水質中丙酮醛熒光比率分析法的建立

梁曉萌 馮瑞鵬 劉澤權 牛佳興 聶海亮

(1.河北大學公共衛生學院，河北 保定 071002；2.北京豐供送變電工程有限責任公司，北京 100161；3.國家衛生健康委職業安全衛生研究中心，北京 102308)

0 引言

丙酮醛(Methylglyoxal，MGO)作為一種具有超高活性的水溶性二羰基化合物，是工業生產中制備胃藥、抗癌藥、保健藥品和其他醫藥原料的重要中間體[1]。醫學研究表明，MGO具有較強的生物毒性，體內MGO濃度的升高與各類疾病密切相關，如糖尿病、心血管疾病、痛覺過敏及腎臟疾病等[2-3]。因此，MGO的檢測在工業生產和醫學研究中都具有重要意義。

目前，MGO的檢測方法主要有化學滴定法[4]、紫外吸收檢測法[5]、高效液相色譜法[6-7]、電化學分析法[8]等。在這些方法中，化學滴定法和紫外吸收法靈敏度較低，容易受各種因素干擾；色譜法和電化學法需要昂貴的儀器，前處理過程復雜，檢測成本高、耗時長。相比以上方法，熒光分析法具備選擇性好、靈敏度高、操作簡單、耗時短、成本低等優勢[9]。本文以商品化熒光染料1,2-二氨基蒽(1,2-Diaminoanthraquinone，DAQ)為檢測試劑，建立了一種水質中MGO的熒光比率分析方法。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

DAQ(>90%)、丙酮醛(40%水溶液)、甲醛(37%水溶液)、乙二醛(40%水溶液)、苯甲醛(99%)、鄰苯二甲醛(>99%)、乙醛酸(98%)，其他化學試劑和有機溶劑均為分析純。實驗用水均為一級水。

熒光分光光計度(日立F-7000)、pH計(梅特勒 FE28)，電子天平(奧豪斯PX124ZH)。

1.2 熒光光譜測定

在4mL離心管中，依次加入DAQ(10μM)、水、PBS(PO43-=10mM，pH=7)和MGO(或其他陽離子、陰離子或醛類物質)，震蕩混勻，室溫反應30min后，轉移至四面透明石英比色皿(1cm×1cm)中，測定熒光光譜。激發波長300nm，發射光譜收集范圍320～580nm，激發狹縫5nm，發射狹縫5nm，PMT電壓700V。

1.3 檢測限計算

檢測限的計算公式為：

式中：σ為DAQ空白溶液在415nm和338nm處熒光強度的比值F415nm/338nm經平行測定10次后的標準偏差；K為以MGO濃度為橫坐標，以F415nm/338nm為縱坐標繪制的線性回歸曲線的斜率。

2 結果與討論

2.1 檢測原理

DAQ對MGO的檢測原理是基于光誘導電子轉移(Photoinduced electron transfer，PET)機制[10-12]。在DAQ分子結構中，二胺基作為電子供體部分，與蒽醌熒光基團之間存在PET過程，導致熒光猝滅。二胺基與MGO發生加成反應生成喹噁啉環后(圖1)，供電子能力減弱，PET過程被抑制，熒光增強。

圖1 DAQ對MGO的熒光檢測原理

2.2 方法的選擇性

首先考查了DAQ對常見陽離子、陰離子、醛類物質及MGO的熒光響應性。如圖2(a)～(d)所示，加入MGO后，熒光強度在415nm處顯著升高，但在338nm處明顯降低，兩波長處熒光強度比值F415nm/338nm顯著升高。在加入各類陰離子和陽離子后，DAQ在415nm處的熒光強度及F415nm/338nm都沒有明顯變化。如圖2(e)～(f)所示，DAQ在338nm處熒光強度受醛類化物質的影響較大，但在415nm處的熒光強度只對MGO表現出顯著增強現象。只有加入MGO時F415nm/338nm有明顯升高，其他醛類物質對F415nm/338nm影響較小。以上實驗結果表明，DAQ的熒光強度比值F415nm/338nm對MGO具有良好選擇性，受陽離子、陰離子和其他醛類物質的干擾很小。

2.3 pH對測試體系的影響

考查了pH對DAQ熒光強度比值F415nm/338nm的影響。如圖3所示，在pH3～12的PBS溶液中，F415nm/338nm均保持在0.1左右。加入MGO后，F415nm/338nm增大至3.0左右，并且在pH3～11的PBS溶液中保持相對穩定。因此，在pH3～11范圍內，測試體系受pH干擾很小。考慮到自然界中多數水質樣品為近中性環境，所有分析實驗均在pH=7的PBS溶液中進行。

圖2 DAQ熒光光譜在加入各類陽離子(a)、陰離子(c)、醛酮化合物(e)后的變化；(b)、(d)和(f)分別對應(a)、(c)和(e)熒光光譜中，DAQ在415nm和338nm處熒光強度比值F415nm/338nm的變化

圖3 加入MGO(40mM)前后，DAQ(10μM)在415nm和338nm處熒光強度比值F415nm/338nm隨pH的變化

2.4 反應時間

在熒光時間掃描模式下，考查了DAQ對MGO的響應時間。如圖4所示，在PBS(pH=7) 溶液中，向DAQ(10μM)分別加入2mM或10mM的MGO后，415nm處的熒光強度瞬間升高，并在2min內達到穩定水平。以上結果表明DAQ對MGO具有較快的響應速率。為了確保DAQ與MGO反應完全，選擇30min作為測試體系的反應時間。

2.5 線性范圍

圖4 在PBS(PO43-的濃度為10mM，pH=7)溶液中，向DAQ(10μM)分別加入2mM或10mM的MGO后，415nm處熒光強度隨時間(s)的變化

如圖5(a)～(b)，在PBS(pH=7)溶液中依次加入0～90mM MGO后， DAQ(10μM)在415nm處熒光強度逐漸升高，同時在338nm處熒光強度逐步降低，兩波長處熒光強度比值F415nm/338nm逐漸增大，表明DAQ對0～90mM范圍內的 MGO具有良好的熒光響應性。F415nm/338nm與 MGO濃度在0～40mM范圍內呈現出良好線關系，符合方程式：F415nm/338nm=0.0721*[MGO](mM) +0.170(R2=0.993)。我們進一步詳細考查了DAQ與低濃度MGO的定量關系。如圖5(c)～(d)所示，F415nm/338nm與 0～2mM范圍內的MGO濃度也具有良好線性關系，其線性方程為：F415nm/338nm=0.0904*[MGO] (2mM)+0.0653(R2= 0.997)，檢測限為11μM。因此，DAQ的熒光強度比值F415nm/338nm能夠低濃度(≤2mM)和高濃度(≤40mM)的MGO進行定量分析。

圖5 分別加入(a)0～90mM和(c)0～2mM的MGO后，DAQ(10μM)的熒光光譜變化；(b)和(d)DAQ在415nm和338nm處的熒光強度比值F415nm/338nm與0～40mM和0～20mM范圍內MGO濃度的線性關系

3 結語

以1,2-二氨基蒽醌染料為熒光指示劑，發展了水質中MGO的熒光比率分析方法。該方法在MGO檢測中具有選擇性好，響應速率快，不受體系pH干擾等特點。1,2-二氨基蒽醌在415nm和338nm處的熒光強度比值與MGO濃度呈現出良好線性關系，線性范圍0～40mM，檢測限11μM。