氮摻雜碳量子點的制備及中藥黃酮分析

尚 婧，張海容,2

(1.忻州師范學院 化學系，山西 忻州 034000；2.忻州師范學院 生化分析技術研究所，山西 忻州 034000)

碳量子點是一種新型的碳納米材料，與傳統的有機熒光染料和半導體量子點相比，其具有優異的光電學性質、低毒性、良好的生物相容性和廉價的制備成本等特點。碳量子點的制備方法可以分為兩大類：自上而下法和自下而上法。自上而下法是通過打碎碳的前驅物，通過聚合物表面鈍化的方式使其有效發光，包括激光燒蝕法、電化學合成法和電弧放電法。自下而上法是通過熱解或碳化合適前驅物直接合成熒光碳量子點包括熱解法[1]、水熱法[2]、微波法[3]、超聲法[4]等。高溫熱解法[1]是指將有機碳源高溫分解制備得到熒光碳量子點的方法。碳量子點光學性能穩定、表面易修飾、制備成本低廉、生物相容性好，尤其是摻雜后的CDs比單純的CDs具有更強的發光性能。

黃酮類化合物是一類植物中分布較廣并且重要的多酚類天然產物，泛指兩個具有酚羥基的苯環通過中央三碳原子相互連接而成的一系列化合物[5]對植物的生長、發育、開花、結果以及抵御異物的侵襲起著重要的作用。黃酮類化合物有廣泛的藥理活性，如抗菌作用、抗氧化作用和抗自由基作用[6]，對心血管的作用，抗腫瘤、抗癌作用，對平滑肌的作用，抗炎、抗菌、抗病毒的作用；降血糖的作用，鎮痛止瀉、防止潰瘍的作用。此外，還可作為功能食品添加劑，天然抗氧化劑食用[7]。目前測定黃酮類的方法，用的較多的是以蘆丁為標樣的NaNO2-Al(NO3)3顯色法[8-9]，但是此反應并不專一，很多非黃酮類物質也可參與反應對測定結果產生影響。因此，本實驗選擇氮摻雜熒光CDs作為熒光探針，用蕓香葉苷猝滅CDs熒光，測定溶液中黃酮含量。方法專一、干擾小、適用范圍較為廣泛。

1 實驗部分

1.1 主要儀器、試劑

儀器：美誠Huich馬弗爐(北京盈安美誠科學儀器有限公司)；F-4600型熒光光度計(HITACHI日立集團)；SL01低速離心機(上海知信實驗儀器技術有限公司)；KQ-400KDE型高功率數控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)；SB-5200DTDN超聲波清洗機(寧波新芝生物科技股份有限公司)；AB204-N電子天平(METTLER TOLEDO梅特勒-托利多公司)。

試劑：檸檬酸化學純(西安化學試劑廠)；乙二胺分析純(天津市申泰化學試劑有限公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 量子點及探針溶液制備

以檸檬酸和乙二胺為原料，采用熱解法一步合成氮摻雜的熒光量子點，步驟如下：首先，準確稱取0.50 g的檸檬酸于坩堝中，在350 ℃的溫度條件下設置加熱1.5 h，即可得到氮摻雜的碳量子點固體；將其在研缽中研磨成黑色中略帶棕紅色的粉末，稱取該量子點粉末0.100 g，用二次蒸餾水溶解，定容到50 mL的容量瓶中，在超聲波清洗器中超聲30min后用漏斗取上清液，將上清液定容到50 mL的容量瓶中，在4000 r/min的條件下離心10min。取上清液可得到氮摻雜的熒光碳量子點溶液。

1.2.2 黃酮的測定方法

取制備好的氮摻雜碳量子點溶液1 mL，含黃酮的樣品溶液1 mL，pH值=7的緩沖溶液2 mL，定容至10 mL。由于蕓香葉苷能使所制備的熒光碳量子點熒光猝滅，測定熒光強度變化ΔF，代入回歸方程，可以計算得到樣品溶液中黃酮的含量。

2 實驗結果討論

2.1 碳量子點的熒光光譜

按實驗方法1.2.1，在最佳的條件下合成的碳量子點的熒光激發和發射光譜，結果如圖1，激發和發射波長分別為360 nm、448 nm。

圖1 激發光譜與發射光譜

2.2 碳量子點制備條件優化

2.2.1 溫度的選擇

在控制其他條件不變的情況下，測定300、350、400、450、500℃的不同溫度下的碳量子點的熒光強度。由圖2可知，隨著溫度的增加熒光強度先增大后降低，溫度為350℃時熒光強度最強，說明碳量子點在此溫度下熒光性最佳。

圖2 溫度對氮摻雜碳量子點熒光強度的影響

2.2.2 原料配比

圖3 原料比對氮摻雜碳量子點熒光強度的影響

在350℃，1.5 h的條件下用0.5 g的檸檬酸分別與0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL的乙二胺制備碳量子點固體，進行研磨。分別準確稱取0.100 g的碳量子點粉末，測其熒光強度得到圖3。由圖3可知，隨著乙二胺比例的增加，熒光強度逐漸增大，當乙二胺比例過高時，熒光強度反而降低了，當檸檬酸和乙二胺的比例為5∶4時，熒光強度最強。

2.2.3 碳量子點的穩定性

將此碳量子點放置5 d，測其每隔24 h的熒光強度，考察其穩定性。如圖4所示，該碳量子點在放置的1～2 d時熒光強度最強，此后的幾天其熒光強度呈下降趨勢直至穩定。在使用此碳量子點時盡量選擇第1～2 d，避免放置時間過長影響其效果。

圖4 時間對氮摻雜碳量子點熒光強度的影響

2.2.4 碳量子點對不同猝滅劑的選擇性

如圖5所示，在加入蕓香葉苷，核黃素，三聚氰胺，金屬離子后碳量子點的熒光得到猝滅，其中蕓香葉苷的猝滅效果最好；而加入KBr和抗壞血酸，熒光反而得到增強。因此，本實驗選取蕓香葉苷作為猝滅劑。

2.3 pH值對熒光CDs的影響

取碳量子點溶液1 mL，1×10-5mol/L的蕓香葉苷溶液1 mL，分別加入不同pH值為1.61、2.64、3.74、5.18、6.15、8.58、9.15、10.59、11.42的緩沖溶液2mL定容至10 mL測其熒光強度。如圖6所示，發現加入緩沖液后碳量子點的熒光強度先增大后減小后趨于平緩再稍作增大而后大幅減小，選擇pH值為3.8作為碳量子點的最佳pH值。

圖6 pH值對氮摻雜量子點熒光強度的影響

2.4 蕓香葉苷猝滅碳量子點的工作曲線

圖7 工作曲線

研究不同濃度的蕓香葉苷對CDs熒光的影響，取1mL的碳量子點溶液，分別加入不同濃度的蕓香葉苷溶液、緩沖溶液，定容到10 mL，測定熒光強度。如圖7所示，蕓香葉苷的濃度越大，熒光的猝滅效果越強。在1.0×10-6～8.0×10-5mol/L的濃度范圍內,蕓香葉苷對CDs的熒光猝滅成線性關系，回歸方程為log△F=0.7451 logC+0.67533，相關系數為R2=0.9954。

2.5 樣品加標回收率

取0.5 g的蒼術和忍冬藤，，超聲20min加速溶解，靜置，定容100 mL。按實驗方法分別取兩者的上清液，加入1mL碳點，1 mL緩沖溶液定容至10 mL，測該體系的熒光強度并計算加標回收率，實驗結果見表1。

表1 樣品及樣品回收率

通過表1可知，蒼術、忍冬藤的加標回收率在95.9%～101.8%的范圍內，測量兩種樣品的RSD分別為2.49%和1.96%，表明儀器精密度良好。

3 結論

通過探究得到合成氮摻雜碳量子點的最佳條件：用0.500 g的檸檬酸與0.4 mL的乙二胺混合，在350℃，升溫速率為10℃/min的條件下在馬弗爐里熱解90min，用研缽研磨可得到該碳量子點的粉體；加入二次水溶解，超聲30min，離心條件為4000 r/min，10min后取上清液即為制得的黃色碳量子點溶液。用F-4600熒光光度計對制備的碳量子點進行檢測，結果表明：該氮摻雜的碳量子點的最佳激發波長在360 nm左右，最佳發射波長在448 nm左右。蕓香葉苷可以使制得的氮摻雜的碳量子點的熒光強度猝滅，且在濃度為1.0×10-6～8.0×10-5mol/L內呈現良好的線性關系，據此該碳點可用于對微量黃酮的檢測。由于此方法操作簡單，選擇性好，因此可以用于中藥中黃酮的測定。

[1]李曉敏.新型水溶性熒光碳量子點的制備及其性質研究[D].新鄉:河南師范大學,2013.

[2]王 莉,呂 婷,阮楓萍,等.水熱法制備的熒光碳量子點[J].發光學報,2014,35(6):706-709.

[3] 張 靜,江玉亮,程 鈺,等.微波法制備丙三醇碳量子點并用作Fe3+探針[J].高等學校化學學報,2016,37(1):54-58.

[4] 江玉亮.氮摻雜碳量子點的制備及光電性能研究[D].南京:南京大學,2016.

[5] 吳立軍.天然藥物化學[M].4版.北京:人民衛生出版社,2003:173-184.

[6] 張培成.黃酮化學[M].北京:化學工業出版社,2008:1-4,227-243.

[7] 鄭媛媛,李 辰,封士蘭,等.油橄欖葉中總黃酮含量測定方法探討[J].光譜學與光譜分析,2011,31(2):547-550.

[8]馬陶陶,張群林,李 俊,等.三氯化鋁比色法測定重要總黃酮方法的探討[J].時珍國醫國藥,2008,19(1):54-56.

[9]李鳳林,李青旺,高大威,等.天然黃酮類化合物含量測定方法研究進展[J].江蘇調味副食品,2008(4):8-13.