楊瑞，郭祥峰，黃鳳婷，賈麗華，劉彩鳳

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以O(shè)P-10為熒光試劑建立的高選擇性Hg2+檢測(cè)方法

楊瑞，郭祥峰，黃鳳婷，賈麗華，劉彩鳳

（齊齊哈爾大學(xué) 化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院 黑龍江省高校精細(xì)化工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

用熒光光譜法研究了烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）對(duì)常見(jiàn)金屬離子的熒光識(shí)別性能，發(fā)現(xiàn)在適當(dāng)?shù)臈l件下，OP-10對(duì)Hg2+呈現(xiàn)出高選擇性熒光猝滅響應(yīng)，猝滅常數(shù)為sv=2 112 L·mol-1．在OP-10濃度為2.0 mmol·L-1，pH值為4.1的BR緩沖溶液中，等濃度的Hg2+使其在320 nm處的熒光強(qiáng)度降低86%．基于上述熒光猝滅作用，建立了一種新的Hg2+熒光檢測(cè)方法．OP-10的熒光強(qiáng)度與Hg2+濃度在0.1×10-4~4.4×10-4mol·L-1范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)為0.996 8．檢出限為49 nmol·L-1．該熒光試劑OP-10可用于水樣中Hg2+的檢測(cè)．

OP-10；汞離子；熒光；檢測(cè)

汞是一種具有嚴(yán)重生理毒性的化學(xué)物質(zhì)，能產(chǎn)生嚴(yán)重且不可逆轉(zhuǎn)的神經(jīng)損傷[1]，是水環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要指標(biāo)[2]．因此，研究Hg2+的檢測(cè)方法，對(duì)于生物、化學(xué)和環(huán)境等都有著特殊意義[3]．Hg2+的傳統(tǒng)檢測(cè)方法，如原子吸收光譜法、陽(yáng)極溶出伏安法及電感耦合等離子體質(zhì)譜法等，有的需要大型儀器，成本較高，有的檢測(cè)繁瑣[4]．而熒光分析法具有精確度高、操作方便及適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，成為了研究熱點(diǎn)[5]．特別是能在水溶液中高選擇性和高靈敏性地檢測(cè)Hg2+的熒光傳感分子已成為人們廣泛關(guān)注的研究課題[6]．

近年來(lái)，許多研究者致力于新的Hg2+熒光分子探針的設(shè)計(jì)、合成及性能研究，但這些熒光分子探針合成比較復(fù)雜，絕大多數(shù)也沒(méi)有商品供應(yīng)，限制了它們的廣泛使用．因此，希望利用實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的熒光化合物，通過(guò)適當(dāng)組合，建立一種新的Hg2+熒光檢測(cè)方法．通過(guò)Cl-與Hg2+形成的疏水性配合物HgCl2被OP-10的膠束增溶，猝滅OP-10的熒光，實(shí)現(xiàn)了上述設(shè)想．本研究利用實(shí)驗(yàn)室常用的廉價(jià)試劑實(shí)現(xiàn)了水溶液中Hg2+的熒光檢測(cè)，常見(jiàn)金屬離子沒(méi)有明顯干擾．隨著該方法的進(jìn)一步完善，有可能成為廣泛使用的Hg2+檢測(cè)方法．

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

F-4500熒光分光光度計(jì)（日本Hitachi公司）；FLSP920瞬態(tài)/穩(wěn)態(tài)熒光分光光度計(jì)（英國(guó)愛(ài)丁堡公司）；超純水制備儀Milli-Q（美國(guó)Millipore公司）；SK2200P超聲波振蕩器（上海科導(dǎo)超聲儀器有限公司）；PB-10標(biāo)準(zhǔn)型pH計(jì)、BS210S電子天平（德國(guó)Sartorius公司）；非離子表面活性劑OP-10（河北科衛(wèi)公司）．水為超純水；NaClO4·H2O，KCl，Mg（ClO）2·6H2O，Ca（ClO4）2，Cr（NO3）3·9H2O，F(xiàn)eSO4·7H2O，CoSO4·7H2O，NiSO4·6H2O，Cu（NO3）2·3H2O，Zn（NO3）2·6H2O，CdSO4·8H2O，HgCl2，Pb（NO3）2，AlCl3·6H2O所對(duì)應(yīng)的水溶液．

1.2實(shí)驗(yàn)條件

激發(fā)波長(zhǎng)為250 nm，激發(fā)和發(fā)射狹縫分別為1.0，5.0 nm．

2結(jié)果與討論

2.1pH值對(duì)OP-10光譜的影響

pH值對(duì)OP-10熒光光譜的影響見(jiàn)圖1．由圖1可見(jiàn)，pH在2~12范圍內(nèi)時(shí)，OP-10在320 nm處的熒光強(qiáng)度基本沒(méi)有改變．說(shuō)明pH值對(duì)OP-10的熒光光譜基本不影響．

圖1　pH值對(duì)OP-10熒光光譜的影響（λem=320 nm）

2.2OP-10對(duì)金屬離子響應(yīng)的選擇性

OP-10的熒光強(qiáng)度在pH值2~12范圍內(nèi)基本保持不變．考慮到金屬鹽在酸性條件下比較穩(wěn)定．故在pH=4.1的條件下，研究了OP-10對(duì)金屬離子熒光識(shí)別的選擇性（見(jiàn)圖2黑色柱）．由圖2可見(jiàn)，當(dāng)加入K+，Na+，Al3+，Zn2+，Ni2+，Cd2+，Cu2+，Pb2+，Co2+，F(xiàn)e2+等不同金屬離子的鹽，發(fā)現(xiàn)OP-10在320 nm處的熒光強(qiáng)度基本不變，僅Hg2+離子顯著猝滅了OP-10在320 nm處的熒光強(qiáng)度．在此基礎(chǔ)上，研究了其它金屬離子與Hg2+的競(jìng)爭(zhēng)干擾實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)圖2白色柱）．常見(jiàn)堿金屬基本不影響Hg2+對(duì)OP-10熒光的猝滅，F(xiàn)e2+和Cu2+等過(guò)渡金屬離子稍微降低了OP-10/Hg2+的熒光強(qiáng)度．因此，OP-10在水溶液中能高選擇性地檢測(cè)Hg2+．

圖2　OP-10對(duì)常見(jiàn)金屬離子的選擇性（pH=4.1，λem=320 nm）

2.3定量檢測(cè)、檢測(cè)范圍及檢出限

由于Hg2+顯著猝滅OP-10熒光強(qiáng)度，故研究了Hg2+濃度對(duì)OP-10熒光光譜的影響（見(jiàn)圖3）．由圖3可見(jiàn)，OP-10的熒光強(qiáng)度隨著Hg2+濃度的增加而逐漸降低．當(dāng)Hg2+濃度增加到2.0 mmol·L-1時(shí)，OP-10在320 nm處的熒光強(qiáng)度基本趨于不變． Hg2+濃度在0.1×10-4~4.0×10-4mol·L-1范圍內(nèi)與OP-10在320 nm處的熒光強(qiáng)度呈良好的線性關(guān)系；線性方程為：=-23.68+244.75（相關(guān)系數(shù)2=0.996 8）．計(jì)算檢出限為49 nmol·L-1．基于Hg2+對(duì)OP-10的熒光猝滅作用，可以建立一種簡(jiǎn)便的Hg2+熒光檢測(cè)方法．

圖3　Hg2+濃度對(duì)OP-10熒光光譜的影響

2.4熒光壽命及猝滅機(jī)理

本實(shí)驗(yàn)利用時(shí)間分辨熒光分光光度計(jì)研究化合物激發(fā)態(tài)過(guò)程．主要采用光子計(jì)數(shù)法[7]測(cè)定了化合物OP-10，OP-10/Hg2+在pH=4.1的BR緩沖溶液中的熒光強(qiáng)度隨時(shí)間指數(shù)式的衰變．根據(jù)軟件分別擬合，OP-10為單指數(shù)熒光衰減，且av為6.66 ns，而OP-10/Hg2+為雙指數(shù)熒光衰減，av為3.02 ns．為研究猝滅機(jī)理，進(jìn)一步將猝滅數(shù)據(jù)用Stern-Volmer方程[8]處理：0/=1+q0=1+sv．式中：0為無(wú)猝滅劑時(shí)OP-10的熒光強(qiáng)度；為有猝滅劑時(shí)OP-10的熒光強(qiáng)度；q為猝滅速率常數(shù)；sv為Stern-Volmer猝滅常數(shù)；0為熒光壽命；為猝滅劑的濃度．

以0/對(duì)作圖（見(jiàn)圖4），其線性回歸方程為=2 112+0.735 2，呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系（2=0.993 3），則猝滅常數(shù)sv為2 112 L·mol-1，計(jì)算得q值為3.2×1011L·mol-1·s-1．通常認(rèn)為各類猝滅劑對(duì)生物大分子的最大動(dòng)態(tài)猝滅常數(shù)為2.0×1010L·mol-1·s-1[9]．由于q值大于2.0×1010L·mol-1·s-1，由此判斷該熒光猝滅過(guò)程是形成基態(tài)絡(luò)合物引起的靜態(tài)猝滅．

圖4　Hg2+淬滅 OP-10 熒光的Stern-Volmer曲線

2.5樣品回收率測(cè)定

依據(jù)上述實(shí)驗(yàn)方法，采用熒光光譜法測(cè)定自來(lái)水樣品中Hg2+的回收率（見(jiàn)表1）．由表1可見(jiàn)，Hg2+的測(cè)定量與樣品中Hg2+的實(shí)際加入量比較接近，其回收率為98%~110%，結(jié)果比較令人滿意．表明該方法可靠，可用于測(cè)定水溶液中Hg2+的濃度，具有一定的實(shí)用價(jià)值．

表1　自來(lái)水樣中Hg2+的加標(biāo)實(shí)驗(yàn)

3結(jié)論

本文研究了自發(fā)熒光的非離子表面活性劑OP-10在純水溶液中對(duì)常見(jiàn)金屬離子的識(shí)別性能，其對(duì)Hg2+有顯著的熒光猝滅響應(yīng)，猝滅速率常數(shù)q=3.2×1011L·mol-1·s-1，其猝滅行為屬于靜態(tài)猝滅．基于上述熒光猝滅作用，建立了一種簡(jiǎn)便的Hg2+熒光檢測(cè)方法．

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Highly selective detecting method for Hg2+based on fluorescent reagent OP-10

YANG Rui，GUO Xiang-feng，HUANG Feng-ting，JIA Li-hua，LIU Cai-feng

（Key Laboratory of Fine Chemicals，School of Chemistry and Chemical Engineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

The recognizing property of OP-10 in the presence of common metal ions was investigated by fluorescence spectrometry．The fluorescence intensity of OP-10 was selective quenched with Hg2+under appropriate conditions and the quenched constant was 2 112 L·mol-1. On addition of 2.0 mmol·L-1Hg2+，the fluorescence intensity of OP-10 in BR buffered aqueous solution （pH 4.1） was quenched about 86%．Based on the above mentioned，a new method was built for fluorescence detecting Hg2+．The calibration graph is linear over the range of 0.1×10-4~4.4×10-4mol·L-1（linearly dependent coefficient：2= 0.996 8）．The detection limit was calculated to be 49 nmol·L-1．The fluorescent reagent OP-10 can detect Hg2+in water samples．

OP-10；mercuric ion；fluorescence；detection

1007-9831（2016）07-0042-03

O657.3

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.07.010

2016-05-18

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20572056，21176125）； 黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（B201114）

楊瑞（1982-），女，黑龍江齊齊哈爾人，助理實(shí)驗(yàn)師，碩士，主要從事熒光分子探針?lè)矫娴难芯浚瓻-mail：ruiy2004@163.com

郭祥峰（1963-），男，黑龍江齊齊爾人，教授，博士，主要從事表面活性劑和熒光分子探針?lè)矫娴难芯浚瓻-mail：xfguo@163.com