以OP-10为荧光试剂建立的高选择性Hg2+检测方法

杨瑞，郭祥峰，黄凤婷，贾丽华，刘彩凤



以OP-10为荧光试剂建立的高选择性Hg2+检测方法

杨瑞，郭祥峰，黄凤婷，贾丽华，刘彩凤

（齐齐哈尔大学 化学与化学工程学院 黑龙江省高校精细化工重点实验室，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

用荧光光谱法研究了烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）对常见金属离子的荧光识别性能，发现在适当的条件下，OP-10对Hg2+呈现出高选择性荧光猝灭响应，猝灭常数为sv=2 112 L·mol-1．在OP-10浓度为2.0 mmol·L-1，pH值为4.1的BR缓冲溶液中，等浓度的Hg2+使其在320 nm处的荧光强度降低86%．基于上述荧光猝灭作用，建立了一种新的Hg2+荧光检测方法．OP-10的荧光强度与Hg2+浓度在0.1×10-4~4.4×10-4mol·L-1范围内呈良好的线性关系，线性相关系数为0.996 8．检出限为49 nmol·L-1．该荧光试剂OP-10可用于水样中Hg2+的检测．

OP-10；汞离子；荧光；检测

汞是一种具有严重生理毒性的化学物质，能产生严重且不可逆转的神经损伤[1]，是水环境监测的重要指标[2]．因此，研究Hg2+的检测方法，对于生物、化学和环境等都有着特殊意义[3]．Hg2+的传统检测方法，如原子吸收光谱法、阳极溶出伏安法及电感耦合等离子体质谱法等，有的需要大型仪器，成本较高，有的检测繁琐[4]．而荧光分析法具有精确度高、操作方便及适用范围广等优点，成为了研究热点[5]．特别是能在水溶液中高选择性和高灵敏性地检测Hg2+的荧光传感分子已成为人们广泛关注的研究课题[6]．

近年来，许多研究者致力于新的Hg2+荧光分子探针的设计、合成及性能研究，但这些荧光分子探针合成比较复杂，绝大多数也没有商品供应，限制了它们的广泛使用．因此，希望利用实验室常见的荧光化合物，通过适当组合，建立一种新的Hg2+荧光检测方法．通过Cl-与Hg2+形成的疏水性配合物HgCl2被OP-10的胶束增溶，猝灭OP-10的荧光，实现了上述设想．本研究利用实验室常用的廉价试剂实现了水溶液中Hg2+的荧光检测，常见金属离子没有明显干扰．随着该方法的进一步完善，有可能成为广泛使用的Hg2+检测方法．

1实验部分

1.1仪器与试剂

F-4500荧光分光光度计（日本Hitachi公司）；FLSP920瞬态/稳态荧光分光光度计（英国爱丁堡公司）；超纯水制备仪Milli-Q（美国Millipore公司）；SK2200P超声波振荡器（上海科导超声仪器有限公司）；PB-10标准型pH计、BS210S电子天平（德国Sartorius公司）；非离子表面活性剂OP-10（河北科卫公司）．水为超纯水；NaClO4·H2O，KCl，Mg（ClO）2·6H2O，Ca（ClO4）2，Cr（NO3）3·9H2O，FeSO4·7H2O，CoSO4·7H2O，NiSO4·6H2O，Cu（NO3）2·3H2O，Zn（NO3）2·6H2O，CdSO4·8H2O，HgCl2，Pb（NO3）2，AlCl3·6H2O所对应的水溶液．

1.2实验条件

激发波长为250 nm，激发和发射狭缝分别为1.0，5.0 nm．

2结果与讨论

2.1pH值对OP-10光谱的影响

pH值对OP-10荧光光谱的影响见图1．由图1可见，pH在2~12范围内时，OP-10在320 nm处的荧光强度基本没有改变．说明pH值对OP-10的荧光光谱基本不影响．

图1　pH值对OP-10荧光光谱的影响（λem=320 nm）

2.2OP-10对金属离子响应的选择性

OP-10的荧光强度在pH值2~12范围内基本保持不变．考虑到金属盐在酸性条件下比较稳定．故在pH=4.1的条件下，研究了OP-10对金属离子荧光识别的选择性（见图2黑色柱）．由图2可见，当加入K+，Na+，Al3+，Zn2+，Ni2+，Cd2+，Cu2+，Pb2+，Co2+，Fe2+等不同金属离子的盐，发现OP-10在320 nm处的荧光强度基本不变，仅Hg2+离子显著猝灭了OP-10在320 nm处的荧光强度．在此基础上，研究了其它金属离子与Hg2+的竞争干扰实验（见图2白色柱）．常见碱金属基本不影响Hg2+对OP-10荧光的猝灭，Fe2+和Cu2+等过渡金属离子稍微降低了OP-10/Hg2+的荧光强度．因此，OP-10在水溶液中能高选择性地检测Hg2+．

图2　OP-10对常见金属离子的选择性（pH=4.1，λem=320 nm）

2.3定量检测、检测范围及检出限

由于Hg2+显著猝灭OP-10荧光强度，故研究了Hg2+浓度对OP-10荧光光谱的影响（见图3）．由图3可见，OP-10的荧光强度随着Hg2+浓度的增加而逐渐降低．当Hg2+浓度增加到2.0 mmol·L-1时，OP-10在320 nm处的荧光强度基本趋于不变． Hg2+浓度在0.1×10-4~4.0×10-4mol·L-1范围内与OP-10在320 nm处的荧光强度呈良好的线性关系；线性方程为：=-23.68+244.75（相关系数2=0.996 8）．计算检出限为49 nmol·L-1．基于Hg2+对OP-10的荧光猝灭作用，可以建立一种简便的Hg2+荧光检测方法．

图3　Hg2+浓度对OP-10荧光光谱的影响

2.4荧光寿命及猝灭机理

本实验利用时间分辨荧光分光光度计研究化合物激发态过程．主要采用光子计数法[7]测定了化合物OP-10，OP-10/Hg2+在pH=4.1的BR缓冲溶液中的荧光强度随时间指数式的衰变．根据软件分别拟合，OP-10为单指数荧光衰减，且av为6.66 ns，而OP-10/Hg2+为双指数荧光衰减，av为3.02 ns．为研究猝灭机理，进一步将猝灭数据用Stern-Volmer方程[8]处理：0/=1+q0=1+sv．式中：0为无猝灭剂时OP-10的荧光强度；为有猝灭剂时OP-10的荧光强度；q为猝灭速率常数；sv为Stern-Volmer猝灭常数；0为荧光寿命；为猝灭剂的浓度．

以0/对作图（见图4），其线性回归方程为=2 112+0.735 2，呈现良好的线性关系（2=0.993 3），则猝灭常数sv为2 112 L·mol-1，计算得q值为3.2×1011L·mol-1·s-1．通常认为各类猝灭剂对生物大分子的最大动态猝灭常数为2.0×1010L·mol-1·s-1[9]．由于q值大于2.0×1010L·mol-1·s-1，由此判断该荧光猝灭过程是形成基态络合物引起的静态猝灭．

图4　Hg2+淬灭 OP-10 荧光的Stern-Volmer曲线

2.5样品回收率测定

依据上述实验方法，采用荧光光谱法测定自来水样品中Hg2+的回收率（见表1）．由表1可见，Hg2+的测定量与样品中Hg2+的实际加入量比较接近，其回收率为98%~110%，结果比较令人满意．表明该方法可靠，可用于测定水溶液中Hg2+的浓度，具有一定的实用价值．

表1　自来水样中Hg2+的加标实验

3结论

本文研究了自发荧光的非离子表面活性剂OP-10在纯水溶液中对常见金属离子的识别性能，其对Hg2+有显著的荧光猝灭响应，猝灭速率常数q=3.2×1011L·mol-1·s-1，其猝灭行为属于静态猝灭．基于上述荧光猝灭作用，建立了一种简便的Hg2+荧光检测方法．

[1] Harris H H，Pickering I J，George G N．The chemical form of mercury in fish[J]．Science，2003（301）：1203

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[3] Zhang Z C，Wu D，Guo X F，et al．Visible study of mercuric ion and its conjugate in living cells of mammals and Plants[J]．Chem Res Toxicol，2005，18（12）：1814-1820

[4] Othman A B，Lee J W，Wu J-S，et al．Calix[4]arene-based，Hg2+-induced intramolecular fluorescence resonance energy transfer chemosensor[J]．J Org Chem，2007，72（20）：7634-7640

[5] 吴粦华，陈瑶函．N-（2-羟基-1-萘甲酰胺基）-N-苯基硫脲的合成及对汞离子的识别[J]．化学研究与应用，2012，22（2）：140-145

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[7] 许金钩，王尊本．荧光分析法[M]．2版．北京：科学出版社，2006

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[9] Machicote1 R G，Pacheco M E，Bruzzone L．Binding of several benzodiazepines to bovine serum albumin：Fluorescence study[J]．Spectrochimica Acta Part A，2010，77：466-472

Highly selective detecting method for Hg2+based on fluorescent reagent OP-10

YANG Rui，GUO Xiang-feng，HUANG Feng-ting，JIA Li-hua，LIU Cai-feng

（Key Laboratory of Fine Chemicals，School of Chemistry and Chemical Engineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

The recognizing property of OP-10 in the presence of common metal ions was investigated by fluorescence spectrometry．The fluorescence intensity of OP-10 was selective quenched with Hg2+under appropriate conditions and the quenched constant was 2 112 L·mol-1. On addition of 2.0 mmol·L-1Hg2+，the fluorescence intensity of OP-10 in BR buffered aqueous solution （pH 4.1） was quenched about 86%．Based on the above mentioned，a new method was built for fluorescence detecting Hg2+．The calibration graph is linear over the range of 0.1×10-4~4.4×10-4mol·L-1（linearly dependent coefficient：2= 0.996 8）．The detection limit was calculated to be 49 nmol·L-1．The fluorescent reagent OP-10 can detect Hg2+in water samples．

OP-10；mercuric ion；fluorescence；detection

1007-9831（2016）07-0042-03

O657.3

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.07.010

2016-05-18

国家自然科学基金项目（20572056，21176125）； 黑龙江省自然科学基金项目（B201114）

杨瑞（1982-），女，黑龙江齐齐哈尔人，助理实验师，硕士，主要从事荧光分子探针方面的研究．E-mail：ruiy2004@163.com

郭祥峰（1963-），男，黑龙江齐齐尔人，教授，博士，主要从事表面活性剂和荧光分子探针方面的研究．E-mail：xfguo@163.com