基于CdTe量子點熒光猝滅-恢復(fù)方法測定依諾沙星的研究

李滿秀，張　強，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量子點熒光猝滅-恢復(fù)方法測定依諾沙星的研究

李滿秀*，張強，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的CdTe量子點。根據(jù)在Cu2+存在的情況下，CdTe 量子點熒光恢復(fù)程度與依諾沙星濃度成正比的現(xiàn)象，建立了基于CdTe量子點熒光猝滅-恢復(fù)測定依諾沙星的新方法。考察了溶液pH 值以及Cu2+濃度等對檢測體系的影響。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)與量子點熒光恢復(fù)程度呈良好的線性關(guān)系，檢出限為7.2×10-8mol/L。該方法用于實際樣品中依諾沙星的檢測，回收率為95.5%～105.0%。

CdTe量子點；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(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)波長可調(diào)，抗漂白性強，激發(fā)光譜寬且連續(xù)分布，發(fā)射光譜窄且分布對稱，光學(xué)穩(wěn)定性高，不易光解。CdTe量子點作為熒光探針，廣泛應(yīng)用于生物標記、生物監(jiān)測、金屬離子和農(nóng)藥測定等方面[1-4]。依諾沙星(ENX)是第三代氟喹諾酮類抗生素，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。臨床主要用于對其敏感的革蘭陰性菌和陽性菌引起的感染，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)有測定方法都有各自的局限，新方法的研究仍具有現(xiàn)實的意義。

本文以巰基丙酸為穩(wěn)定劑合成了水溶性的CdTe量子點，利用Cu2+來調(diào)控量子點的表面性質(zhì)，降低其熒光強度；當體系中加入依諾沙星后，量子點熒光恢復(fù)，且恢復(fù)程度與依諾沙星濃度相關(guān)，從而實現(xiàn)對依諾沙星的定量檢測。本方法操作簡單，靈敏度高，成本低，可用于實際樣品中依諾沙星的測定。

2　實　　驗

2.1儀器和試劑

F-4500型熒光分光光度計(日本日立公司)，UV-2550型紫外分光光度計(日本島津公司)，pHS-3CT型酸度計(上海大普儀器有限公司),78-磁力加熱攪拌器 (江蘇金壇金城國盛實驗儀器廠)，HK-2A超級恒溫水浴箱(南京南大萬和科技有限公司)，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任公司)，微量進樣器 (上海高鴿工貿(mào)有限公司)。

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

2.2合成方法

合成方法參見文獻[7-8]。

2.2.1碲氫化鈉(NaHTe)溶液的制備

準確稱取碲粉0.127 6 g和NaBH40.080 0 g加入三頸瓶中，用真空泵排盡空氣，在氮氣保護下迅速注入超純水3 mL。溶液在冰水浴中和強磁力攪拌下反應(yīng)，4 h后停止并靜置10 min。上層的無色溶液為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，先通高純氮氣30 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。在氮氣保護下，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。

2.2.3合成條件對CdTe量子點的影響

(1)pH值的影響：pH值對于合成的CdTe量子點熒光強度影響明顯。pH<10時，CdTe量子點熒光強度較低。當pH值增大時，CdTe量子點熒光強度會增大，pH=11時熒光強度達到最大。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值會導(dǎo)致合成的CdTe量子點溶液不穩(wěn)定，熒光強度反而會減小。因此，我們調(diào)節(jié)反應(yīng)液的pH=11來合成CdTe量子點。

(2)回流時間的影響：通過對加熱回流時間的控制，可以得到不同顏色的量子點。我們設(shè)定回流時間分別為2，3，4 h來合成CdTe量子點，結(jié)果表明：隨著回流時間的變化，CdTe量子點的熒光強度會發(fā)生變化。當反應(yīng)時間為3 h時，CdTe量子點的熒光強度達到最大且較為穩(wěn)定。實驗還發(fā)現(xiàn)，隨著回流時間的增加，CdTe量子點的最大發(fā)射峰位會不斷紅移，峰位在550～660 nm間波動。我們將回流時間定為3 h來制備發(fā)射峰位為600 nm的CdTe量子點溶液。

(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量子點溶液。實驗發(fā)現(xiàn)，當回流溫度為96 ℃時，制得的CdTe量子點熒光強度合適，因此，我們選擇回流溫度為96 ℃。

2.2.4CdTe量子點的光學(xué)性質(zhì)

根據(jù)上述方法合成的水溶性CdTe量子點光學(xué)性能穩(wěn)定。當激發(fā)波長為400 nm時，CdTe量子點在600 nm處出現(xiàn)相對較窄的強發(fā)射峰。圖1為CdTe量子點的紫外吸收和熒光發(fā)射光譜。

圖1　CdTe量子點的紫外吸收(a)和熒光發(fā)射光譜(b)

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

2.3測定方法

Cu2+對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，測定600 nm處的熒光強度。

CdTe QDs 熒光恢復(fù)法測定依諾沙星：在系列5 mL比色管中依次加入1 mL的CdTe量子點、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，測定600 nm處的熒光強度(激發(fā)和發(fā)射狹縫寬度均為10 nm)。

3　結(jié)果與討論

3.1作用效果與機理探討

CdTe與Cu2+作用的熒光光譜如圖2所示。以F0/F對Cu2+的濃度進行數(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)出良好的線性關(guān)系，符合Stern-Volmer方程，工作曲線如圖3所示，線性方程為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量子點與Cu2+相互作用的工作曲線

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

CdTe量子點中加入Cu2+后其熒光強度發(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，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、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對依諾沙星溶液濃度進行數(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，工作曲線如圖5所示，線性方程為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、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、Cu2+與依諾沙星溶液相互作用的工作曲線。

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量子點表面的Cu2+解吸下來，量子點表面得到恢復(fù)，其熒光強度得以恢復(fù)。實驗表明，加入依諾沙星前后熒光強度的比值與其濃度呈線性關(guān)系。

3.2CdTe量子點的濃度選擇

實驗表明，對于過低濃度的CdTe量子點，熒光猝滅的作用不太明顯，且線性范圍也窄；但CdTe量子點濃度太高也會導(dǎo)致分析靈敏度降低。隨著CdTe量子點體積的增加，CdTe量子點與Cu2+作用體系的熒光強度增大，而且熒光猝滅值(F0/F)隨著CdTe量子點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量子點的濃度適合測定，兼顧線性范圍、靈敏度和低背景干擾，我們使用1.0 mL的 CdTe量子點進行實驗(濃度以Cd2+計，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)，測定了不同pH值對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)，測其熒光強度，結(jié)果見圖6。

圖6pH值對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量子點的熒光檢測背景和線性范圍。當Cu2+濃度過低時，CdTe量子點熒光猝滅效率太低，會導(dǎo)致檢測的熒光背景過高，使熒光恢復(fù)范圍變窄，依諾沙星檢測的線性范圍也變窄；如果Cu2+濃度過高，依諾沙星就會與游離的Cu2+先結(jié)合，與CdTe量子點表面結(jié)合的Cu2+減少，降低了依諾沙星對Cu2+的解吸能力，影響熒光恢復(fù)的效率。綜上所述，考慮CdTe量子點的熒光恢復(fù)效率及線性范圍，我們選擇濃度為2.3×10-5mol/L的Cu2+溶液作為量子點猝滅劑對依諾沙星進行檢測。

3.5反應(yīng)時間的影響

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

3.6反應(yīng)溫度的影響

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

3.7共存物質(zhì)的影響

圖7溫度對體系熒光強度的影響

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

3.8工作曲線、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)程度呈線性關(guān)系，其線性回歸方程為F/F0=1.2652+0.024c(10-7mol/L)，相關(guān)系數(shù)r=0.996 9。測得檢出限(S/N=3)為7.2×10-8mol/L。對10 份8.0×10-6mol/L 依諾沙星溶液平行測定，得精密度為0.49%。

3.9樣品測定

按照本實驗方法，采用加標回收法測定片劑中依諾沙星的含量。稱取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定6組并求平均值，將測定值代入標準曲線計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準溶液進行加標實驗，利用標準曲線計算回收率，結(jié)果見表1。進一步計算出片劑中依諾沙星為4.8 μg/片，與標示值(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CdTe量子點熒光的猝滅作用和依諾沙星對猝滅后熒光體系的恢復(fù)作用，初步探討了其作用機理，建立了測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定，結(jié)果令人滿意。該方法可為藥品質(zhì)量檢測及CdTe量子點應(yīng)用提供有益的參考。

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李滿秀(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

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

O482.31

A

10.3788/fgxb20163704.0467