

如圖1 所示，從萘、芘、苯并芘、熒蒽4 種有機(jī)物的熒光光譜圖中可以看出，4 種不同物質(zhì)在紫外-可見波段都有專屬的熒光發(fā)射峰（萘：322nm；芘：373/393nm；苯并芘：405/428nm；熒蒽：446/475/510nm）。所以，可以根據(jù)幾種PAHs 在紫外-可見光波段表現(xiàn)出的熒光光譜來判斷水樣中是否含有該物質(zhì)，也可以根據(jù)相應(yīng)的熒光峰強(qiáng)度來分析對應(yīng)PAHs 的濃度。

因為地下水是通過土壤和巖石層過濾和凈化的，相比于地表水，地下水中的有機(jī)污染物濃度通常較低，給有機(jī)物的直接檢測帶來困難，對于準(zhǔn)確測定目標(biāo)有機(jī)物會造成一定的困擾。以量子點作為熒光探針，通過與有機(jī)物復(fù)合構(gòu)建成FRET 體系，是實現(xiàn)對有機(jī)物定量分析的有效途徑[14]。通過測量量子點熒光強(qiáng)度的變化，可以間接地推斷有機(jī)物的濃度。由圖2可以看出，PAHs 與水溶性量子點（520nm 綠光量子點CdZnSeS/ZnS 或653nm 紅光CdSe/CdS/ZnS 量子點）充分混合后，PAHs 的熒光強(qiáng)度降低，量子點的熒光強(qiáng)度明顯減弱，符合FRET 機(jī)理，表明PAHs 與量子點間存在FRET 作用。在幾種PAHs 與量子點形成的FRET 體系中，萘、芘、苯并芘、熒蒽在FRET 體系中充當(dāng)供體，發(fā)生FRET 作用后，幾種PAHs 的熒光強(qiáng)度明顯降低。量子點在FRET 體系中充當(dāng)受體，發(fā)生FRET 作用后，量子點熒光減弱。量子點熒光并沒有完全淬滅，其原因可能是由于量子點與幾種PAHs之間的距離、取向和相對定向以及環(huán)境因素引起的FRET 效率較低導(dǎo)致的[15]。

前期階段對于建設(shè)項目具有重要的影響，其包含項目招投標(biāo)、項目設(shè)計與規(guī)劃等工作，每一環(huán)節(jié)都離不開企業(yè)的管理，加強(qiáng)節(jié)奏時點的管理，利于各項管理工作的科學(xué)有序進(jìn)行。根據(jù)項目建議書，項目的管理內(nèi)容繁多，如項目方案設(shè)計、可行性研究報告的編制，企業(yè)需將報告與方案交由政府相關(guān)部門進(jìn)行審核等。將工程勘測工作以及設(shè)計工作以招標(biāo)的方式對外發(fā)包，并將所編制和收到的招投文件、合同報給政府相關(guān)部門進(jìn)行備案[1]。對設(shè)計圖紙以及相關(guān)文件的調(diào)整完善工作，與建設(shè)單位、設(shè)計單位對設(shè)計方案進(jìn)行優(yōu)化修改和審批，針對土地征用、使用、消防及環(huán)保等工作要進(jìn)行報批，對項目資金制定使用計劃，這一切都需要確定時間節(jié)點。

圖2 4 種PAHs 與量子點混合前后熒光強(qiáng)度變化

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)芘濃度分別為0/50/100/200/300/400μg/L 時，量子點熒光強(qiáng)度隨芘濃度增加逐步遞減（見圖3a），而且減弱幅度與芘濃度在一定范圍內(nèi)（50—400μg/L）存在線性關(guān)系（R2=0.96），如圖3b 所示。當(dāng)苯并芘濃度分別為0/8.33/16.7/33.3/66.7/100/133.3μg/L 時，量子點熒光強(qiáng)度隨芘濃度增加逐步遞減（見圖4a），而且減弱幅度與苯并芘的質(zhì)量濃度在一定范圍內(nèi)存在線性關(guān)系。量子點熒光強(qiáng)度變化幅度與苯并芘在一定范圍內(nèi)（8.33—133.3μg/L）存在線性關(guān)系（R2=0.98），如圖4b 所示。由此證明，通過量子點-PAHs FRET體系的構(gòu)建，實現(xiàn)對PAHs 的定量分析具有可行性。

圖3 與不同濃度芘混合后量子點熒光光譜變化

圖4 與不同濃度苯并芘混合后量子點熒光光譜變化

3 結(jié)論與展望

本實驗以萘、芘、苯并芘、熒蒽4 種PAHs 作為能量供體，合成了水溶性CdZnSeS/ZnS 綠光量子點和CdSe/CdS/ZnS 紅光量子點作為能量受體，探討了量子點-多環(huán)芳烴復(fù)合體系的部分參數(shù)。數(shù)據(jù)結(jié)果表明，量子點與4 種多環(huán)芳烴之間存在共振能量轉(zhuǎn)移作用，而且在量子點與芘/苯并芘形成的復(fù)合體系中，量子點熒光變化幅度與芘/苯并芘濃度在一定范圍內(nèi)存在線性關(guān)系，這證明通過構(gòu)建量子點-PAHs FRET 體系，可以實現(xiàn)對地下水中PAHs 的定量分析。該研究成果驗證了熒光