基于氨基化碳量子点荧光增强测定氨苄青霉素

贺晨芳，丁彦霞，任光明，李满秀

碳量子点（CQDs）是一种新型荧光纳米粒子［1－3］，具有发光稳定、荧光强度高、生物相容性良好、耐光漂白、低毒性及合成原料廉价易得等特点。将氨基接到碳量子点表面，可明显提高其发光强度，使得碳量子点与其他物质的作用效果更加显著。

氨苄青霉素为半合成的广谱青霉素，主要用于敏感菌引起的泌尿系统、呼吸系统、肠道感染以及败血症等，对其定量分析非常必要。目前测定氨苄青霉素的方法有生物传感器检测法［4－5］、受体识别分析法［6］、高效液相色谱法［7］和高效毛细管电泳法［8］等。本工作以葡萄糖为碳源，采用水热法合成碳量子点，再通过与氨水反应使之表面氨基化，进而与氨苄青霉素作用，使体系的荧光明显增强，且增强程度在一定范围内与氨苄青霉素浓度呈正比，从而实现对氨苄青霉素的测定。

1 试验部分

1．1 仪器与试剂

UV-2550型紫外-可见分光光度计；F-4500型荧光分光光度计；85-2型恒温磁力搅拌器；DHG-9240型电热恒温鼓风干燥箱。

氨苄青霉素标准储备溶液：1．00×10－3mol·L－1，称取氨苄青霉素40．35 mg，用水溶解，定容于100 mL容量瓶中。使用时用水稀释至所需浓度。

三酸缓冲溶液：在100 mL三酸混合液（硼酸、磷酸、乙酸浓度均为0．04 mol·L－1）中，加入一定体积的0．2 mol·L－1Na OH 溶液，p H 7．0缓冲溶液。

葡萄糖、氨水、氨苄青霉素为分析纯，试验用水为超纯水。

1．2 试验方法

1．2．1 碳量子点的合成和氨基化

称取葡萄糖1．44 g，用水溶解定容于50 mL容量瓶中，转移至100 mL圆底烧瓶中，室温下搅拌10 min，放入电热恒温箱中于200℃加热8 h，得到棕黄色黏稠状固体，冷却后用水溶解、定容于50 mL容量瓶中，得到碳量子点溶液。取6 mol·L－1氨水535μL和碳量子点溶液10 mL于100 mL圆底烧瓶中混合均匀后，放入电热恒温箱于200℃加热5 h后取出，室温冷却，用水定容于50 mL容量瓶中，得到氨基化碳量子点（N-CQDs）溶液（浓度以葡萄糖计为 0．16 mol·L－1，使 用 时 将 其 稀 释 至0．016 mol·L－1）。

1．2．2 氨苄青霉素的测定

在10 mL比色管中分别加入0．016 mol·L－1氨基化碳量子点溶液1．00 mL和一系列浓度的氨苄青霉素标准溶液20μL，三酸缓冲溶液1 mL，用水定容至5 mL，反应30 min后，在激发波长340 n m，发射波长433 n m处测量荧光强度，其激发和发射光谱通带均为10 n m。

1．2．3 样品分析

称取样品0．037 14 g于100 mL烧杯中，加水溶解，然后转移至100 mL容量瓶中定容，待用。

在1．00 mL 0．016 mol·L－1氨基化量子点溶液中加入样品溶液450μL，再加入三酸缓冲溶液1 mL，用水定容至5 mL，在激发波长340 n m，发射波长433 n m处测量其荧光强度。

2 结果与讨论

2．1 碳量子点和氨基化碳量子点的光谱表征

0．016 mol·L－1碳量子点溶液和0．016 mol·L－1氨基化碳量子点溶液的荧光光谱图见图1。

图1 碳量子点和氨基化碳量子点的荧光光谱Fig．1 Fluorescence spectra of CQDs and N-CQDs

由图1可知：碳量子点激发波长为340 n m，最大发射波长为433 n m，荧光光谱峰形对称。同样条件下测得氨基化碳量子点的荧光强度明显增强，但峰的位置基本不变。

0．016 mol·L－1碳量子点溶液与0．016 mol·L－1氨基化碳量子点溶液的紫外吸收光谱图见图2。

图2 碳量子点和氨基化碳量子点的紫外吸收光谱Fig．2 UV-Vis absorption spectra of CQDs and N-CQDs

由图2可知：碳量子点在218，282 n m处有吸收峰，氨基化碳量子点与碳量子点吸收峰位相同，吸光度明显增强。

2．2 氨基化碳量子点与氨苄青霉素的作用

氨基化碳量子点与氨苄青霉素作用的荧光光谱见图3。

图3 氨基化碳量子点与氨苄青霉素作用后的荧光光谱Fig．3 Fluorescence spectra of N-CQDs after interaction wit h a mpicillin

由图3可知：氨基化碳量子点的荧光强度随氨苄青霉素浓度的增大而逐渐增大，但是发射峰的位置没有变化。原因可能是氨苄青霉素分子键和到氨基化碳量子点表面，使其表面正电荷增加，静电引力导致氨苄青霉素与氨基化碳量子点的结合力增强，致使氨基化碳量子点的荧光增强。

2．3 试验条件的选择

2．3．1 缓冲体系

取3支比色管，均加入0．016 mol·L－1氨基化碳量子点溶液1．00 mL和4．0×10－6mol·L－1氨苄青霉素溶液1．00 mL，再分别加入p H 7．0的磷酸盐缓冲溶液1 mL、p H 7．0的三酸缓冲溶液1 mL、p H 10．0的四硼酸钠缓冲溶液1 mL，用水定容至5 mL，测量其荧光强度。结果发现：在不同的缓冲体系中，氨基化碳量子点的荧光强度有不同程度的增大，在p H 7．0的三酸缓冲溶液介质中，氨苄青霉素对氨基化碳量子点的荧光增强效果最好。试验选择p H 7．0的三酸缓冲溶液为反应介质。

2．3．2 反应时间

在比色管中加入0．016 mol·L－1氨基化碳量子点溶液1．00 mL和4．0×10－6mol·L－1氨苄青霉素溶液1．00 mL，再加入p H 7．0三酸缓冲溶液1 mL，用水定容至5 mL，混合均匀后，在不同反应时间测量其荧光强度。结果表明：反应的前30 min荧光强度不断增大，反应30 min后荧光强度趋于稳定。试验选择反应30 min后测定。

2．3．3 反应温度

在比色管中加入0．016 mol·L－1氨基化碳量子点溶液1．00 mL和4．0×10－6mol·L－1氨苄青霉素溶液1．00 mL，再加入三酸缓冲溶液1 mL，用水定容至5 mL，混合均匀后，分别在15，25，35，45，55，65℃下反应30 min后测量其荧光强度。结果表明：在不同温度下氨苄青霉素对氨基化碳量子点的荧光增强作用基本不变。试验选择室温下测定。

2．4 干扰试验

试验考察了常见离子及糖类等物质的干扰情况。当相对误差在±5%内，共存物质允许量为：50倍的Mn2＋、Co2＋、Ca2＋、Na＋、Ag＋、K＋、果糖、淀粉、硬脂酸镁，25倍的Cd2＋、葡萄糖，15倍的Fe3＋，10倍的Cr3＋，1倍的 Ni2＋、Mg2＋，0．25倍的Pb2＋。

2．5 标准曲线及检出限

在最佳条件下，以体系的相对荧光强度F／F0（F，F0分别为加入与不加入氨基化碳量子点时体系的荧光强度）对氨苄青霉素的浓度绘制标准曲线，氨苄青霉素浓度在2．0×10－6～9．0×10－5mol·L－1内与体系相对荧光强度（F／F0）呈线性关系，线性回归方程为F／F0＝0．005 9 c＋1．014，相关系数为0．994 1。

按3倍信噪比（3S／N）计算方法的检出限为1．2×10－6mol·L－1。

2．6 样品分析

按试验方法测定氨苄西林钠药品中的氨苄青霉素，平行测定5次，并进行加标回收试验，计算加标回收率和测定值的相对标准偏差（RSD），结果见表1。

表1 样品分析结果（n＝5）Tab．1 Analytical results of sa mples（n＝5）

本工作利用水热法合成碳量子点，然后用氨水修饰碳量子点，增强了碳量子点的荧光强度，氨苄青霉素与其作用后，使氨基化碳量子点的荧光强度进一步增强，由此建立了测定氨苄青霉素的分析方法，可为氨苄青霉素测定提供参考。

［1］ 汪莉，吕婷，阮枫萍，等．水热法制备的荧光碳量子点［J］．发光学报，2014，35（6）：706-709．

［2］ 李腾飞，李昳玮，肖璐，等．荧光可调控的碳量子点的电化学制备及性质研究［J］．化学学报，2014，72（2）：227-232．

［3］ 唐志姣，李攻科，胡玉玲．荧光碳点在分析检测中的研究进展［J］．分析测试学报，2015，34（8）：970-978．

［4］ 刘瑾，张婉洁，王文，等．利用SPR生物传感器检测牛奶中的氨苄青霉素残留［J］．化学研究与应用，2013，25（5）：754-759．

［5］ 苏洋，张婉洁，徐可欣，等．SPR生物传感器检测牛奶中氨苄青霉素残留［J］．传感器与微系统，2010，29（11）：40-42．

［6］ 孙永海，张杰，韩勇，等．牛乳中氨苄青霉素残留的受体分析法测定［J］．食品科学，2010，31（24）：255-258．

［7］ 张小燕．液相色谱法检测饲料中青霉素类残留量［J］．轻工标准与质量，2015（1）：53-54．

［8］ 陈玎玎，孟欢欢，祁克宗，等．高效毛细管电泳法检测鸡肉中青霉素类药物残留量［J］．理化检验-化学分册，2011，47（11）：1293-1295．