量子點(diǎn)與多環(huán)芳烴復(fù)合體系熒光共振能量轉(zhuǎn)移的研究

胡清，鐘麗錦，付冬雪，楊媚越，姜強(qiáng)，張大偉*

[1.南方科技大學(xué)環(huán)境學(xué)院，廣東 深圳 518055；2.北京環(huán)丁環(huán)保大數(shù)據(jù)研究院，北京 100083；3.芯視界（北京）科技有限公司，北京 100083]

地下水是人類生活和生產(chǎn)中最主要的用水來(lái)源之一，近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地下水污染也變得越來(lái)越嚴(yán)重[1，2]。在污染源中，萘、芘、苯并芘、熒蒽等多環(huán)芳烴（PAHs）有機(jī)污染物具有高度的穩(wěn)定性和脂溶性，導(dǎo)致它們?cè)诃h(huán)境中難以降解和遷移[3，4]。這使得它們可以長(zhǎng)期存在于地下水中，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類健康造成潛在的危害[5]。目前，針對(duì)地下水中PAHs 的檢測(cè)方法有很多，其中熒光光譜法具有高靈敏度、高選擇性、快速實(shí)時(shí)性、非破壞性和多參數(shù)分析等優(yōu)勢(shì)[6，7]，是一種常用的方法。但是對(duì)于準(zhǔn)確測(cè)定目標(biāo)有機(jī)物還存在一定的難題，因此建立合適的檢測(cè)方法是解決PAHs 污染問(wèn)題的最好方式。

量子點(diǎn)（QDs）具有特殊的能帶結(jié)構(gòu)，在受到激發(fā)后能夠發(fā)生電子躍遷，產(chǎn)生特定的光譜特性[8，9]。其發(fā)射光譜具有窄和對(duì)稱的特點(diǎn)，而且連續(xù)可調(diào)、穩(wěn)定性高，因此引起了研究者的廣泛關(guān)注。通過(guò)將量子點(diǎn)與特定的PAHs 結(jié)合，可以建立一種快速、簡(jiǎn)單、無(wú)損的檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)PAHs 的定量分析。具體來(lái)講就是量子點(diǎn)與PAHs 在一定條件下發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）[10]。能量轉(zhuǎn)移后，PAHs 熒光強(qiáng)度降低，而量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度增強(qiáng)或猝滅[11]。通過(guò)測(cè)量量子點(diǎn)由能量共振轉(zhuǎn)移引起的熒光強(qiáng)度變化，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)PAHs 的定量分析。

紅色代辦員是企業(yè)與政府的“中間人”，每個(gè)代辦項(xiàng)目均由專人負(fù)責(zé)材料準(zhǔn)備、流程圖制定、組織協(xié)調(diào)、全程指導(dǎo)、跟蹤督促、疑難會(huì)商，實(shí)行“一對(duì)一”審批跟蹤服務(wù)，建立全程代辦工作臺(tái)賬和日志。實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目審批由“企業(yè)跑”向“政府跑”轉(zhuǎn)變。

本文合成了水溶性CdZnSeS/ZnS 和CdSe/CdS/ZnS量子點(diǎn)，與典型多環(huán)芳烴（萘、芘、苯并芘、熒蒽）復(fù)合構(gòu)建FRET 體系，探討了量子點(diǎn)-PAHs 復(fù)合體系的部分參數(shù)。數(shù)據(jù)結(jié)果表明，量子點(diǎn)與4 種PAHs 之間存在FRET 作用，而且在CdZnSeS/ZnS 量子點(diǎn)-芘/苯并芘復(fù)合體系中，量子點(diǎn)熒光變化幅度與芘/苯并芘濃度在一定范圍內(nèi)存在線性關(guān)系，這證明通過(guò)構(gòu)建量子點(diǎn)-PAHs FRET 體系，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水中PAHs 的定量分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要實(shí)驗(yàn)試劑

硒粉（Se，純度99.999%，200 目）、硫粉（S，純度99.999%）、三正辛基膦（TOP，純度90%）、氧化鎘（CdO，純度99.99%）、醋酸鋅（ZnAc，純度99.98%）、油酸（OA，純度99%）、十八烯（ODE，純度90%）、己烷（純度99%）、乙醇（純度99.7%）、巰基丙酸（純度98%）、三正辛胺（TOA，純度98%）、1-辛硫醇（純度98.5%）、萘（純度99%）、芘（純度95%）、苯并芘（96%）、熒蒽（純度98%）均在伊諾凱科技有限公司購(gòu)買。實(shí)驗(yàn)所用蒸餾水為去離子水。

1.2 合成方法

量子點(diǎn)溶液：對(duì)所得水相量子點(diǎn)固體晾干稱重，用去離子水溶解并稀釋至2000 μg/L 配成標(biāo)準(zhǔn)液。標(biāo)準(zhǔn)液與去離子水按照體積比1∶1 混合，獲得量子點(diǎn)含量為1000 μg/L 的溶液。有機(jī)待測(cè)物溶液：有機(jī)待測(cè)物標(biāo)準(zhǔn)液與去離子水按照體積比1∶1 混合，獲得有機(jī)待測(cè)物含量為500μg/L 的溶液。芘與量子點(diǎn)的混合液：先于樣品瓶中分別將芘標(biāo)準(zhǔn)液稀釋至100/200/400/600/800μg/L，再取量子點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)液1mL 與1mL 上述不同濃度有機(jī)待測(cè)物溶液混合，分別獲得芘含量為50/100/200/300/400μg/L 的混合溶液。苯并芘與量子點(diǎn)的混合液：先于樣品瓶中分別將苯并芘標(biāo)準(zhǔn)液稀釋至25/50/100/200/300/400μg/L，再取量子點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)液2mL 與1mL 上述不同濃度有機(jī)待測(cè)物溶液混合，分別獲得苯并芘含量為8.33/16.7/33.3/66.7/100/133.3μg/L的混合溶液。

此外，因?yàn)榇舜窝芯恐皇翘剿餍匝芯浚€存在一些局限性，如周期短，樣本量小等，因此研究結(jié)果不一定具有代表性。但是本研究的結(jié)果可以為將來(lái)大樣本研究提供假設(shè)，并為探究將自動(dòng)批改系統(tǒng)與人工反饋相結(jié)合的寫(xiě)作教學(xué)模式提供新思路。

1.3.2 測(cè)試溶液的配制

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制及光譜測(cè)試

1.3.1 萘、芘、苯并芘、熒蒽標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

（2）有機(jī)物光譜測(cè)試：將待測(cè)溶液放入比色皿中，采集亮燈光譜數(shù)據(jù)。關(guān)閉光源，在同一曝光時(shí)間下，采集關(guān)燈條件下的光譜值。

她不僅在農(nóng)科校打響，在鄉(xiāng)政府內(nèi)也起到意想不到的作用。何副書(shū)記在她面前很莊重，而且不再松松垮垮，各站也不在上班時(shí)間打撲克了。因?yàn)樗且胃睍?shū)記定幾條《規(guī)章制度》《懲罰條例》不可。奇怪的是，何副書(shū)記對(duì)她言聽(tīng)計(jì)從，馬上照辦。然而令人費(fèi)解的是，李文和幾個(gè)放蕩慣了的人對(duì)她心懷不滿，背后說(shuō)她壞話時(shí)，何副書(shū)記卻聽(tīng)之任之，充耳不聞，置之不理。

有報(bào)道,因子宮異常造成的習(xí)慣性流產(chǎn)占1.8%~37.6%,是晚期流產(chǎn)的常見(jiàn)原因。子宮異常包括先天畸形、子宮肌瘤、宮腔粘連、內(nèi)膜息肉等。對(duì)復(fù)發(fā)性流產(chǎn)婦女進(jìn)行輸卵管子宮碘油造影或?qū)m腔鏡檢查發(fā)現(xiàn),Mtillerian管畸形占8%~10%,其引起習(xí)慣性流產(chǎn)的原因可能為:胚胎和胎盤(pán)的血管化不充分,宮腔體積減小或?qū)m頸功能不全[4-6]。經(jīng)驗(yàn)豐富的B超醫(yī)生對(duì)子宮畸形的診斷有較高的敏感性,三維超聲的診斷價(jià)值似乎很有前途,因?yàn)樗粌H可以診斷子宮畸形,還可以對(duì)畸形進(jìn)行分類,甚至可取代診斷性的宮腔鏡和腹腔鏡檢查。

水溶性CdZnSeS/ZnS 量子點(diǎn)參照文獻(xiàn)[12]合成：1）將1.4/7.0mmol 的Se/S 溶解在4.5mL 的TOP 中，充入氮?dú)獬暎浞秩芙猓玫匠吻逋噶恋腟e/S 前驅(qū)體。2）在250mL 三口瓶中依次加入0.4mmolCdO、8.0mmolZnAc、35.0mLODE、5.0mLOA。通入N2，將溶液加熱到250℃得到澄清透亮的Cd-OA 前驅(qū)體。3）升溫到300℃，注入Se/S-TOP，10min 后停止加熱。4）通過(guò)使用己烷和乙醇的組合溶劑進(jìn)行離心，重復(fù)三次得到量子點(diǎn)固體。5）稱取量子點(diǎn)固體，用正己烷配制成10g/L 的量子點(diǎn)溶液；稱取巰基丙酸，用去離子水配制成10g/L 的水相配體溶液。量取2mL量子點(diǎn)溶液、2mL 水相配體溶液置于容器中，量子點(diǎn)溶液與水相配體溶液分層，離心分離，得到水溶性量子點(diǎn)固體。

1.4 溶液的熒光光譜測(cè)試

（1）本底溶液測(cè)試：將本底溶液放置于比色皿中，打開(kāi)光源，使光源出光，采集亮燈光譜數(shù)據(jù)。在同一曝光時(shí)間下，采集關(guān)燈條件下的光譜值。

水溶性CdSe/CdS/ZnS 量子點(diǎn)參照文獻(xiàn)[13]合成：1）在100mL 三口瓶中依次加入0.4mmolCdO、4mmolOA 和5.0mLTOA，通入N2，將溶液加熱至150℃除去水氣。2）將溶液加熱至300℃，溫度穩(wěn)定后，注入0.05mL、2M 的Se/S-TOP。3）2min 后，將1.5mL 的S 前驅(qū)體（210μL 的1-辛硫醇溶于6mL 的TOA）以90s 的時(shí)間注入溶液。繼續(xù)加熱40min，直到反應(yīng)完成。4）將4mL 鋅前驅(qū)體（0.25M、0.92g 的ZnAc 在100℃的條件下溶解于3.15mL 的OA 中）以2min 的時(shí)間注入溶液，然后迅速注入1.75mL 硫前驅(qū)體（1.12mL 的1-辛硫醇溶于6mL 的TOA）以105s的時(shí)間注入溶液，最后將溶液冷卻至室溫。5）通過(guò)使用己烷和乙醇的組合溶劑進(jìn)行離心，得到量子點(diǎn)固體。6）稱取量子點(diǎn)固體，用正己烷配制成10g/L 的量子點(diǎn)溶液；稱取巰基丙酸，用去離子水配制成10g/L的水相配體溶液。量取2mL 量子點(diǎn)溶液、2mL 水相配體溶液置于容器中，量子點(diǎn)溶液與水相配體溶液分層，離心分離，得到水溶性量子點(diǎn)固體。

熒光光譜測(cè)試是利用各種有機(jī)物對(duì)特征激發(fā)光下的熒光激發(fā)光譜形和強(qiáng)度來(lái)推算其種類和含量，在利用該方法對(duì)溶液進(jìn)行光譜檢測(cè)時(shí)，基本流程如下：

實(shí)驗(yàn)待測(cè)有機(jī)物為芘、萘、苯并芘、熒蒽，以去離子水作為主要溶劑，配置1000 μg/L 不同待測(cè)有機(jī)物的均勻透明標(biāo)準(zhǔn)母液。

2 結(jié)果與討論

如圖1 所示，從萘、芘、苯并芘、熒蒽4 種有機(jī)物的熒光光譜圖中可以看出，4 種不同物質(zhì)在紫外-可見(jiàn)波段都有專屬的熒光發(fā)射峰（萘：322nm；芘：373/393nm；苯并芘：405/428nm；熒蒽：446/475/510nm）。所以，可以根據(jù)幾種PAHs 在紫外-可見(jiàn)光波段表現(xiàn)出的熒光光譜來(lái)判斷水樣中是否含有該物質(zhì)，也可以根據(jù)相應(yīng)的熒光峰強(qiáng)度來(lái)分析對(duì)應(yīng)PAHs 的濃度。

因?yàn)榈叵滤峭ㄟ^(guò)土壤和巖石層過(guò)濾和凈化的，相比于地表水，地下水中的有機(jī)污染物濃度通常較低，給有機(jī)物的直接檢測(cè)帶來(lái)困難，對(duì)于準(zhǔn)確測(cè)定目標(biāo)有機(jī)物會(huì)造成一定的困擾。以量子點(diǎn)作為熒光探針，通過(guò)與有機(jī)物復(fù)合構(gòu)建成FRET 體系，是實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)物定量分析的有效途徑[14]。通過(guò)測(cè)量量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度的變化，可以間接地推斷有機(jī)物的濃度。由圖2可以看出，PAHs 與水溶性量子點(diǎn)（520nm 綠光量子點(diǎn)CdZnSeS/ZnS 或653nm 紅光CdSe/CdS/ZnS 量子點(diǎn)）充分混合后，PAHs 的熒光強(qiáng)度降低，量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度明顯減弱，符合FRET 機(jī)理，表明PAHs 與量子點(diǎn)間存在FRET 作用。在幾種PAHs 與量子點(diǎn)形成的FRET 體系中，萘、芘、苯并芘、熒蒽在FRET 體系中充當(dāng)供體，發(fā)生FRET 作用后，幾種PAHs 的熒光強(qiáng)度明顯降低。量子點(diǎn)在FRET 體系中充當(dāng)受體，發(fā)生FRET 作用后，量子點(diǎn)熒光減弱。量子點(diǎn)熒光并沒(méi)有完全淬滅，其原因可能是由于量子點(diǎn)與幾種PAHs之間的距離、取向和相對(duì)定向以及環(huán)境因素引起的FRET 效率較低導(dǎo)致的[15]。

前期階段對(duì)于建設(shè)項(xiàng)目具有重要的影響，其包含項(xiàng)目招投標(biāo)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與規(guī)劃等工作，每一環(huán)節(jié)都離不開(kāi)企業(yè)的管理，加強(qiáng)節(jié)奏時(shí)點(diǎn)的管理，利于各項(xiàng)管理工作的科學(xué)有序進(jìn)行。根據(jù)項(xiàng)目建議書(shū)，項(xiàng)目的管理內(nèi)容繁多，如項(xiàng)目方案設(shè)計(jì)、可行性研究報(bào)告的編制，企業(yè)需將報(bào)告與方案交由政府相關(guān)部門(mén)進(jìn)行審核等。將工程勘測(cè)工作以及設(shè)計(jì)工作以招標(biāo)的方式對(duì)外發(fā)包，并將所編制和收到的招投文件、合同報(bào)給政府相關(guān)部門(mén)進(jìn)行備案[1]。對(duì)設(shè)計(jì)圖紙以及相關(guān)文件的調(diào)整完善工作，與建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化修改和審批，針對(duì)土地征用、使用、消防及環(huán)保等工作要進(jìn)行報(bào)批，對(duì)項(xiàng)目資金制定使用計(jì)劃，這一切都需要確定時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

圖2 4 種PAHs 與量子點(diǎn)混合前后熒光強(qiáng)度變化

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)芘濃度分別為0/50/100/200/300/400μg/L 時(shí)，量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度隨芘濃度增加逐步遞減（見(jiàn)圖3a），而且減弱幅度與芘濃度在一定范圍內(nèi)（50—400μg/L）存在線性關(guān)系（R2=0.96），如圖3b 所示。當(dāng)苯并芘濃度分別為0/8.33/16.7/33.3/66.7/100/133.3μg/L 時(shí)，量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度隨芘濃度增加逐步遞減（見(jiàn)圖4a），而且減弱幅度與苯并芘的質(zhì)量濃度在一定范圍內(nèi)存在線性關(guān)系。量子點(diǎn)熒光強(qiáng)度變化幅度與苯并芘在一定范圍內(nèi)（8.33—133.3μg/L）存在線性關(guān)系（R2=0.98），如圖4b 所示。由此證明，通過(guò)量子點(diǎn)-PAHs FRET體系的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)對(duì)PAHs 的定量分析具有可行性。

圖3 與不同濃度芘混合后量子點(diǎn)熒光光譜變化

圖4 與不同濃度苯并芘混合后量子點(diǎn)熒光光譜變化

3 結(jié)論與展望

本實(shí)驗(yàn)以萘、芘、苯并芘、熒蒽4 種PAHs 作為能量供體，合成了水溶性CdZnSeS/ZnS 綠光量子點(diǎn)和CdSe/CdS/ZnS 紅光量子點(diǎn)作為能量受體，探討了量子點(diǎn)-多環(huán)芳烴復(fù)合體系的部分參數(shù)。數(shù)據(jù)結(jié)果表明，量子點(diǎn)與4 種多環(huán)芳烴之間存在共振能量轉(zhuǎn)移作用，而且在量子點(diǎn)與芘/苯并芘形成的復(fù)合體系中，量子點(diǎn)熒光變化幅度與芘/苯并芘濃度在一定范圍內(nèi)存在線性關(guān)系，這證明通過(guò)構(gòu)建量子點(diǎn)-PAHs FRET 體系，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水中PAHs 的定量分析。該研究成果驗(yàn)證了熒光