荧光法快速检测汞离子研究

吴 狄，王 坤，邓 祥，黄小梅

（四川文理学院 化学与化学工程系 四川省特色植物开发研究重点实验室，四川 达州 635000）

1 引言

随着人们对环境的逐渐重视，环境中重金属离子的检测备受关注，比如对环境中汞离子（Hg2＋）检测的报道越来越多，既有荧光法［1］，又有电化学检测法［2］，检测原理有：基于Hg2＋对荧光纳米材料的荧光猝灭进行Hg2＋的定量检测［3］；基于金纳米纳米颗粒的可视化对Hg2＋进行定量检测［4］。Hg2＋能与核酸中的胸腺嘧啶（T碱基）形成T－Hg－T复合物，其稳定性比正常的Watson－Crick碱基对还要稳定［1～2，4～5］，基于这种 THg－T复合物进行 Hg2＋定量检测。近年来，变换DNA的序列设计基于富含T碱基的DNA序列实现快速灵敏地对Hg2＋的检测已经研究得非常火热，因为Hg2＋能够形成T－Hg2＋－T复合物已通过电喷雾质谱证实，而其地的金属离子如Cu2＋不能发生类似作用，具有高度的特异性和选择性。

目前碳纳米材料逐渐成为了研究热点材料。碳纳米管是一种重要的碳纳米材料，它能有效地猝灭荧光染料（如TAMRA）的荧光［6］。，通过设计荧光染料标记的DNA序列实现荧光法检测Hg2＋的方法，干扰小，比较利于复杂样品中Hg2＋的检测。此外，酸处理后的碳纳米管（CNTs）富含羧基化带负电，单链DNA（ssDNA）分子可以静电和碱基堆积作用很好地缠绕在CNTs表面；而双链DNA（dsDNA）由于本身的刚性结构则不能缠绕在CNTs表面。本文利用这种性质的差异，将TAMRA－polyT21缠绕在CNTs上，TAMRA－polyT21中修饰的荧光基团TAMRA的荧光能被有效地猝灭；而T－Hg－T复合物形成类似于dsDNA的性质则不能缠绕在CNTs，TAMRA的荧光得到恢复，基于此原理，建立了一种用荧光法快速灵敏地检测Hg2＋的分析方法。

2 实验方法

仪器采用日立F－2700型荧光分光光度计（日本）用于表征荧光光谱；pHS－3C型酸度计（上海雷磁仪器公司）用于调节体系的pH值；QL－901型旋涡混合器（上海天呈医流生物医学公司）用于混合溶液。

材料采用碳纳米管（CNTs）购买自中国科学院成都有机化学研究所（经混酸处理后备用）。DNA（TAMRA－polyT21）购自上海生工生物工程技术服务有限公司（中国），用去离子水溶解配成溶液后于4℃冰箱中避光保存。实验中使用0.1mL磷酸盐缓冲，其他试剂均为分析纯。

向1.0mL离心管中，保持V总为500L的条件下，按顺序依次加入上述50L缓冲溶液（pH值为7.0），一定量的TAMRA－polyT21溶液和HgCl2溶液，反应一段时间后，加入CNTs，再反应一段时间后以15000r／min的速度离心15min，测定上清液荧光，激发波长为550nm发射波长为579nm，狭缝均为5.0nm，电压为700V，室温检测。

3 结果与讨论

3.1 荧光光谱表征

如图1所示，空白样品中，TAMRA－polyT21处于自由卷曲状态，能很好地缠绕在CNTs表面，TAMRA荧光被猝灭，因此体系中579nm处的荧光值很低；当一系列浓度的 Hg2＋存在时，由于T－Hg－T的作用，TAMRA－polyT21发生折叠，有了一定的刚性，不能缠绕在CNTs表面，因此体系在579nm处荧光强度逐渐增强。从内嵌图可以明显地看出，579nm处的荧光强度与加入Hg2＋的浓度呈线性增加的趋势，到0.9μm时增加达到最大，之后达到一个平台。

实验条件：激发波长为550nm，发射波长为579nm；pH值为7.0，CNTs浓度为19mg／L；DNA浓度为0.11M；Hg2＋浓度（曲线a k，μm）分别为：0、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、1.0、0.7、1.2、0.8、0.9。

3.2 CNTs用量优化

图1 荧光光谱图

体系中CNTs的用量是个关键因素，直接影响到体系中荧光的猝灭和恢复效率，因此，对体系中CNTs用量进行了优化：固定TAMRA－polyT21的量为0.11μm时，加入不同量的CNTs。随着CNTs用量的逐渐增加，TAMRA－polyT21在579nm处的荧光逐渐被猝灭，最后达到一个平台，荧光变化不大，因此确定CNTs的最佳用量为19mg／L。

3.3 时间的优化

考察了CNTs与TAMRA－polyT21、T－Hg－T复合物孵育的时间对检测Hg2＋时荧光强度的影响，考察了1h之内体系荧光强度的变化。实验结果表明与空白值相对比，Hg2＋加入形成T－Hg－T复合物后反应初期，体系的荧光强度增加，但是随着时间的延长，体系荧光增加的程度呈下降趋势，直到15min后体系的荧光增强值变化不大，因为确定最佳孵育时间为15min。

3.4 与其他金属离子比较

在最佳实验条件下，考察了一些常见金属离子如Pb2＋、Cu2＋、Fe3＋等的在该检测中的响应，即其条件相同的情况下，用其他金属离子代替Hg2＋进行整个实验。用（IF－I0）／I0作为参数进行比较，即体系的荧光强度（IF）减去空白样品的荧光（IF0）的差值除以空白样品的荧光（I0），当加入相同浓度的其他金属离子后，与空白值相比，体系的荧光强度值增加不大，即（IF－I0）／I0不大，几乎可以忽略；当加入相同浓度的Hg2＋后，与空白值相比，体系的荧光强度值增加很明显，即（IF－I0）／I0比较大，以此证实了本实验建立的基于CNTs建立的荧光法检测Hg2＋的方法具有选择性和特异性。

3.5 分析测定

按实验方法，在优化条件下，发现体系在波长为579nm处的荧光强度（IF）与 Hg2＋的浓度在0.2μm～0.9μm范围内呈线性关系。线性回归方程为：IF＝－18.5＋698.9c，相 关 系 数 为 0.9920，检 出 限 为0.025μm。此外，用达州洲河水进行了实际样品检测，Hg2＋的回收率在97.4%～103.8%之间，相对标准偏差小于2.3%。

4 结语

本文报道了一种快速、灵敏地检测Hg2＋的新方法。与其他金属离子相比，该检测Hg2＋的方法具有很好的选择性，并且阴阳离子共存物几乎无干扰，可以用于实际样品的检测。

［1］Xue X，Wang F，Liu X.One－step，room temperature，colorimetric detection of mercury（Hg2＋）using DNA／nanoparticle conjugates［J］.Am Chem Soc，2008（130）：3244～3245.

［2］Yuan T，Liu Z，Hu L.Label－free supersandwich electrochemiluminescence assay for detection of sub－nanomolar Hg2＋［J］.Chem Commun，2011（47）：11951～11953.

［3］Guo W，Yuan J，Wang E.Oligonucleotide－stabilized Ag nanoclusters as novel fluorescence probes for the highly selective and sensitive detection of the Hg2＋ion［J］.Chem Commun，2009（12）：3395～3397.

［4］Liu Z D，Li Y F，Ling J.A localized surface plasmon resonance light－scattering assay of mercury（II）on the basis of Hg2＋－DNA complex induced aggregation of gold nanoparticles［J］.Environ Sci Technol，2009（43）：5022～5027.

［5］Chiang C K，Huang C C，Liu C W.Oligonucleotide－based fluorescence probe for sensitive and selective detection of mercury（II）in aqueous solution［J］.Anal Chem，2008（80）：3716～3721.

［6］Yang R，Jin J，Chen Y.Carbon nanotube－quenched fluorescent oligonucleotides：probes that fluoresce upon hybridization［J］.Am Chem Soc，2008（130）：8351～8358.