董華燕，楊黎明，祝 靖

（1.武漢譜尼科技有限公司，湖北武漢430000；2.武漢江夏區(qū)綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心，湖北武漢430000）

基于量子點(diǎn)的熒光特性檢測(cè)磺胺二甲嘧啶

董華燕1，楊黎明1，祝 靖2

（1.武漢譜尼科技有限公司，湖北武漢430000；2.武漢江夏區(qū)綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心，湖北武漢430000）

以水溶性量子點(diǎn)為熒光探針，基于熒光內(nèi)濾效應(yīng)建立了定量檢測(cè)磺胺二甲嘧啶快速、靈敏的熒光分析方法。研究了磺胺二甲嘧啶（作為吸光體）對(duì)CdTe量子點(diǎn)（作為熒光體）的猝滅作用，探究了基于內(nèi)濾作用的猝滅機(jī)理，以及通過熒光猝滅量和磺胺二甲嘧啶質(zhì)量濃度之間的線性關(guān)系建立了定量檢測(cè)磺胺二甲嘧啶的線性方程。試驗(yàn)的線性范圍為1.7～3.3 μg/mL，檢出限為2.1 ng/mL。

量子點(diǎn)；磺胺二甲嘧啶；熒光猝滅；熒光內(nèi)濾

磺胺二甲嘧啶（SM2）作為一種磺胺類藥物，它能被用作飼料添加劑，用于防治葡萄球菌及溶解性鏈球菌等的感染。但是，如果短時(shí)間大劑量或長(zhǎng)時(shí)間小劑量的刺激可分別引起急性或慢性中毒[1]。因此，建立一種快速、靈敏的檢測(cè)方法，對(duì)保障消費(fèi)者健康安全和食品衛(wèi)生安全發(fā)展行業(yè)都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，檢測(cè)磺胺二甲嘧啶的研究主要集中于高效液相色譜法（HPLC）、酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）、分光光度法、色譜質(zhì)譜聯(lián)用法、免疫分析法、毛細(xì)管電泳法和薄層色譜法等，熒光分析法的報(bào)道較少[2]。高效液相色譜法分析成本高，液相色譜儀價(jià)格及日常維護(hù)費(fèi)用高，分光光度法準(zhǔn)確度相對(duì)不是很高，毛細(xì)管電泳法重現(xiàn)性差，而薄層色譜法手動(dòng)操作比較多、人為影響因素大、重現(xiàn)性不好[3]。

量子點(diǎn)（QDs），也稱半導(dǎo)體納米晶，一般是由Ⅱ-Ⅵ族或Ⅲ-Ⅴ族元素組成的納米顆粒。由于QDs的半徑較小，物理尺寸小于其激子波爾半徑，而使其具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)。量子點(diǎn)良好的光譜特性和自身優(yōu)點(diǎn)，使其可以作為生物熒光探針，近年來這方面的研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展[4]。2002年，Chen Y等人[5]報(bào)道了CdS量子點(diǎn)能作為銅離子和鋅離子的熒光探針，他們發(fā)現(xiàn)在水溶液中合成的CdS量子點(diǎn)與銅離子作用后發(fā)生熒光猝滅，以L-半胱氨酸為穩(wěn)定劑的量子點(diǎn)與鋅離子作用后熒光增強(qiáng)，以此檢測(cè)生物樣品中Cu2+和Zn2+，這是首次提出的以發(fā)光量子點(diǎn)作為熒光探針來選擇性檢測(cè)金屬陽離子的新方法。目前，量子點(diǎn)作為一種很有發(fā)展?jié)摿Φ男滦蜔晒馍锾结槪咽艿饺藗兊膹V泛關(guān)注。它吸收光譜寬，發(fā)射光譜窄而對(duì)稱，化學(xué)穩(wěn)定性和抗光漂白性強(qiáng)，量子產(chǎn)率高，通過調(diào)節(jié)組成和大小可以使其發(fā)射出不同顏色的光，并且具有較高的熒光強(qiáng)度和光穩(wěn)定性等特點(diǎn)[6]。

研究以團(tuán)隊(duì)前期的研究為基礎(chǔ)，采用華中農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供的水相合成CdTe量子點(diǎn)，基于磺胺二甲嘧啶對(duì)CdTe量子點(diǎn)的內(nèi)濾效應(yīng)猝滅機(jī)理，建立了定量檢測(cè)磺胺二甲嘧啶的分析方法，試驗(yàn)建立的方法操作簡(jiǎn)單、快速。熒光內(nèi)濾效應(yīng)（Fluorescenceinner-filter effect）是指體系中熒光劑的激發(fā)或發(fā)射光被吸收劑（猝滅劑）吸收，從而導(dǎo)致熒光劑的熒光強(qiáng)度降低[7]。由于吸收劑的吸收值變化可以呈指數(shù)關(guān)系地轉(zhuǎn)化為熒光劑的熒光強(qiáng)度變化，因此分析靈敏度可以大大提高[8]。熒光內(nèi)濾效應(yīng)的產(chǎn)生需要吸收劑吸收光譜與熒光劑激發(fā)或發(fā)射光譜有效地重疊，以磺胺二甲嘧啶作為吸收劑，量子點(diǎn)由于具有出眾的熒光特性，可以作為磺胺二甲嘧啶理想的熒光劑[9]。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 試劑

CdTe量子，由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家蛋品中心提供；磺胺二甲嘧啶、HCl、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉。

1.1.2 儀器

F97 PRO型熒光光譜儀，上海棱光技術(shù)有限公司產(chǎn)品；UV1800型紫外可見分光光度計(jì)，島津儀器蘇州有限公司產(chǎn)品；水浴鍋；烘箱。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 磺胺二甲嘧啶母液制備

取0.1 g磺胺二甲嘧啶溶于4 mL 20%HCl中，用0.8%HCl定容至100 mL，制備成1 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)磺胺二甲嘧啶母液，備用。

1.2.2 緩沖溶液PBS的制備

根據(jù)不同的配比，將磷酸二氫鉀和磷酸氫二鈉混合，配置不同pH值的緩沖溶液PBS。

1.2.3 熒光猝滅法檢測(cè)磺胺二甲嘧啶

在5 mL離心管中注入1 mL稀釋后的CdTe量子點(diǎn)溶液（5×10-7mol/L）和一定量的磺胺二甲嘧啶溶液，用0.2 mol/L pH值為7.4的PBS緩沖溶液定容至3 mL。在常溫條件下靜置反應(yīng)40 min，用熒光分光光度計(jì)在常溫條件下進(jìn)行熒光掃描，測(cè)定熒光發(fā)射圖譜，激發(fā)波長(zhǎng)設(shè)定為330 nm，激發(fā)和發(fā)射光狹縫寬度均為10 nm。

2 結(jié)果與分析

2.1 CdTe量子點(diǎn)與磺胺二甲嘧啶的光學(xué)性質(zhì)表征

磺胺二甲嘧啶紫外吸收光譜見圖1，CdTe量子點(diǎn)的紫外吸收光譜（1）、熒光發(fā)射光譜（2）見圖2。

由圖1可見，磺胺二甲嘧啶在波長(zhǎng)475～600 nm之間都有很明顯的紫外吸收，于波長(zhǎng)550 nm處吸收峰值最大，這為熒光內(nèi)濾效應(yīng)產(chǎn)生提供了理論支持。由圖2（1）可見，CdTe量子點(diǎn)在波長(zhǎng)463 nm處具有明顯的激子吸收峰。由激子最大吸收峰的波長(zhǎng)，按照擬合公式[10-11]可計(jì)算出量子點(diǎn)的粒徑為1.61 nm左右。由圖2（2）可見，CdTe量子點(diǎn)在波長(zhǎng)521 nm處有明顯的熒光發(fā)射峰，其熒光最大發(fā)射波長(zhǎng)位于521 nm（激發(fā)波長(zhǎng)λ=330 nm）處，峰形較窄而且比較對(duì)稱，所得納米粒子尺寸分布比較窄、粒徑均一。

2.2 磺胺二甲嘧啶猝滅CdTe量子點(diǎn)的熒光曲線圖

磺胺二甲嘧啶猝滅CdTe量子點(diǎn)的熒光變化見圖3。

圖1 磺胺二甲嘧啶紫外吸收光譜

圖2 CdTe量子點(diǎn)的紫外吸收光譜（1）、熒光發(fā)射光譜（2）

圖3 磺胺二甲嘧啶猝滅CdTe量子點(diǎn)的熒光變化

由圖3可見，隨著磺胺二甲嘧啶質(zhì)量濃度的增加（1～7：0，1.7，2.0，2.3，2.7，3.0，3.3 μg/mL），體系最大發(fā)射波長(zhǎng)處的熒光強(qiáng)度呈現(xiàn)規(guī)律性下降，這是建立出定量檢測(cè)磺胺二甲嘧啶的熒光分析法的基礎(chǔ)。

從量子點(diǎn)的熒光發(fā)射曲線和磺胺二甲嘧啶的紫外吸收可知，以磺胺二甲嘧啶為吸光體、CdTe量子點(diǎn)為熒光體，可以產(chǎn)生內(nèi)濾效應(yīng)。通過構(gòu)建非共價(jià)偶聯(lián)熒光傳感體系，實(shí)現(xiàn)磺胺二甲嘧啶的熒光猝滅檢測(cè)。

2.3 試驗(yàn)條件的優(yōu)化

試驗(yàn)考查了反應(yīng)時(shí)間（10，20，30，40，50，60 min）、量子點(diǎn)濃度（通過改變體積改變其濃度），量子點(diǎn)體積（0.6，0.8，1.0，1.2，1.4 mL）、反應(yīng)溫度（0，20，40，60，80℃）、體系pH值（6.8，7.1，7.4，7.7，8.0）對(duì)體系熒光強(qiáng)度變化值（ΔF）的影響。

反應(yīng)時(shí)間對(duì)猝滅體系熒光強(qiáng)度的影響見圖4。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)猝滅體系熒光強(qiáng)度的影響

由圖4可見，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度改變量是逐漸增加的，在40 min時(shí)達(dá)到最大值，之后突然下降，后又上升，它的趨勢(shì)是先平穩(wěn)上升，有規(guī)律性，后下降又上升；超過40 min后猝滅體系熒光強(qiáng)度不穩(wěn)定、無規(guī)律。因此，選取40 min為最佳反應(yīng)時(shí)間。

量子點(diǎn)體積對(duì)猝滅體系熒光強(qiáng)度的影響見圖5。

圖5 量子點(diǎn)體積對(duì)猝滅體系熒光強(qiáng)度的影響

由圖5可見，當(dāng)量子點(diǎn)體積從0.6 mL增大到1.0 mL，熒光強(qiáng)度變化值ΔF會(huì)隨之增大，之后趨于平穩(wěn)；在1.0 mL時(shí)猝滅最大。原因可能是在一定濃度范圍內(nèi)，隨著量子點(diǎn)濃度升高，被猝滅的量子點(diǎn)就越多，猝滅作用越明顯，熒光強(qiáng)度變化值ΔF也就越大，直到量子點(diǎn)與磺胺濃度的反應(yīng)摩爾比達(dá)到一個(gè)合適的比例，猝滅反應(yīng)趨于平穩(wěn)[12]。當(dāng)量子點(diǎn)濃度過高，量子點(diǎn)熒光猝滅量不穩(wěn)定、無規(guī)律。所以，選擇量子點(diǎn)體積為1.0 mL。

反應(yīng)溫度對(duì)猝滅體系熒光強(qiáng)度的影響見圖6。

圖6 反應(yīng)溫度對(duì)猝滅體系熒光強(qiáng)度的影響

由圖6可見，隨著反應(yīng)溫度從20℃逐漸升高到60℃，熒光強(qiáng)度變化值ΔF也逐漸增加；在60℃時(shí)達(dá)到最高點(diǎn)，之后下降。在60℃時(shí)猝滅作用影響顯著，所以選取60℃為最佳反應(yīng)溫度。

體系pH值對(duì)猝滅體系熒光強(qiáng)度的影響見圖7。

圖7 體系pH值對(duì)猝滅體系熒光強(qiáng)度的影響

由圖7可見，在體系pH值為6.8～7.4時(shí)，隨著體系pH值的增加，量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度變化值ΔF逐漸升高；在pH值＞7.4時(shí)，隨著體系pH值的增大，猝滅體系熒光強(qiáng)度變化值ΔF先下降后上升；在體系pH值8.0時(shí)達(dá)到最大。但是考慮到體系pH值過高，CdTe量子點(diǎn)會(huì)由于表面羧基所帶負(fù)電荷的增多而引起水化物形成，導(dǎo)致熒光減弱[13]、體系不穩(wěn)定，所以選取體系pH值7.4為最佳體系pH值檢測(cè)條件。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線

在上述優(yōu)化過的試驗(yàn)條件下（反應(yīng)時(shí)間40 min，CdTe量子點(diǎn)取1 mL，反應(yīng)溫度60℃，體系pH值7.4），進(jìn)一步考查了CdTe量子點(diǎn)在檢測(cè)磺胺二甲嘧啶時(shí)的線性范圍以及檢出限。

磺胺二甲嘧啶質(zhì)量濃度與體系猝滅熒光強(qiáng)度變化值之間的線性關(guān)系見圖8。

圖8 磺胺二甲嘧啶質(zhì)量濃度與體系猝滅熒光強(qiáng)度變化值之間的線性關(guān)系

由圖8可見，當(dāng)磺胺二甲嘧啶質(zhì)量濃度在1.7～3.3 μg/mL內(nèi)增加時(shí)，量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度變化值呈規(guī)律性下降。以量子點(diǎn)熒光改變量為Y、磺胺二甲嘧啶質(zhì)量濃度為X，建立線性回歸方程為Y=2 165.322X-3 227.139（X的單位為μg/mL），R2=0.955 99。由連續(xù)11次測(cè)定不含磺胺二甲嘧啶和含磺胺二甲嘧啶體系熒光強(qiáng)度差的3倍除以標(biāo)曲斜率，得到檢出限為2.1 ng/mL。

3 結(jié)論

基于磺胺二甲嘧啶對(duì)單核CdTe量子點(diǎn)的熒光猝滅效應(yīng)建立了快速、靈敏檢測(cè)磺胺二甲嘧啶濃度的熒光分析方法，分別考查了量子點(diǎn)體積、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度和體系pH值等多種因素對(duì)檢測(cè)體系的影響，初步探討了磺胺二甲嘧啶猝滅量子點(diǎn)的原因。

該檢測(cè)方法線性范圍寬（1.7～3.3 μg/mL），檢測(cè)限低（2.1 ng/mL）。相比于常規(guī)的檢測(cè)方法，操作簡(jiǎn)便，檢測(cè)速度快、靈敏度高。

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Rapid Detect of SM2Based on Nano-Fluorescence Probe

DONG Huayan1，YANG Liming1，ZHU Jing2
（1.Wuhan Pony Testing Technology Co.，Ltd，Wuhan，Hubei 430000，China；2.Wuhan Jiangxia Comprehensive Inspection and Testing Center，Wuhan，Hubei 430000，China）

In this paper，a quantitatively rapid and sensitive fluorescence analysis method is established by using water soluble quantum dots as a fluorescence probe to detect sulfadimidine（SM2）.The experiment research the mechanism of the quenching caused by the fluorescence inner-filter effect（IFE）between SM2（absorber）and CdTe QDs（fluorophore）.Based on the quenching effect，the method for detecting SM2using QDs as probe is established.The results show that the relationship between the SM2concentration and the quenching intensity of CdTe QDs（F）while the SM2concentration ranged from 1.7～3.3 μg/mL，the detection limit is 2.1 ng/mL.

quantum dots；SM2；fluorescence quenching；fluorescence inner-filter effect

S869.84

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.08.013

1671-9646（2017）08a-0040-04

2017-06-29

董華燕（1990—），女，碩士，研究方向?yàn)槭称贩治鰴z測(cè)。