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        基于Mn摻雜ZnS量子點(diǎn)的室溫磷光檢測(cè)鹽酸異丙嗪

        2016-12-01 01:12:07栗東霞閆桂琴
        分析測(cè)試學(xué)報(bào) 2016年10期
        關(guān)鍵詞:檢測(cè)方法

        許 梅,栗東霞,閆桂琴

        (山西師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,山西 臨汾 041000)

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        基于Mn摻雜ZnS量子點(diǎn)的室溫磷光檢測(cè)鹽酸異丙嗪

        許 梅,栗東霞,閆桂琴*

        (山西師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,山西 臨汾 041000)

        以三巰基丙酸(MPA)為表面修飾劑,采用水相合成法制備了穩(wěn)定且具有良好光學(xué)性質(zhì)的Mn摻雜ZnS量子點(diǎn)。在pH 7.4的磷酸緩沖液中,鹽酸異丙嗪的加入使MPA包裹的Mn摻雜ZnS量子點(diǎn)的室溫磷光發(fā)生明顯猝滅,據(jù)此建立了一種檢測(cè)鹽酸異丙嗪的新方法。磷光猝滅強(qiáng)度(ΔRTP)與鹽酸異丙嗪濃度呈良好線性,其線性范圍為3.2~32 μmol/L 與32~160 μmol/L,相關(guān)系數(shù)分別為0.998與0.999,檢出限為0.553 μmol/L。將該方法用于人血清與尿液中鹽酸異丙嗪的檢測(cè),加標(biāo)回收率為96.4%~103.1%,結(jié)果滿意。

        Mn摻雜ZnS;量子點(diǎn);室溫磷光(RTP);鹽酸異丙嗪(PMZ)

        鹽酸異丙嗪(Promethazine,PMZ)為吩噻嗪類藥物,是一種抗組織胺藥,具有明顯的中樞安定作用,臨床多用于治療過(guò)敏性疾病、暈動(dòng)癥、嘔吐及失眠等[1]。但使用PMZ會(huì)出現(xiàn)煩躁不安、神經(jīng)錯(cuò)亂等現(xiàn)象,嚴(yán)重過(guò)量可致驚厥,繼而抑制中樞,兒童若服用劑量較大,可產(chǎn)生譫妄(癥狀為胡言亂語(yǔ)、精神興奮)[2]。因此,建立一種檢測(cè)PMZ的新方法十分必要。目前,檢測(cè)PMZ的方法主要有高效液相色譜法[3-4]、分光光度法[5]、流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光法[6-7]、共振瑞利散射法[8]、拉曼光譜法[9]、熒光光譜法[10]、伏安法[11]、電化學(xué)法[12]等。但這些方法成本高、耗時(shí)長(zhǎng)、靈敏度低、程序繁瑣,而且大多建立于酸性環(huán)境中,因此,基于中性環(huán)境建立一種成本低、耗時(shí)少、靈敏度高、簡(jiǎn)便快速檢測(cè)PMZ的新方法具有重要意義。

        近年來(lái),量子點(diǎn)作為一種新型的納米材料而廣受關(guān)注,其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì),使之被用于各種領(lǐng)域,尤以作為探針居多[13-15]。相對(duì)于量子點(diǎn)的熒光而言,磷光具有選擇性好、壽命長(zhǎng)、Stokes位移大等優(yōu)點(diǎn),且在進(jìn)行磷光檢測(cè)時(shí)可避免自體熒光和散射的干擾[16-17],因此,發(fā)展量子點(diǎn)磷光探針是熒光分析的有力補(bǔ)充。此外,相較于普通量子點(diǎn),摻雜量子點(diǎn)具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和良好的光學(xué)特性[18-19]。

        綜上所述,本文首次利用摻雜量子點(diǎn)的室溫磷光建立了快速檢測(cè)體液中PMZ的分析方法。該方法于pH 7.4的環(huán)境中進(jìn)行檢測(cè),異于其他已有方法。而且該方法能有效避免體液自體熒光和散射的干擾,同時(shí)也避免了金屬離子、生物分子的干擾,因此,利用Mn摻雜ZnS量子點(diǎn)的室溫磷光可以快速、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便地檢測(cè)人血清和尿液中的PMZ。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 儀器與試劑

        采用Brucker D8-Advance X射線粉末衍射儀(德國(guó))對(duì)量子點(diǎn)進(jìn)行表征。熒光光譜和磷光光譜在 Cary Eclipse 熒光分光光度計(jì)(美國(guó)安里瓦公司)上進(jìn)行測(cè)定,將待測(cè)溶液置于四面通石英比色池(1 cm×1 cm)中,激發(fā)和發(fā)射的狹縫寬度分別為10 nm 和20 nm。 UV-29100 紫外可見分光光度計(jì)(日本島津公司),PHS-3C 型 pH 計(jì)(上海雷磁公司),AEU-200 電子天平(日本島津公司)。

        實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純。Zn(Ac)2·2H2O,Mn(Ac)2·4H2O,NaS·9H2O,NaH2PO4,Na2HPO4購(gòu)自天津科密歐化學(xué)試劑有限公司;3-巰基丙酸(MPA)和PMZ購(gòu)于北京百靈威科技有限公司;高純水(18.2 MΩ·cm) 采用 WaterPro 水純化系統(tǒng)(美國(guó)Labconco公司)制備。

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        1.2.1 MPA包裹的ZnS∶Mn量子點(diǎn)的合成 參考相關(guān)文獻(xiàn)[20-21]并做適當(dāng)修改,在250 mL 三口燒瓶中,依次加入50 mL 0.04 mol/L 的MPA,2 mL 0.01 mol/L 的Mn(Ac)2和5 mL 0.1 mol/L 的Zn(Ac)2水溶液,用1 mol/L 的NaOH調(diào)節(jié)pH值至11.0,在室溫下磁力攪拌,通氬氣飽和30 min,確保穩(wěn)定劑MPA與Zn2+和Mn2+充分絡(luò)合。隨后在隔絕空氣的條件下用注射器快速加入5 mL 0.1 mol/L 的Na2S水溶液,室溫下繼續(xù)反應(yīng)20 min后將得到的MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)溶液在50 ℃下陳化2 h,之后以相同體積的無(wú)水乙醇使量子點(diǎn)沉降,高速離心,傾去上層清液,于室溫真空干燥24 h,即得MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)固體粉末。

        1.2.2 室溫磷光檢測(cè) 以制備濃度為8.0×10-4mol/L 的PMZ溶液為母液,在一系列10 mL比色管中,依次加入50 μL 2 mg/L 的MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)水溶液,500 μL 0.1 mol/L 的磷酸緩沖液(PBS,pH 7.4),然后加入不同體積的PMZ溶液,用高純水定容至5 mL,搖勻,制備成一系列含有不同濃度PMZ的待測(cè)樣品,靜置10 min后進(jìn)行室溫磷光檢測(cè)。熒光分光光度計(jì)選取磷光模式,激發(fā)波長(zhǎng)為295 nm,激發(fā)和發(fā)射的狹縫寬度分別為10 nm 和20 nm。

        1.2.3 樣品預(yù)處理 人體血清與尿液均來(lái)自健康志愿者,將其用高純水稀釋100倍后用于分析檢測(cè),樣品無(wú)需進(jìn)一步處理。

        圖1 MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)的XRD圖譜Fig.1 XRD pattern of MPA-capped Mn-doped ZnS QDs

        圖2 MPA包裹的ZnS∶Mn 量子點(diǎn)的紫外吸收(曲線 1)和磷光光譜圖(曲線 2)Fig.2 Absorption spectrum of MPA-capped Mn-doped ZnS QDs(curve 1) and RTP spectrum(curve 2)

        2 結(jié)果與討論

        2.1 MPA包裹的ZnS∶Mn量子點(diǎn)的表征

        圖1為該量子點(diǎn)的XRD圖譜,由圖可知,所合成的MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)3個(gè)衍射峰分別對(duì)應(yīng)立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)的(111),(220),(311)3個(gè)晶面[17]。

        MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)的紫外吸收和磷光光譜圖見圖2,由圖可知該量子點(diǎn)的最大激發(fā)峰位于295 nm 處,最大發(fā)射峰位于590 nm處。在圖2插圖中,hυ1顯示了該量子點(diǎn)的表面缺陷,而hυ2顯示了該量子點(diǎn)的磷光性質(zhì)是由Mn2+的三重態(tài)(4T1)到基態(tài)(6A1)的躍遷產(chǎn)生,ZnS是一種寬帶隙半導(dǎo)體,其導(dǎo)帶和價(jià)帶為雜質(zhì)離子提供較寬的能級(jí)范圍,當(dāng)激發(fā)光被ZnS主體吸收后,電子和空穴發(fā)生分離,且空穴被Mn2+捕獲,由此出現(xiàn)電子和空穴在Mn2+上復(fù)合,從而導(dǎo)致Mn2+的激發(fā),并以磷光形式釋放能量[22-23]。

        圖3 不同濃度PMZ對(duì)MPA包裹的 ZnS∶Mn量子點(diǎn)磷光強(qiáng)度的影響Fig.3 RTP emission spectra of MPA-capped Mn-doped ZnS QDs with various concentrations of PMZ

        圖4 基于MPA包裹的 ZnS∶Mn量子點(diǎn)檢測(cè)PMZ的反應(yīng)機(jī)理圖Fig.4 Schematic illustration of PMZ detection used the MPA-capped Mn-doped ZnS QDs

        2.2 選擇MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)作為探針檢測(cè)PMZ

        隨著PMZ濃度的增加,MPA包裹的 ZnS∶Mn量子點(diǎn)的磷光強(qiáng)度發(fā)生非常有規(guī)律的猝滅,據(jù)此建立了一種基于MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)的室溫磷光檢測(cè)PMZ的新方法。從圖3可以看出,當(dāng)未加入PMZ時(shí),MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)有很高的磷光值,隨著PMZ的加入,該量子點(diǎn)的磷光強(qiáng)度被迅速猝滅,直至PMZ濃度達(dá)到160 μmol/L 時(shí),猝滅效果趨于穩(wěn)定。

        2.3 MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)與PMZ之間的反應(yīng)機(jī)理

        穩(wěn)定劑MPA的加入不僅使 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)的水溶性增強(qiáng),也賦予該量子點(diǎn)表面大量的羧基,使其呈明顯的負(fù)電性;而PMZ為吩噻嗪衍生物,其分子中的N原子和S原子上有孤對(duì)電子,故在水溶液中極易發(fā)生質(zhì)子化后以陽(yáng)離子形式存在,使其呈明顯的正電性[24],因此二者可通過(guò)靜電作用發(fā)生復(fù)合。除此之外,PMZ分子中的N原子和S原子上的孤對(duì)電子易通過(guò)獲得電子而被氧化,因此,PMZ還可作為一種良好的電子受體;而MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)受到激發(fā)后,電子和空穴發(fā)生分離,空穴會(huì)被Mn2+俘獲,之后電子和空穴各自在Mn2+上復(fù)合導(dǎo)致Mn2+激發(fā),并以磷光形式釋放能量[25],而一些小分子與量子點(diǎn)表面結(jié)合后會(huì)影響量子點(diǎn)中電子和空穴的復(fù)合過(guò)程,進(jìn)而使量子點(diǎn)的發(fā)光強(qiáng)度發(fā)生改變。因此,當(dāng)體系中加入PMZ后,PMZ作為一種陽(yáng)離子電子受體,可能通過(guò)靜電作用與MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)形成復(fù)合物,進(jìn)而從量子點(diǎn)捕獲電子并阻止量子點(diǎn)內(nèi)電子與空穴的正常復(fù)合,導(dǎo)致MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)的室溫磷光發(fā)生猝滅。圖4為MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)與PMZ的反應(yīng)機(jī)理圖。

        圖5 PMZ與MPA包裹的 ZnS∶Mn量子點(diǎn)的共振散射圖譜Fig.5 RLS spectra of PMZ and MPA-capped Mn-doped ZnS QDsa.48 μmol/L PMZ;b.QDs;c.curve a+curve b;d.QDs+48 μmol/L PMZ;e.QDs + 144 μmol/L PMZ

        圖5為PMZ與MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)的共振散射光譜圖(RLS),由圖5可見,單純的PMZ和MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)的RLS強(qiáng)度較弱,而加入PMZ后,體系的RLS強(qiáng)度明顯增強(qiáng),且增強(qiáng)效應(yīng)并非PMZ與量子點(diǎn)二者各自的RLS強(qiáng)度的簡(jiǎn)單疊加所致(曲線c)。此外,隨著PMZ濃度的增加,RLS強(qiáng)度不斷增強(qiáng),說(shuō)明MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)與PMZ之間可能通過(guò)靜電作用結(jié)合形成了更大的散射粒子。

        2.4 影響因素考察

        利用MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)的室溫磷光檢測(cè)PMZ的影響因素主要有溶液的反應(yīng)時(shí)間、pH值、鹽(NaCl)濃度。經(jīng)考察,反應(yīng)時(shí)間對(duì)檢測(cè)PMZ幾乎無(wú)影響,因此該實(shí)驗(yàn)均在反應(yīng)10 min后進(jìn)行測(cè)定,在60 min內(nèi)完成檢測(cè)。在pH 5.7~7.4范圍內(nèi),該體系的磷光強(qiáng)度明顯增強(qiáng);在pH 7.4~9.0范圍內(nèi),該體系的磷光強(qiáng)度明顯減弱,因此,該實(shí)驗(yàn)均在pH 7.4的PBS緩沖溶液中進(jìn)行。鹽(NaCl)濃度在0~0.25 mol/L范圍時(shí),該體系的磷光強(qiáng)度幾乎保持不變,而人體液中的鹽濃度為0.15 mol/L,因此,利用MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)的室溫磷光可以檢測(cè)人血清與尿液中的PMZ。

        2.5 工作曲線

        在最佳實(shí)驗(yàn)條件下,研究了MPA包裹的ZnS∶Mn量子點(diǎn)的室溫磷光猝滅量(ΔRTP)與PMZ濃度之間的關(guān)系。結(jié)果顯示,當(dāng)PMZ濃度為3.2~160 μmol/L 時(shí),該量子點(diǎn)的ΔRTP與PMZ濃度之間呈線性關(guān)系:當(dāng)PMZ濃度為3.2~32 μmol/L 時(shí),線性方程為ΔRTP=6.001cPMZ+6.657,相關(guān)系數(shù)為0.998;當(dāng)PMZ濃度為32~160 μmol/L 時(shí),線性方程為ΔRTP=1.489cPMZ+147.2,相關(guān)系數(shù)為0.999。檢出限(3σ)為0.553 μmol/L。與已有方法相比(表1),本方法建立在pH 7.4的中性環(huán)境中,靈敏度較高、簡(jiǎn)便快速、成本低。

        表1 測(cè)定PMZ方法的比較

        2.6 共存物質(zhì)的干擾

        在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下,考察了人體液中常見共存物質(zhì)對(duì)PMZ檢測(cè)體系的干擾。結(jié)果顯示,當(dāng)PMZ的濃度為48 μmol/L 時(shí),100倍的Cl-和Na+,50倍的K+,Ca2+,葡萄糖、蔗糖,20倍的L-谷氨酸、L-賴氨酸、L-脯氨酸、L-丙氨酸、甘氨酸、酪氨酸對(duì)PMZ檢測(cè)體系的磷光強(qiáng)度幾乎無(wú)干擾(誤差均不超過(guò)±5.0%)。這表明利用MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)的室溫磷光檢測(cè)PMZ具有很高的選擇性。

        圖6 人尿液( 1,3)、血清(2,4)的磷光和熒光光譜圖Fig.6 RTP and FL spectra of human urine( 1,3) and serum(2,4)1,2:RTP spectra;3,4:FL spectra

        2.7 實(shí)際樣品的測(cè)定

        為考察利用MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)的室溫磷光檢測(cè)PMZ的可行性,本實(shí)驗(yàn)采用加標(biāo)回收法檢測(cè)健康人血清和尿液中的PMZ。圖6顯示,人血清和尿液有很強(qiáng)的背景熒光,卻無(wú)背景磷光。因此,利用MPA包裹的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn)的室溫磷光檢測(cè)PMZ能有效避免人血清和尿液自體熒光的干擾。該方法只需將待測(cè)液稀釋,無(wú)需其他預(yù)處理。將人血清和尿液用高純水稀釋100倍后,進(jìn)行3個(gè)濃度(8,48,144 μmol/L)水平的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn),測(cè)得加標(biāo)回收率為96.4%~103.1%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.6%~3.9%。方法的準(zhǔn)確度可滿足實(shí)際樣品的檢測(cè)需要。

        3 結(jié) 論

        本文以三巰基丙酸(MPA)為表面修飾劑,采用水相合成法制備了穩(wěn)定且具有良好光學(xué)性質(zhì)的 ZnS∶Mn 量子點(diǎn),建立了一種檢測(cè)PMZ的新方法。該方法與速差動(dòng)力學(xué)、曙紅Y、熒光等分光光度法相比,檢測(cè)范圍寬、靈敏度高,并且避免了自身熒光的干擾;與HPLC法相比,成本低、簡(jiǎn)便快速。此外,其他方法大都在酸性環(huán)境中進(jìn)行檢測(cè),而該方法在pH 7.4的中性環(huán)境中進(jìn)行。因此,MPA包裹的Mn摻雜ZnS量子點(diǎn)的室溫磷光能有效應(yīng)用于人體液中PMZ的檢測(cè)。

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        [27] Gao P F,Zeng G M,Niu C G.Chem.Sens.(高攀峰,曾光明,牛承崗.化學(xué)傳感器),2006,26(1):49-53.

        Detection of Promethazine Based on the Room Temperature Phosphorescence of MPA-capped Mn-doped ZnS Quantum Dots

        XU Mei,LI Dong-xia,YAN Gui-qin*

        (College of Life Science,Shanxi Normal University,Linfen 041000,China)

        Using 3-mercaptopropionic acid(MPA) as surface modifiers,Mn doped ZnS quantum dots with stable and good optical properties were synthesized via water phase method.In phosphate-buffered saline solution,the addition of promethazine could obviously quench the room temperature phosphorescence of MPA-capped Mn-doped ZnS quantum dots.Thus,a new method for the detection of promethazine was established.The quenched phosphorescence intensity(ΔRTP) was linearly proportional to concentration of promethazine.The linear ranges of promethazine were 3.2-32 μmol/L and 32-160 μmol/L,with correlation coefficients of 0.998 and 0.999,respectively.The limit of detection for the method was 0.553 μmol/L.This method was used to detect promethazine in human serum and urine samples with satisfactory results,and the recoveries ranged from 96.4%to 103.1%.

        MPA-capped Mn-doped ZnS;quantum dots(QDs);room temperature phosphorescence(RTP);promethazine(PMZ)

        2016-04-07;

        2016-05-01

        國(guó)家教育部博士點(diǎn)聯(lián)合基金項(xiàng)目(20111404110002);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31272258);山西省重點(diǎn)化學(xué)優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目(912019)

        10.3969/j.issn.1004-4957.2016.10.014

        O657.3;TQ460.72

        A

        1004-4957(2016)10-1301-05

        *通訊作者:閆桂琴,教授,研究方向:植物分子生物學(xué)及生物分子化學(xué),Tel:0357-2051867,E-mail:gqyan2013@163.com

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