李滿(mǎn)秀，張　強(qiáng)，趙三虎，吳　霞，張　蔚，王聰聰

(忻州師范學(xué)院 化學(xué)系，山西 忻州　034000)

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基于CdTe量子點(diǎn)熒光猝滅-恢復(fù)方法測(cè)定依諾沙星的研究

李滿(mǎn)秀*，張強(qiáng)，趙三虎，吳霞，張蔚，王聰聰

(忻州師范學(xué)院 化學(xué)系，山西 忻州034000)

水相合成了巰基丙酸保護(hù)的CdTe量子點(diǎn)。根據(jù)在Cu2+存在的情況下，CdTe 量子點(diǎn)熒光恢復(fù)程度與依諾沙星濃度成正比的現(xiàn)象，建立了基于CdTe量子點(diǎn)熒光猝滅-恢復(fù)測(cè)定依諾沙星的新方法?？疾炝巳芤簆H 值以及Cu2+濃度等對(duì)檢測(cè)體系的影響。在pH=10的硼砂緩沖溶液中，在Cu2+濃度為 2.3×10-5mol/L的條件下，依諾沙星濃度在8.0×10-7～3.0×10-5mol/L范圍內(nèi)與量子點(diǎn)熒光恢復(fù)程度呈良好的線(xiàn)性關(guān)系，檢出限為7.2×10-8mol/L。該方法用于實(shí)際樣品中依諾沙星的檢測(cè)，回收率為95.5%～105.0%。

CdTe量子點(diǎn)；Cu2+；依諾沙星；熒光猝滅-恢復(fù)

*Corresponding Author,E-mail:Lmxxz@sohu.com

1　引　　言

CdTe量子點(diǎn)(QDs)是一種新型熒光材料，具有優(yōu)良的光學(xué)性能，其激發(fā)波長(zhǎng)可調(diào)，抗漂白性強(qiáng)，激發(fā)光譜寬且連續(xù)分布，發(fā)射光譜窄且分布對(duì)稱(chēng)，光學(xué)穩(wěn)定性高，不易光解。CdTe量子點(diǎn)作為熒光探針，廣泛應(yīng)用于生物標(biāo)記、生物監(jiān)測(cè)、金屬離子和農(nóng)藥測(cè)定等方面[1-4]。依諾沙星(ENX)是第三代氟喹諾酮類(lèi)抗生素，有著高效的殺菌作用，抗菌活性高，吸收迅速完全，不良反應(yīng)少。臨床主要用于對(duì)其敏感的革蘭陰性菌和陽(yáng)性菌引起的感染，如泌尿、腸道、呼吸道、外科等感染性疾病。目前，用于依諾沙星定量測(cè)定的方法主要有分光光度法、高效液相色譜法、化學(xué)發(fā)光法和熒光分析法等[5-6]。但現(xiàn)有測(cè)定方法都有各自的局限，新方法的研究仍具有現(xiàn)實(shí)的意義。

本文以巰基丙酸為穩(wěn)定劑合成了水溶性的CdTe量子點(diǎn)，利用Cu2+來(lái)調(diào)控量子點(diǎn)的表面性質(zhì)，降低其熒光強(qiáng)度；當(dāng)體系中加入依諾沙星后，量子點(diǎn)熒光恢復(fù)，且恢復(fù)程度與依諾沙星濃度相關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)依諾沙星的定量檢測(cè)。本方法操作簡(jiǎn)單，靈敏度高，成本低，可用于實(shí)際樣品中依諾沙星的測(cè)定。

2　實(shí)　　驗(yàn)

2.1儀器和試劑

F-4500型熒光分光光度計(jì)(日本日立公司)，UV-2550型紫外分光光度計(jì)(日本島津公司)，pHS-3CT型酸度計(jì)(上海大普儀器有限公司),78-磁力加熱攪拌器 (江蘇金壇金城國(guó)盛實(shí)驗(yàn)儀器廠(chǎng))，HK-2A超級(jí)恒溫水浴箱(南京南大萬(wàn)和科技有限公司)，AL204電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司),循環(huán)水式真空泵 (鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，微量進(jìn)樣器 (上海高鴿工貿(mào)有限公司)。

硼氫化鈉，碲粉，CdCl2·5/2H2O (國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，巰基丙酸(MPA，天津光復(fù)精細(xì)化工研究所)，依諾沙星(東京化成工業(yè)株式會(huì)社)，硼砂，氫氧化鈉，硝酸銅 (天津市福晨化學(xué)試劑廠(chǎng))。以上試劑均為分析純，實(shí)驗(yàn)室用水為超純水。

2.2合成方法

合成方法參見(jiàn)文獻(xiàn)[7-8]。

2.2.1碲氫化鈉(NaHTe)溶液的制備

準(zhǔn)確稱(chēng)取碲粉0.127 6 g和NaBH40.080 0 g加入三頸瓶中，用真空泵排盡空氣，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下迅速注入超純水3 mL。溶液在冰水浴中和強(qiáng)磁力攪拌下反應(yīng)，4 h后停止并靜置10 min。上層的無(wú)色溶液為NaHTe水溶液，底部是Na2B4O7固體。

2.2.2巰基丙酸包被的CdTe量子點(diǎn)的制備

向250 mL三頸燒瓶中加入100 mL濃度為1.25×10-3mol/L的CdCl2溶液，先通高純氮?dú)?0 min，注入巰基丙酸26 μL，并用濃度為1 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH至11。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，迅速注入75 μL新制備的還原劑NaHTe，使得反應(yīng)液中n(Cd2+)∶n(HTe-)∶n(MPA)=1.00∶0.20∶2.40。將反應(yīng)液在96 ℃水浴中回流3 h，獲得顏色透明的水溶性CdTe量子點(diǎn)。

2.2.3合成條件對(duì)CdTe量子點(diǎn)的影響

(1)pH值的影響：pH值對(duì)于合成的CdTe量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度影響明顯。pH<10時(shí)，CdTe量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度較低。當(dāng)pH值增大時(shí)，CdTe量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度會(huì)增大，pH=11時(shí)熒光強(qiáng)度達(dá)到最大。原因是pH值的逐漸升高，能夠保證穩(wěn)定劑MPA中的羧基以羧酸根的形式存在，這樣Cd2+既可以和MPA中的巰基作用，又可以和羧基作用，于是負(fù)離子在CdTe表面配位完善，提高了CdTe表面的發(fā)光性能。然而繼續(xù)增大pH值會(huì)導(dǎo)致合成的CdTe量子點(diǎn)溶液不穩(wěn)定，熒光強(qiáng)度反而會(huì)減小。因此，我們調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH=11來(lái)合成CdTe量子點(diǎn)。

(2)回流時(shí)間的影響：通過(guò)對(duì)加熱回流時(shí)間的控制，可以得到不同顏色的量子點(diǎn)。我們?cè)O(shè)定回流時(shí)間分別為2，3，4 h來(lái)合成CdTe量子點(diǎn)，結(jié)果表明：隨著回流時(shí)間的變化，CdTe量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為3 h時(shí)，CdTe量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度達(dá)到最大且較為穩(wěn)定。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，隨著回流時(shí)間的增加，CdTe量子點(diǎn)的最大發(fā)射峰位會(huì)不斷紅移，峰位在550～660 nm間波動(dòng)。我們將回流時(shí)間定為3 h來(lái)制備發(fā)射峰位為600 nm的CdTe量子點(diǎn)溶液。

(3)回流溫度的影響：控制反應(yīng)物的最佳量比和最佳pH值，分別在70，80，96 ℃的回流溫度下合成CdTe量子點(diǎn)溶液。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)回流溫度為96 ℃時(shí)，制得的CdTe量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度合適，因此，我們選擇回流溫度為96 ℃。

2.2.4CdTe量子點(diǎn)的光學(xué)性質(zhì)

根據(jù)上述方法合成的水溶性CdTe量子點(diǎn)光學(xué)性能穩(wěn)定。當(dāng)激發(fā)波長(zhǎng)為400 nm時(shí)，CdTe量子點(diǎn)在600 nm處出現(xiàn)相對(duì)較窄的強(qiáng)發(fā)射峰。圖1為CdTe量子點(diǎn)的紫外吸收和熒光發(fā)射光譜。

圖1　CdTe量子點(diǎn)的紫外吸收(a)和熒光發(fā)射光譜(b)

Fig.1UV absorption(a)and fluorescence spectra(b) of CdTe quantum dots

2.3測(cè)定方法

Cu2+對(duì)CdTe QDs 熒光的猝滅：在系列5 mL比色管中依次加入1 mL的CdTe量子點(diǎn)溶液、1 mL的pH=10的硼砂緩沖溶液及不同濃度梯度的Cu2+，再用pH=10的硼砂緩沖溶液定容，放置5 min，測(cè)定600 nm處的熒光強(qiáng)度。

CdTe QDs 熒光恢復(fù)法測(cè)定依諾沙星：在系列5 mL比色管中依次加入1 mL的CdTe量子點(diǎn)、適量pH=10硼砂緩沖溶液及Cu2+溶液(濃度為2.3×10-5mol/L)，振搖后靜置，再加入不同濃度梯度的依諾沙星溶液，用pH=10的硼砂緩沖溶液定容，放置5 min，測(cè)定600 nm處的熒光強(qiáng)度(激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度均為10 nm)。

3　結(jié)果與討論

3.1作用效果與機(jī)理探討

CdTe與Cu2+作用的熒光光譜如圖2所示。以F0/F對(duì)Cu2+的濃度進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Cu2+濃度在2.0×10-7～4.4×10-5mol/L范圍內(nèi)與體系F0/F呈現(xiàn)出良好的線(xiàn)性關(guān)系，符合Stern-Volmer方程，工作曲線(xiàn)如圖3所示，線(xiàn)性方程為F0/F=1.0966+0.0246c(10-6mol/L)，相關(guān)系數(shù)為0.998 6。

1～11：Cu2+濃度為2.0×10-7～4.4×10-5 mol/L

Fig.2Fluorescence spectra of Cu2+quenched CdTe QDs

圖3CdTe量子點(diǎn)與Cu2+相互作用的工作曲線(xiàn)

Fig.3Plot of c(Cu2+) vs.F0/F of CdTe QDs

CdTe量子點(diǎn)中加入Cu2+后其熒光強(qiáng)度發(fā)生變化，導(dǎo)致熒光猝滅。該現(xiàn)象可能是由于CdTe表面有大量的羧基和巰基官能團(tuán)，它們可與Cu2+形成復(fù)合物，這些復(fù)合物覆蓋在CdTe表面，并與CdTe發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生了較多的非輻射中心，導(dǎo)致了CdTe熒光的猝滅[8-9]。

CdTe量子點(diǎn)、Cu2+與依諾沙星溶液相互作用的熒光光譜如圖4所示。以F/F0對(duì)依諾沙星溶液濃度進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)依諾沙星濃度在8.0×10-7～3.2×10-5mol/L范圍內(nèi)與F/F0呈良好的線(xiàn)性關(guān)系，且F/F0隨依諾沙星溶液濃度的增加而增大，符合Stern-Volmer方程，工作曲線(xiàn)如圖5所示，線(xiàn)性方程為F/F0=1.2652+0.024c(10-7mol/L)，相關(guān)系數(shù)為0.996 9。

1～11：依諾沙星的濃度為8.0×10-7～3.2×10-5mol/L

圖4CdTe量子點(diǎn)、Cu2+與依諾沙星溶液相互作用的熒光光譜。

Fig.4Effect of concentration of enoxacin on fluorescence of CdTe QDs

圖5CdTe量子點(diǎn)、Cu2+與依諾沙星溶液相互作用的工作曲線(xiàn)。

Fig.5Plot of c(enoxacin) vs.F0/F of CdTe QDs

由圖4可知，被Cu2+猝滅的CdTe量子點(diǎn)熒光體系中加入不同量的依諾沙星，其熒光得到不同程度的恢復(fù)，即熒光強(qiáng)度逐漸增大。原因是依諾沙星可以與Cu2+發(fā)生絡(luò)合作用[10]，使得CdTe量子點(diǎn)表面的Cu2+解吸下來(lái)，量子點(diǎn)表面得到恢復(fù)，其熒光強(qiáng)度得以恢復(fù)。實(shí)驗(yàn)表明，加入依諾沙星前后熒光強(qiáng)度的比值與其濃度呈線(xiàn)性關(guān)系。

3.2CdTe量子點(diǎn)的濃度選擇

實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于過(guò)低濃度的CdTe量子點(diǎn)，熒光猝滅的作用不太明顯，且線(xiàn)性范圍也窄；但CdTe量子點(diǎn)濃度太高也會(huì)導(dǎo)致分析靈敏度降低。隨著CdTe量子點(diǎn)體積的增加，CdTe量子點(diǎn)與Cu2+作用體系的熒光強(qiáng)度增大，而且熒光猝滅值(F0/F)隨著CdTe量子點(diǎn)的體積的增加而迅速增大。為了使熒光猝滅值(F0/F)變化趨于平緩且CdTe量子點(diǎn)的濃度適合測(cè)定，兼顧線(xiàn)性范圍、靈敏度和低背景干擾，我們使用1.0 mL的 CdTe量子點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(濃度以Cd2+計(jì)，為1.0×10-4mol/L)。

3.3反應(yīng)介質(zhì)和pH值的影響

分別用Na2HPO4-NaH2PO4、Tris-HCl和硼砂緩沖溶液為反應(yīng)介質(zhì)，測(cè)定了不同pH值對(duì)CdTe-Cu2+體系與依諾沙星之間相互作用的影響。結(jié)果表明：在pH=10的硼砂緩沖溶液中，F(xiàn)/F0變化較大且較為穩(wěn)定。因此，我們選擇pH=10的硼砂緩沖溶液作為反應(yīng)介質(zhì)。選用1.0×10-5mol/L依諾沙星溶液，在不同pH值的硼砂緩沖溶液中與CdTe-Cu2+體系反應(yīng)，測(cè)其熒光強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6pH值對(duì)CdTe-Cu2+體系與依諾沙星作用的影響

Fig.6Effect of pH on the fluorescence intensity of CdTe QDs

3.4Cu2+濃度的影響

Cu2+濃度主要影響到CdTe量子點(diǎn)的熒光檢測(cè)背景和線(xiàn)性范圍。當(dāng)Cu2+濃度過(guò)低時(shí)，CdTe量子點(diǎn)熒光猝滅效率太低，會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)的熒光背景過(guò)高，使熒光恢復(fù)范圍變窄，依諾沙星檢測(cè)的線(xiàn)性范圍也變窄；如果Cu2+濃度過(guò)高，依諾沙星就會(huì)與游離的Cu2+先結(jié)合，與CdTe量子點(diǎn)表面結(jié)合的Cu2+減少，降低了依諾沙星對(duì)Cu2+的解吸能力，影響熒光恢復(fù)的效率。綜上所述，考慮CdTe量子點(diǎn)的熒光恢復(fù)效率及線(xiàn)性范圍，我們選擇濃度為2.3×10-5mol/L的Cu2+溶液作為量子點(diǎn)猝滅劑對(duì)依諾沙星進(jìn)行檢測(cè)。

3.5反應(yīng)時(shí)間的影響

CdTe量子點(diǎn)與Cu2+混合5 min后，猝滅達(dá)到最大，且在30 min內(nèi)可以保持穩(wěn)定。因此，我們選擇5 min后測(cè)定CdTe量子點(diǎn)猝滅的熒光強(qiáng)度。將依諾沙星溶液加入CdTe量子點(diǎn)與Cu2+混合的體系后，體系熒光強(qiáng)度得到恢復(fù)，5 min后達(dá)到最大，并且在30 min內(nèi)保持穩(wěn)定。因此，我們選擇在30 min內(nèi)測(cè)定CdTe量子點(diǎn)恢復(fù)的熒光強(qiáng)度。

3.6反應(yīng)溫度的影響

控制最佳濃度、pH值、時(shí)間等CdTe-Cu2+體系與依諾沙星反應(yīng)的條件，分別在15，25，35，45，55 ℃下測(cè)定CdTe-Cu2+體系與依諾沙星反應(yīng)的熒光強(qiáng)度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著反應(yīng)溫度的升高，體系的熒光強(qiáng)度不斷降低。由于15 ℃時(shí)需專(zhuān)門(mén)控溫，我們選擇常溫25 ℃下操作。

3.7共存物質(zhì)的影響

圖7溫度對(duì)體系熒光強(qiáng)度的影響

Fig.7Effects of temperature on the fluorescence intensity of CdTe QDs

3.8工作曲線(xiàn)、檢出限及精密度

依諾沙星濃度在8.0×10-7～3.0×10-5mol/L范圍內(nèi)與CdTe-Cu2+體系的熒光恢復(fù)程度呈線(xiàn)性關(guān)系，其線(xiàn)性回歸方程為F/F0=1.2652+0.024c(10-7mol/L)，相關(guān)系數(shù)r=0.996 9。測(cè)得檢出限(S/N=3)為7.2×10-8mol/L。對(duì)10 份8.0×10-6mol/L 依諾沙星溶液平行測(cè)定，得精密度為0.49%。

3.9樣品測(cè)定

按照本實(shí)驗(yàn)方法，采用加標(biāo)回收法測(cè)定片劑中依諾沙星的含量。稱(chēng)取0.05 g依諾沙星片劑，用乙醇溶解后定容至100 mL容量瓶中備用。取處理好的樣品溶液平行測(cè)定6組并求平均值，將測(cè)定值代入標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算樣品中依諾沙星含量，然后分別加入3種不同濃度的的依諾沙星標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行加標(biāo)實(shí)驗(yàn)，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算回收率，結(jié)果見(jiàn)表1。進(jìn)一步計(jì)算出片劑中依諾沙星為4.8 μg/片，與標(biāo)示值(5 μg/片)基本一致。

表1　樣品分析結(jié)果

4　結(jié)　　論

研究了Cu2+對(duì)CdTe量子點(diǎn)熒光的猝滅作用和依諾沙星對(duì)猝滅后熒光體系的恢復(fù)作用，初步探討了其作用機(jī)理，建立了測(cè)定依諾沙星的新方法。該方法用于藥品中依諾沙星含量的測(cè)定，結(jié)果令人滿(mǎn)意。該方法可為藥品質(zhì)量檢測(cè)及CdTe量子點(diǎn)應(yīng)用提供有益的參考。

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李滿(mǎn)秀(1955-)，男，山西原平人，教授，1997年本科畢業(yè)，主要從事發(fā)光分析方面的研究。

E-mail:Lmxxz@sohu.comohu.com

Enoxacin Detection Based on CdTe Quantum-dot-based OFF-ON Fluorescent Probe

LI Man-xiu*,ZHANG Qiang,ZHAO San-hu,WU Xia,ZHANG Wei,WANG Cong-cong

(Department of Chemistry,Xinzhou Teachers University,Xinzhou 034000，China)

A new type of water-soluble CdTe quantum dot was synthesized by using mercapto propionic acid as the capping ligand for the detection of enoxacin.The fluorescence intensity of CdTe QDs was significantly quenched in the presence of Cu2+.In the presence of enoxacin，the fluorescence of CdTe QDs was recovered because Cu2+preferred to react with enoxacin.The degree of recovery of CdTe QDs fluorescence intensity was proportional to the enoxacin concentration，which provided a new method for the detection of enoxacin based on the fluorescence quenching-recovery properties of CdTe QDs.In the presence of 2.3×10-5mol/L Cu2+in pH=10 borax buffer solution,the recovered fluorescence of CdTe QDs was linearly related with the enoxacin concentration in the range of 8.0×10-7-3.0×10-5mol/L with a detection limit of 7.2×10-8mol/L.This method has been successfully applied for the detection of enoxacin in real samples,and the accuracy is within 95.5%-105.0%.

CdTe quantum dots；enoxacin；Cu2+ion；fluorescence quenching-recovery

1000-7032(2016)04-0467-06

2015-12-11；

2016-01-20

山西省重點(diǎn)學(xué)科基金(20141010)；山西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目(2015381)；忻州師范學(xué)院重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目(xk201304)資助

O482.31

A

10.3788/fgxb20163704.0467