谷胱甘肽包被的CdTe量子点作为荧光探针测定微量银

董微，王莹，宋有涛，董焱，周巳琪，曹智星

(1．沈阳医学院基础医学院化学教研室，辽宁 沈阳 110034；2．辽宁大学生命科学院动物资源与疫病防治重点实验室；3．沈阳药科大学中药学院实验中心；4．沈阳医学院奉天医院重症医学科；5．沈阳医学院沈洲医院医保科)

金属离子的高灵敏检测一直是离子探针领域研究的热点。目前已经有很多有机染料成功应用于金属离子的检测。但是有机染料自身具有局限性，如激发光谱窄、发射光谱宽、容易光漂白等缺点[1]。量子点(quantum dots，QDs)是一种半径小于或接近于激子玻尔半径的新型半导体纳米材料，与传统有机荧光染料相比，QDs具有量子产率高，抗漂白能力强，光化学稳定性好等优良特性[2-3]，是一种很有发展潜力的荧光探针。

目前应用于银离子检测的方法有原子吸收分光光度法、电感耦合等离子体发射光谱法(inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱法(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)[4-6]等。本文采用谷胱甘肽包被的水溶性CdTe QDs，基于银离子对其荧光有猝灭作用，建立了一种以CdTe QDs为离子探针测定微量银的新方法，并成功应用于实体水样中银离子的检测报告如下。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂 LS-55 荧光光度计(Perkin Elmer)；DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器(巩义市英峪予华公司)；D-37520 型高速冷冻离心机(Sorvall Biofuge Stratos)；Sartorius 普及型pH计(北京赛多利斯仪器系统有限公司)；TH-500A梯度混合器(上海青浦沪西仪器厂)。

碲粉(Te 99.999%，国药化学试剂公司)；硼氢化钠(NaBH4，96%国药集团化学试剂有限公司)；氯化镉(CdCl2·2.5H2O)(国药化学试剂公司)；还原型谷胱甘肽(国药集团化学试剂有限公司)；磷酸和Tris缓冲溶液。

Ag+标准储备液：精密称定AgNO3适量，用去离子水溶解，转移至容量瓶中，定容，摇匀，用时稀释至所用浓度。

水样：沈阳医学院实验室自来水。

1.2 实验方法

1.2.1 CdTe QDs的合成 利用硼氢化钠的强还原性，将碲粉还原成碲氢化钠。将氯化镉和谷胱甘肽溶于三蒸水中，调节混合液的pH值使其在9～10，通入氮气脱氧30 min。然后加入1 ml新制备的碲氢化钠溶液，加热搅拌温度达到100 ℃时，回流2 h，得到橙色QDs溶液，并对其进行荧光性能的表征。

1.2.2 Ag+检测方法 向5 ml比色管中加入一定体积合适浓度的QDs溶液和一定浓度的缓冲溶液，再分别加入不同体积的Ag+标准液，用去离子水定容，摇匀，待反应完全，为待测液，用荧光光度计测定其荧光强度(I)。另准备试剂空白，不加Ag+标准液，测定其荧光强度(I0)。

2 结果与讨论

2.1 CdTe QDs的表征 本实验采用谷胱甘肽作为稳定剂，而谷胱甘肽分子上具有多个可以与纳米粒子表面的Cd2+离子配位的位点，在CdTe QDs表面具有很强的配位作用，为在水溶液中合成具有较高量子效率的QDs提供了可能。图1可见，所合成的CdTe QDs在575 nm具有窄而对称的荧光发射峰，其紫外可见吸收光谱在395 nm具有明显的吸收峰，表明所合成的QDs粒径分布比较均一。

图1 CdTe QDs的吸收(左)和荧光(右)光谱图

2.2 QDs浓度的选择 QDs浓度是影响本方法灵敏度和线性范围的关键因素。当反应体系中QDs浓度过高时，加入少量Ag+，体系的荧光强度有较小程度的猝灭，分析的灵敏度低；当反应体系中QDs浓度过低时，体系的荧光强度猝灭程度变大，灵敏度较高，但线性范围窄。如图2所示，本实验考察了相同浓度Ag+溶液对不同浓度QDs的荧光猝灭情况，综合考虑，选取最佳的QDs浓度为0.004 g/L，在此浓度下，荧光的猝灭程度较大，线性范围较宽。

图2 QDs浓度的影响

曲线1～4QDs浓度分别为0.006，0.004，0.003，0.002 g/L

2.3 缓冲溶液种类、pH值和浓度的选择 本文考察了2种缓冲体系，即磷酸缓冲溶液(PBS，Na2HPO4+KH2PO4)和Tris缓冲溶液(Tris+HCl)对QDs荧光强度的影响。结果表明，PBS缓冲溶液更适合作为缓冲介质。由于水相合成的CdTe QDs表面性质与pH值的变化紧密相关，实验进一步探讨了不同pH值(5.5～9.0)的磷酸缓冲液对体系荧光强度的影响。结果表明，随着pH值的升高，QDs的荧光强度逐渐增强，当pH值达到7.0左右时，体系的荧光强度最强且趋于稳定，这为QDs与Ag+作用提供了宽而稳定的pH范围。为方便配制，本实验选择在pH值为7.4的PBS缓冲体系中进行测定。同时进一步考察了PBS缓冲液浓度对体系荧光强度的影响，结果如图3所示，在不同浓度的PBS缓冲溶液 (0.000 1～0.000 7 mol/L)中体系的荧光强度存在明显差异。当缓冲液浓度增大时，体系的荧光强度减小，所以本实验选择的PBS缓冲液浓度为0.000 1 mol/L。

图3 PBS缓冲溶液浓度的影响

2.4 反应温度及反应时间的选择 结果表明反应温度对体系荧光强度的影响不大，本实验选择在室温条件下进行测定。在室温条件下研究了反应时间对体系的荧光强度稳定性的影响，实验结果表明，Ag+与CdTe QDs的作用在5 min后趋于稳定，可保持40 min，说明该体系反应快速且稳定，因此选择反应5 min后进行测定。

2.5 Ag+浓度对CdTe QDs荧光强度的影响 如图4所示，CdTe QDs的荧光强度随Ag+浓度的增大而减小，并伴随有9 nm左右的发射峰位的红移。这种CdTe QDs荧光强度逐渐下降的趋势在Ag+达到一定浓度后停止。CdTe QDs荧光猝灭可能是由于Ag+与CdTe表面的结合位点发生配位导致的，其发射峰位置出现红移则可能是由于Ag+与CdTe QDs结合之后，体系的总能量低于单独的CdTe QDs所致[7]。

图4 Ag+浓度对CdTe量子点荧光强度的影响

曲线1～5的Ag+浓度分别为0，25.06，49.68，74.30，98.60 μg/L

2.6 共存离子的影响 考察了多种干扰离子对Ag+测定结果的影响。结果表明，在测定的相对误差为±5%范围内，下列离子(倍数)：K+、Na+、Mg2+、Mn2+、Zn2+(200)，Ca2+、Co3+、Al3+(50)对测定无干扰，Fe3+、Cu2+对测定有干扰；Fe3+、Cu2+可加入F-和氨水加以掩蔽。

2.7 线性范围和检出限 在最佳的实验条件下，当Ag+浓度在25.06～98.60 μg/L范围内时，体系的荧光猝灭程度与Ag+浓度呈现良好线性关系，结果如图5所示。其线性方程为ΔI=I0-I=26.07+7.01c(c为Ag+的质量浓度，单位为μg/L)，线性相关系数为0.995 7。根据公式：LOD=3S0/K(其中LOD为检出限；S0为空白对照的相对标准偏差；K为校准标准曲线的斜率)算出此方法检测Ag+的检出限为0.15 μg/L。分别对浓度为25.06，49.68，74.30 μg/L的Ag+标准溶液平行测定6次，相对标准偏差分别为0.97%，0.82%，1.06%，表明本方法精密度良好。

图5 Ag+的标准曲线

3 样品分析

取采集的实验室用自来水代替Ag+标准液加入体系中，按照上述Ag+测定方法，进行加标回收实验，取2 500 μl样品溶液于5 ml比色管中，再分别加入20 μl，25 μl，30 μl上述Ag+溶液，测定荧光强度，平行测定6次，计算相对标准偏差。实验结果显示(表1)，本法测定的精密度和回收率均符合微量分析要求。

表1 样品分析结果

参考文献：

[1]Mattoussi H，Mauro JM，Goldman ER，et al．Self-assembly of CdSe-ZnS quantum dots bioconjugates using an engineered recombinant protein[J]．Am Chem Soc，2000，122：12142-12150．

[2]Li MY，Ge YX，Chen QF，et al．Hydrothermal synthesis of highly luminescent CdTe quantum dots by adjusting precursors’ concentration and their conjunction with BSA as biological fluorescent probes[J]．Talanta，2007，72：89-94．

[3]Bruchez M J，Moronne M，Alivisatos A P，et al．Semiconductor nanocrystals as fluorescent biological labels[J]．Science，1998，281(5385)： 2013-2016．

[4]金宜纫，马荣生．原子吸收分光光度法测定抗癌新药卡铂中痕量元素银的含量[J]．微量元素与健康，1993，10(3)：34-35．

[5]李光俐，徐光，何姣，等．ICP-AES法测定抗癌药物奥沙利铂中微量银、钯、镉[J]．贵金属，2009，30(3)：34-36．

[6]童成举，刘涛，魏振宏．ICP-MS测定污水中银的含量[J]．光谱实验室，2010，27(5)： 1844-1846．

[7]Kim YJ ，Johnson RC ，Hupp JT．Gold nanoparticle based sensing of “spectroscopically silent ”heavy metal ions [J]．Nano Lett，2001，1 ： 165-167．