木香荧光探针的制备及其对苦味酸的检测

颜 爽，刘 丹，唐瑞韩

(四川文理学院 化学化工学院，四川 达州 635000)

碳量子点(Carbon Dots，CDs)由于原料来源广泛，制备方法多样，成本低但生物兼容性良好，光学性能强及表面易修饰等优点被广泛运用于医学成像、化学生物传感等多种领域.苦味酸(2，4，6-三硝基苯酚，Picric Acid，PA)，是一种常见的毒性物质，由于广泛应用于医药、燃料等工业生产中，可通过吸入、食入或皮肤吸收等途径引起炎症、中毒、头晕、发热等症状，是造成环境污染的有毒物质之一，同时有研究发现PA会导致人类癌症的发生，故实现PA的有效检测刻不容缓.现代PA检测方法多样，[1-3]常见有荧光探针检测法、液液萃取高效液相色谱分析法、绿色荧光金铜合金纳米簇检测法、以及配位物检测法等.其中，荧光分析法因其操作简便、投入成本低，被广泛用于PA检测.天然中药材成分复杂，内含多种具有良好发光性能的化学结构，是制备天然碳点的首选原料.[4-5]本研究以木香为碳源，利用燃烧法制备了一种新型荧光碳点，研究结果显示木香碳点对PA的识别和检测表现出较高活性.

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

主要仪器：荧光分光光度计(日立F-2700 )；电热鼓风干燥箱；

所用试剂：不同pH值的磷酸盐缓冲溶液(PBS)均为实验室自制；中药材木香采购自药店；实验中所有实验试剂除特别说明外均为分析纯，实验用水均使用UP级蒸馏水.

1.2 实验过程

1.2.1碳点的制备

用木香通过燃烧法制备碳点.称取适量木香，打成粉末，将木香粉末置于40 ℃烘箱中干燥4 h，取出，研磨过四号筛.燃烧木香粉末，收集木香燃烧产生的烟，并将其用蒸馏水溶解至100 mL容量瓶中，超声至完全溶解.

1.2.2荧光探针的制备

用移液管精密移取上述制得的木香碳点溶液400 μL，加入1 mL磷酸盐缓冲溶液(PBS)充分混合，摇匀，静置3 min左右即可.

1.2.3苦味酸的荧光检测

室温条件下，对溶液中的苦味酸进行检测.取不同浓度的苦味酸溶液，加入配置好的木香碳点-缓冲液，搅拌均匀，室温下反应3分钟左右后，在最佳激发波长330 nm处进行测定，并观察其荧光变化情况.

2 结果与讨论

2.1 碳点的荧光变化

本实验在最佳激发波长330nm处，设置电压为400V，加入不同浓度苦味酸，使探针的荧光值随着加入浓度的增加而降低，在浓度范围为8×10-7mol/L～1.41×10-5mol/L之间，荧光变化值呈线性关系，方法检出限为0.22μmol/L.

2.2 实验条件的优化

2.2.1 pH的优化

精密移取500μL木香碳点溶液，加入1mL不同pH的PBS缓冲液，混匀后，再加入1 mL 4×10-3mol/LPA，定容至5 mL处.加入不同pH的磷酸盐缓冲液后，样本的荧光值出现明显变化，测定结果如图1所示.结果表明，该体系在pH为6.4时，PA对荧光的猝灭效果最为显著，可初步确定该体系的最佳pH为6.4.

图1 pH的优化

2.2.2碳点量的优化

在pH为6.4的实验条件下，探究碳点量对该实验的影响.碳点用量的不同，会直接影响荧光探针的荧光响应，当再加入相同浓度的PA溶液后，荧光的变化值存在显著差异，测定显示结果如图2所示.随着加入的碳点量的增加，荧光变化值先缓缓升高，再慢慢降下，在碳点量为400 μL时，荧光变化量最显著.

图2 碳点量的优化

2.2.3响应时间的优化

在pH为6.4时，加入400 μL碳点，选用4×10-3mol/L的苦味酸，定容至5 mL，测定本体系在不同时间下的荧光值，实验测定结果如图3所示，测定结果表明，在加入苦味酸大概3 min左右时，整个体系的荧光值趋于稳定，基本无上下波动.由此可见，实验采用的木香荧光探针的灵敏度高，且响应快，实用价值高.

图3 响应时间的优化

2.3 标准曲线的绘制

本试验确定的最优实验条件下，加入不同梯度浓度的苦味酸，随着苦味酸浓度的增加，荧光探针的荧光值会降低或在某一小范围内有增高的趋势，但总体是呈现一个下降趋势.在多次实验后，确定在苦味酸浓度为8×10-7mol/L ～ 1.4×10-5mol/L之间时，荧光变化值呈线性关系，实验结果如图4a、图4b所示，线性方程为y=-5454.28571x+5231.42857，R2=0.99942，结果表明线性关系良好，且检出限为0.22 μmol/L.

图4a 探针荧光值变化

图4b 标准曲线

2.4 探针选择性和抗干扰性能的讨论

在确定了最佳实验条件后，本研究考察了PA和9种常见金属离子对荧光探针的作用，为了探究本实验所制备的荧光探针是否能够选择性识别苦味酸，实验采用的研究方法为控制变量法，在已确定的最佳实验条件的前提下，分别加入等量的浓度为4×10-4mol/L的PA，以及基本等量的金属离子溶液，对比荧光值的变化，实验结果如图5、图6所示.在加入苦味酸后，木香碳点的荧光强度呈现较为显著下降趋势.由于金属离子本身对荧光物质的荧光具有一定的猝灭作用，加入上述九种金属离子后会使木香碳点的荧光强度略微下降，但不干扰苦味酸的检测.实验结果表明，以木香为原料的荧光探针对苦味酸有特异性识别能力，且不易受其他的金属离子存在的影响，抗干扰性能好.

图5 荧光探针的选择性

图6 荧光探针的抗干扰性能

3 实际应用

为考察本荧光探针对实际水样的检测效果，本研究对达州沱江与实验室自来水中的苦味酸(PA)含量进行检测.采用加样回收法测得结果如表1所示.测定结果表明，实际水样中没有检测到苦味酸的存在，回收率在96.4%～103.57%之间，相对标准偏差在0.57%～2.82%之间，表明利用木香荧光碳点检测实际水样中的苦味酸的含量的方法为可行.

表1 沱江和自来水中PA的测定

结 论

采用燃烧法通过收集木香燃烧的烟制备碳点，制备方法简单，原料采用天然中药材，不污染环境，无毒无害.该荧光碳点的最大激发波长在330nm处，加入一定体积的PBS缓冲液制成的荧光探针可用于苦味酸的检测.该探针具有选择性高、抗干扰能力强以及灵敏度良好等优点.将制备的木香荧光探针用于实际水样的检测，加样回收率为98.83%，RSD小于2%，说明该方法适用于水样中苦味酸(PA)的检测，为环境检测中PA的测定提供了新的方法.同时，为运用中药材自身性质检测中药材中重金属的含量的研究奠定了基础.