張 靜,唐 青,宋桂先, 陶 朱,薛賽鳳,黃 英,周清娣,衛(wèi) 鋼

(1.貴州大學(xué)西南藥用生物資源教育部工程研究中心， 貴州貴陽550025;2.貴州大學(xué)大環(huán)化學(xué)及超分子化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 貴州貴陽550025;3.悉尼大學(xué)化學(xué)院, 澳大利亞新南威爾士州2006; 4.澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織制造業(yè), 澳大利亞新南威爾士州2070)

超分子熒光探針對(duì)水中敵草快的識(shí)別與檢測(cè)

張 靜1,2,唐 青1,宋桂先2, 陶 朱2,薛賽鳳2,黃 英1,周清娣3,衛(wèi) 鋼4

(1.貴州大學(xué)西南藥用生物資源教育部工程研究中心， 貴州貴陽550025;2.貴州大學(xué)大環(huán)化學(xué)及超分子化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 貴州貴陽550025;3.悉尼大學(xué)化學(xué)院, 澳大利亞新南威爾士州2006; 4.澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織制造業(yè), 澳大利亞新南威爾士州2070)

針對(duì)敵草快用量大及水溶性強(qiáng)，易造成農(nóng)作物農(nóng)藥殘留及水資源污染的現(xiàn)狀，提出了以八元瓜環(huán)為構(gòu)筑主體，以染料分子噻唑橙(TO)作為客體，構(gòu)筑了瓜環(huán)—染料超分子熒光探針，通過熒光光譜法來檢測(cè)敵草快(DQ)。噻唑橙(TO)在水溶液中幾乎沒有熒光，加入八元瓜環(huán)(Q[8])后使TO的熒光增強(qiáng)，形成2∶2的穩(wěn)定復(fù)合物。當(dāng)在Q[8]/TO熒光探針體系中逐漸加入敵草快之后熒光強(qiáng)度又逐漸降低。根據(jù)其光譜變化，表明探針Q[8]/TO對(duì)敵草快有分子識(shí)別作用，由此建立了以Q[8]/TO熒光探針檢測(cè)水中的敵草快的新方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明其在0～3 μmol/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，檢測(cè)限為8.82×10-9mol/L，其在河水中的回收率可達(dá)到105%～106%。

八元瓜環(huán)；噻唑橙；敵草快；熒光探針

敵草快(Diquat, DQ)作為廣譜類除草劑，用途廣泛。敵草快易溶于水，難溶于大部分的有機(jī)溶劑。因?yàn)槠涫褂昧看蠹皬?qiáng)水溶性，易造成農(nóng)作物殘留及水資源的污染[1-2]。根據(jù)敵草快在農(nóng)作物及水體環(huán)境中的殘留量小及強(qiáng)離子特性，檢測(cè)方法主要有氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用法[3]、液相色譜法[4]、毛細(xì)管電泳法[5]和液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用法[6-7]等。熒光檢測(cè)技術(shù)以其簡(jiǎn)單、快速、靈敏性高等在分析領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?；诠檄h(huán)、染料的主客體相互作用，構(gòu)筑瓜環(huán)—染料超分子熒光探針，利用紫外—可見吸收光譜和熒光光譜法及核磁共振等測(cè)試技術(shù)，利用瓜環(huán)/染料超分子體系與農(nóng)藥作用前后光化學(xué)性質(zhì)的變化，研究其對(duì)農(nóng)藥的分析檢測(cè)性能[8]。本文以人工合成大環(huán)分子八元瓜環(huán)(Cucurbit[8]uril,Q[8])作為受體，花菁類染料噻唑橙(thiazole orange, TO)為指示劑，受體與指示劑通過非共價(jià)鍵可逆結(jié)合，組裝成“受體/指示劑”熒光探針體系，當(dāng)待分析物敵草快加入熒光探針體系后與指示劑形成競(jìng)爭(zhēng)或協(xié)同作用，從而造成使體系的光譜發(fā)生變化，通過測(cè)定體系的光譜變化，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)待分析物質(zhì)的測(cè)定。噻唑橙在水溶液中幾乎沒有熒光，加入八元瓜環(huán)(Q[8])后體系的熒光明顯增強(qiáng)[9-10]，因此設(shè)計(jì)構(gòu)筑了Q[8]/TO熒光探針，當(dāng)在Q[8]/TO超分子熒光探針體系中加入敵草快后，體系的熒光發(fā)生了猝滅。基于此方法通過利用敵草快與噻唑橙的配位協(xié)同機(jī)理，建立了一種在水溶液中檢測(cè)敵草快的方法，該方法具有快速、簡(jiǎn)單且靈敏度高的特點(diǎn)。而熒光光譜檢測(cè)在實(shí)際生活中也具有廣泛的應(yīng)用[11]。

圖1 Q[8]、TO和DQ的結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of Q[8],TO and DQ

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

Agilent 8453型紫外—可見分光光度計(jì)(安捷倫科技公司)，VARIAN熒光光度計(jì)(美國(guó)瓦里安有限公司)，Varian INOVA-400MHz核磁共振波譜儀(美國(guó)瓦里安有限公司)。八元瓜環(huán)由實(shí)驗(yàn)室按文獻(xiàn)[12]和文獻(xiàn)[13]制備，WCX固相萃取小柱，噻唑橙，敵草快均購自Sigma-Aldrich試劑公司，水為超純水。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1 紫外—可見吸收光譜與熒光光譜的測(cè)定

DQ配成1.00×10-3mol/L溶液，TO、Q[8]配成1.00×10-4mol/L溶液，采用摩爾比法即固定探針Q[8]/TO的濃度(2.0×10-5mol/L)，改變農(nóng)藥敵草快的濃度(0～40 μmol/L)配制一系列不同物質(zhì)的量之比的探針Q[8]/TO-農(nóng)藥DQ的超分子溶液，超純水定容，搖勻，室溫放置15 min，測(cè)定在以超純水為溶劑的溶液中Q[8]/TO與DQ的UV-Vis吸收光譜。 在λex=482 nm，設(shè)置激發(fā)和發(fā)射狹縫為5 nm，電壓為650 V，測(cè)定體系的熒光光譜。

1.2.2 氫核磁共振譜的測(cè)定

25 ℃, 以D2O為溶劑在VARIAN INOVA-400MHz核磁共振儀上進(jìn)行核磁氫譜的測(cè)定。

1.2.3 樣品處理及測(cè)定

水樣采集于花溪濕地公園，樣品用4 ℃冰箱保存。從采樣瓶中移取水樣100 mL至錐形瓶，添加0.1、0.2、0.4 mL的1×10-3mol/L農(nóng)藥標(biāo)準(zhǔn)樣品，配制1 mol/L、中性的磷酸銨緩沖液來調(diào)節(jié)溶液的pH值(pH=7)。用甲醇和超純水活化和平衡WCX固相萃取小柱后，將處理過的水樣(100 mL)倒入到活化后的小柱中。水和甲醇(1∶1)混合溶液淋洗小柱，在乙腈中加入2%甲酸洗脫目標(biāo)組分，水浴鍋蒸干，加水稀釋并定容至5 mL，待用。試驗(yàn)均設(shè)置2個(gè)平行。分別取待測(cè)液1 mL與濃度為2×10-5mol/L的Q[8]/TO熒光探針(5 mL, 1×10-4mol/L Q[8]和TO)配制成25 mL溶液待測(cè)(測(cè)定條件為激發(fā)波長(zhǎng)為482 nm，激發(fā)狹縫為5 nm，發(fā)射狹縫為5 nm，電壓為650 V)。

2 結(jié)果與討論

2.1 熒光光譜與紫外—可見吸收光譜分析

在水溶液中，噻唑橙幾乎無熒光，在噻唑橙溶液中加入Q[8]后，噻唑橙能與Q[8]形成主客體配合物而熒光增強(qiáng)，當(dāng)在Q[8]/TO體系中加入DQ之后，體系在580 nm處的的熒光發(fā)射光譜強(qiáng)度減弱[圖2(a)]。相應(yīng)地，當(dāng)在Q[8]/TO體系中加入DQ之后，體系在482 nm處的紫外—可見吸收強(qiáng)度增強(qiáng)[圖2(b)]。其原因可能是DQ的加入，破壞了Q[8]/TO原有的作用比例和作用模式而導(dǎo)致光譜性質(zhì)發(fā)生變化。因此，選擇Q[8]/TO作為熒光探針檢測(cè)DQ。

圖2 Q[8]/TO與DQ的熒光發(fā)射光譜及紫外—可見吸收光譜，插圖為DQ與探針的濃度比Fig.2 Fluorescence emission spectra and UV-Vis absorption spectra of Q[8]/TO with addition of DQ

2.2 線性范圍及檢測(cè)限

DQ能使Q[8]/TO探針的熒光強(qiáng)度猝滅，且在0～3 μmol/L范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，由圖3計(jì)算得線性方程為y=2.03+0.54x(R=0.999 5)。依照IUPAC規(guī)定，計(jì)算超分子體系對(duì)DQ的檢出限為：8.82×10-9mol/L。

2.3 方法的選擇性

選擇了水體環(huán)境中常見的金屬離子及陰離子作為可能存在的共存離子進(jìn)行干擾實(shí)驗(yàn)的測(cè)定。測(cè)定加入不同濃度離子對(duì)的熒光發(fā)射光譜強(qiáng)度的影響，對(duì)比熒光強(qiáng)度變化，測(cè)定結(jié)果如表1所示，表明所加入的離子對(duì)敵草快的測(cè)定無干擾，也即探針對(duì)敵草快的檢測(cè)具有較好的選擇性。

圖3 DQ的校正曲線Fig.3 Calibration curve of DQ

離子種類干擾產(chǎn)生的倍數(shù)1K+，Mg2+，SO42-，Cl-60Na+，H2PO4-80Cu2+，NH4+40Ca2+4Fe3+20

注：1.誤差Δ為±5%時(shí)，干擾離子為待測(cè)目標(biāo)物質(zhì)的倍數(shù)。

2.4 檢測(cè)機(jī)理研究

圖4 Q[8]/TO與DQ作用體系的 1H NMR圖譜Fig.4 1HNMR spectra (400 MHz,D2O) of DQ with Q[8] TO

圖4為Q[8]/TO與敵草快作用體系的1HNMR譜圖。從1H NMR譜圖可看出，Q[8]/TO體系中，TO質(zhì)子共振峰Ha及Hb的化學(xué)位移未發(fā)生位移，而瓜環(huán)上的氫質(zhì)子峰發(fā)生了裂分，結(jié)合文獻(xiàn)[8]和文獻(xiàn)[9]分析可知，可能是TO兩端的苯環(huán)部分進(jìn)入了瓜環(huán)的內(nèi)腔而形成了2∶2的主客體復(fù)合物[圖5(a)]。當(dāng)在該體系加入DQ后，DQ的質(zhì)子共振峰均向高場(chǎng)移動(dòng)，如圖4所示，TO質(zhì)子共振峰Ha仍未發(fā)生明顯的移動(dòng)，而質(zhì)子峰Hb明顯向高場(chǎng)移動(dòng)，但瓜環(huán)上裂分的氫質(zhì)子峰恢復(fù)原樣。因此，從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可推測(cè)兩個(gè)TO分子交替疊合，兩端分別進(jìn)入瓜環(huán)空腔，形成2∶2的作用模式，當(dāng)DQ加入后，DQ競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)入瓜環(huán)空腔，破壞了原有的作用模式，DQ和TO的五元雜環(huán)端協(xié)同進(jìn)入了瓜環(huán)的內(nèi)腔而形成三元復(fù)合物，其可能作用模式如[圖5(b)]所示。

2.5 樣品的測(cè)定

將待測(cè)液置于比色皿中測(cè)定其熒光光譜，同時(shí)利用HPLC方法作對(duì)比，結(jié)果如表2所示。由測(cè)定結(jié)果可知，利用熒光探針檢測(cè)其回收率為均能取得較好的結(jié)果，且偏差較小并在合理范圍內(nèi)，表明Q[8]/TO探針能較好地用于DQ的檢測(cè)。這一結(jié)果通過與HPLC檢測(cè)結(jié)果對(duì)比得到驗(yàn)證。

表2 DQ在河水中的回收率
Tab.2 Recovery of DQ in water samples

加入量/(×10-6mol·L-1)本方法測(cè)得量/(×10-6mol·L-1)HPLC測(cè)得量/(×10-6mol·L-1)本方法HPLC回收率/%RSD/%回收率/%RSD/%101059261053999262982021291510646691535340423922106387922361

(責(zé)任編輯 張曉云 梁碧芬)

A fluorescent probe based host-guest complexation for the determination of diquat in aqueous solutions

ZHANG Jing1,2, TANG Qing1, SONG Gui-xian2, TAO Zhu2, XUE Sai-feng2, HUANG Ying1, ZHOU Qing-di3, WEI Gang4

(1. The Engineering and Research Center for Southwest Bio-Pharmaceutical Resources of National Education Ministry of China, Guizhou University, Guiyang 550025, China;2. Key Laboratory of Macrocyclic and Supramolecular Chemistry of Guizhou Province, Guizhou University, Guiyang 550025, China;
3. School of Chemistry, the University of Sydney, NSW 2006, Australia;
4. Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization (CSIRO), Manufacturing, P.O.Box 218, Lindfield, NSW 2070, Australia)

Thiazole orange can react with cucurbit[8]uril(Q[8]) to form 2∶2 host-guest stable complexes and the fluorescence intensity of the complexes was greatly enhanced.But the dramatic quenching of the fluorescence intensity of Q[8]/TO complexes was observed with the addition of diquat(DQ).So a new method based on fluorescence quenching of the fluorescent host-guest complexes of Q[8]-TO (the probe) upon cooperative binding with DQ to form a ternary complex, was proposed for the analytical determination of the herbicide in aqueous solutions.A linear correlation (y=2.03+0.54x,R=0.999 5) between the fluorescence intensity and concentration of DQ from 0 to 3 μmol/L and detection limits of 8.82×10-9mol L-1was obtained.Recoveries obtained by the proposed method in real-world examples such as river water were 105%～106%.

Thiazole orange; Cucurbit[8]uril; Diquat; fluorescence probe

2016-07-11；

2016-09-21

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21202026);貴州省科學(xué)技術(shù)基金資助項(xiàng)目(黔科合JZ字[2014]2005號(hào));教育部春暉計(jì)劃項(xiàng)目(Z2015004)

黃 英(1973—)，女，貴州貴陽人，貴州大學(xué)教授;E-mail:yinghung128@163.com。

張靜,唐青,宋桂先,等.超分子熒光探針對(duì)水中敵草快的識(shí)別與檢測(cè)[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，41(6)：2039-2043.

10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2016.2039

O6

A

1001-7445(2016)06-2039-05