木香熒光探針的制備及其對苦味酸的檢測

顏 爽，劉 丹，唐瑞韓

(四川文理學院 化學化工學院，四川 達州 635000)

碳量子點(Carbon Dots，CDs)由于原料來源廣泛，制備方法多樣，成本低但生物兼容性良好，光學性能強及表面易修飾等優點被廣泛運用于醫學成像、化學生物傳感等多種領域.苦味酸(2，4，6-三硝基苯酚，Picric Acid，PA)，是一種常見的毒性物質，由于廣泛應用于醫藥、燃料等工業生產中，可通過吸入、食入或皮膚吸收等途徑引起炎癥、中毒、頭暈、發熱等癥狀，是造成環境污染的有毒物質之一，同時有研究發現PA會導致人類癌癥的發生，故實現PA的有效檢測刻不容緩.現代PA檢測方法多樣，[1-3]常見有熒光探針檢測法、液液萃取高效液相色譜分析法、綠色熒光金銅合金納米簇檢測法、以及配位物檢測法等.其中，熒光分析法因其操作簡便、投入成本低，被廣泛用于PA檢測.天然中藥材成分復雜，內含多種具有良好發光性能的化學結構，是制備天然碳點的首選原料.[4-5]本研究以木香為碳源，利用燃燒法制備了一種新型熒光碳點，研究結果顯示木香碳點對PA的識別和檢測表現出較高活性.

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

主要儀器：熒光分光光度計(日立F-2700 )；電熱鼓風干燥箱；

所用試劑：不同pH值的磷酸鹽緩沖溶液(PBS)均為實驗室自制；中藥材木香采購自藥店；實驗中所有實驗試劑除特別說明外均為分析純，實驗用水均使用UP級蒸餾水.

1.2 實驗過程

1.2.1碳點的制備

用木香通過燃燒法制備碳點.稱取適量木香，打成粉末，將木香粉末置于40 ℃烘箱中干燥4 h，取出，研磨過四號篩.燃燒木香粉末，收集木香燃燒產生的煙，并將其用蒸餾水溶解至100 mL容量瓶中，超聲至完全溶解.

1.2.2熒光探針的制備

用移液管精密移取上述制得的木香碳點溶液400 μL，加入1 mL磷酸鹽緩沖溶液(PBS)充分混合，搖勻，靜置3 min左右即可.

1.2.3苦味酸的熒光檢測

室溫條件下，對溶液中的苦味酸進行檢測.取不同濃度的苦味酸溶液，加入配置好的木香碳點-緩沖液，攪拌均勻，室溫下反應3分鐘左右后，在最佳激發波長330 nm處進行測定，并觀察其熒光變化情況.

2 結果與討論

2.1 碳點的熒光變化

本實驗在最佳激發波長330nm處，設置電壓為400V，加入不同濃度苦味酸，使探針的熒光值隨著加入濃度的增加而降低，在濃度范圍為8×10-7mol/L～1.41×10-5mol/L之間，熒光變化值呈線性關系，方法檢出限為0.22μmol/L.

2.2 實驗條件的優化

2.2.1 pH的優化

精密移取500μL木香碳點溶液，加入1mL不同pH的PBS緩沖液，混勻后，再加入1 mL 4×10-3mol/LPA，定容至5 mL處.加入不同pH的磷酸鹽緩沖液后，樣本的熒光值出現明顯變化，測定結果如圖1所示.結果表明，該體系在pH為6.4時，PA對熒光的猝滅效果最為顯著，可初步確定該體系的最佳pH為6.4.

圖1 pH的優化

2.2.2碳點量的優化

在pH為6.4的實驗條件下，探究碳點量對該實驗的影響.碳點用量的不同，會直接影響熒光探針的熒光響應，當再加入相同濃度的PA溶液后，熒光的變化值存在顯著差異，測定顯示結果如圖2所示.隨著加入的碳點量的增加，熒光變化值先緩緩升高，再慢慢降下，在碳點量為400 μL時，熒光變化量最顯著.

圖2 碳點量的優化

2.2.3響應時間的優化

在pH為6.4時，加入400 μL碳點，選用4×10-3mol/L的苦味酸，定容至5 mL，測定本體系在不同時間下的熒光值，實驗測定結果如圖3所示，測定結果表明，在加入苦味酸大概3 min左右時，整個體系的熒光值趨于穩定，基本無上下波動.由此可見，實驗采用的木香熒光探針的靈敏度高，且響應快，實用價值高.

圖3 響應時間的優化

2.3 標準曲線的繪制

本試驗確定的最優實驗條件下，加入不同梯度濃度的苦味酸，隨著苦味酸濃度的增加，熒光探針的熒光值會降低或在某一小范圍內有增高的趨勢，但總體是呈現一個下降趨勢.在多次實驗后，確定在苦味酸濃度為8×10-7mol/L ～ 1.4×10-5mol/L之間時，熒光變化值呈線性關系，實驗結果如圖4a、圖4b所示，線性方程為y=-5454.28571x+5231.42857，R2=0.99942，結果表明線性關系良好，且檢出限為0.22 μmol/L.

圖4a 探針熒光值變化

圖4b 標準曲線

2.4 探針選擇性和抗干擾性能的討論

在確定了最佳實驗條件后，本研究考察了PA和9種常見金屬離子對熒光探針的作用，為了探究本實驗所制備的熒光探針是否能夠選擇性識別苦味酸，實驗采用的研究方法為控制變量法，在已確定的最佳實驗條件的前提下，分別加入等量的濃度為4×10-4mol/L的PA，以及基本等量的金屬離子溶液，對比熒光值的變化，實驗結果如圖5、圖6所示.在加入苦味酸后，木香碳點的熒光強度呈現較為顯著下降趨勢.由于金屬離子本身對熒光物質的熒光具有一定的猝滅作用，加入上述九種金屬離子后會使木香碳點的熒光強度略微下降，但不干擾苦味酸的檢測.實驗結果表明，以木香為原料的熒光探針對苦味酸有特異性識別能力，且不易受其他的金屬離子存在的影響，抗干擾性能好.

圖5 熒光探針的選擇性

圖6 熒光探針的抗干擾性能

3 實際應用

為考察本熒光探針對實際水樣的檢測效果，本研究對達州沱江與實驗室自來水中的苦味酸(PA)含量進行檢測.采用加樣回收法測得結果如表1所示.測定結果表明，實際水樣中沒有檢測到苦味酸的存在，回收率在96.4%～103.57%之間，相對標準偏差在0.57%～2.82%之間，表明利用木香熒光碳點檢測實際水樣中的苦味酸的含量的方法為可行.

表1 沱江和自來水中PA的測定

結 論

采用燃燒法通過收集木香燃燒的煙制備碳點，制備方法簡單，原料采用天然中藥材，不污染環境，無毒無害.該熒光碳點的最大激發波長在330nm處，加入一定體積的PBS緩沖液制成的熒光探針可用于苦味酸的檢測.該探針具有選擇性高、抗干擾能力強以及靈敏度良好等優點.將制備的木香熒光探針用于實際水樣的檢測，加樣回收率為98.83%，RSD小于2%，說明該方法適用于水樣中苦味酸(PA)的檢測，為環境檢測中PA的測定提供了新的方法.同時，為運用中藥材自身性質檢測中藥材中重金屬的含量的研究奠定了基礎.