CdTe量子点荧光探针检测血清和食品中Cr3＋

龚婷婷，王秋月，吴一微

（湖北师范大学化学化工学院，湖北黄石435002）

Cr3＋在脂肪、碳水化合物、核酸和蛋白质的代谢过程中起重要作用，是人体必需的微量元素之一。正常人每天需要摄入25～35μg的Cr3＋来改善血糖、血脂的代谢，而Cr3＋的缺乏可能会导致糖尿病和心血管疾病，但过量的Cr3＋也会对细胞结构产生不利影响［1］。因此，建立一种简单、灵敏度高和选择性好的测定食品和生物样品中痕量Cr3＋的新方法至关重要。

目前，铬的检测方法主要有电化学方法［2］、原子吸收光谱法［3］、电感耦合等离子体质谱法［4］和荧光法［5］，其中荧光法因具有选择性好、灵敏度高和响应速度快等优点引起人们的极大兴趣［6］。在荧光检测技术中，荧光探针的选择是关键。量子点（QDs）因具有量子产率高、光化学稳定性好、斯托克斯位移大、吸收光谱宽、抗漂白强和荧光寿命长等优点受到广泛关注［7－9］。Abolhasani等［7］和Souza等［8］分别建立了基于Cr3＋荧光猝灭巯基乙酸修饰的CdS QDs、CdSe QDs的传感新方法。Han等［9］在CdTe QDs表面修饰上不同的配体，利用配体的识别差异，成功地鉴别了Cr3＋和Cr6＋。然而，利用CdTe QDs在不同缓冲体系中对Cr3＋的响应差异，建立Cr3＋的分析新方法尚未见报道。

本文采用一锅法合成了尺寸均一且水溶性好的巯基乙酸修饰的CdTe QDs，基于Cr3＋在不同介质中对该量子点荧光猝灭作用的差异，建立了食品和血清中痕量Cr3＋的分析新方法。

1 实验部分

1．1 仪器和试剂

LS45荧光光谱仪（美国，Perkin Elmer）；U－3010紫外－可见分光光度计（日本，Hitachi）；PB－10型精密pH 计（德国，Sartorius）。

CdTe QDs的合成及表征同本课题组前期工作［10］。Cd（Ac）2·2H2O、NaBH4、CrCl3·6H2O、NaOH（天津市科密欧化学试剂有限公司），K2TeO3（Aladdin），巯基乙酸（Alfa Aesar）。1mg·mL－1Cr3＋、Ag＋、Cu2＋、Hg2＋等金属离子贮备液分别由相应的高纯盐 CrCl3·6H2O、AgNO3、CuCl2·2H2O和 Hg（NO3）2（上海化学试剂厂）配制而成。水为二次蒸馏水。

1．2 CdTe QDs探针检测Cr3＋

将55μL CdTe QDs和400μL 0．1mol·L－1HAc－NaAc缓冲溶液（pH＝6．0）混合于比色管中，分别加入不同浓度的Cr3＋标准溶液，用水定容至5．0mL，混匀，室温下放置10min后，用荧光光度计测量其荧光强度（λex／λem＝458／560nm，狭缝宽度均为10nm）。

1．3 样品预处理

将血液样品（黄石市二医院检验科提供）高速离心（3 500r／min）后，收集血清，待用。橙汁和牛奶样品（购于当地超市）高速离心（3 500r／min），弃掉大颗粒沉淀物后，再通过0．45μm滤膜过滤，收集滤液，待用。

2 结果与讨论

2．1 CdTe QDs在不同介质中对金属离子的选择性

分别研究了不同金属离子在B－R缓冲溶液和HAc－NaAc缓冲溶液中对CdTe QDs荧光强度的影响。从图1A可知，在B－R缓冲溶液中，Ag＋、Cu2＋和Hg2＋对CdTe QDs荧光强度有明显的猝灭作用；而在HAc－NaAc缓冲溶液中（图1B），除了Ag＋、Cu2＋和 Hg2＋外，Cr3＋也能猝灭CdTe QDs的荧光。因此，基于本课题组前期工作［10］，本文实验选择HAc－NaAc缓冲体系。

图1 在B－R缓冲溶液（A）和HAc－NaAc缓冲溶液（B）中不同金属离子对CdTe QDs荧光强度的影响Fig．1 Effect of various metalions on fluorescence intensity of CdTe QDs in B－R buffer（pH＝7．0）（A）and HAc－NaAc buffer（pH＝7．0）（B）

2．2 pH值的影响

强酸或强碱会影响QDs表面基团的质子化或去质子化，导致其表面结构发生变化，进而影响QDs的性质［11］。因此，分别考察了在体系中加或不加Cr3＋的条件下，pH对CdTe QDs荧光强度的影响。结果表明：Cr3＋不存在时，当pH＝5．0～6．0，CdTe QDs荧光强度逐渐增加，pH＝7．0～11．0CdTe荧光强度基本保持稳定；而Cr3＋存在时，当pH＝5．0～11．0，CdTe QDs荧光强度总体呈现微弱上升的趋势。比较两种结果发现，在pH＝6．0时荧光强度差值最大，故选择pH＝6．0为最优pH值。

2．3 HAc－NaAc缓冲溶液浓度的影响

在体系中分别加或不加Cr3＋的条件下，考察了HAc－NaAc缓冲溶液浓度对CdTe QDs荧光强度的影响。结果表明，HAc－NaAc浓度在0．002～0．008mol·L－1范围内，荧光猝灭程度逐渐增加；在0．012～0．080mol·L－1范围内，荧光猝灭程度逐渐下降；在0．008mol·L－1时，荧光猝灭程度最大。因此，选择0．008mol·L－1的pH＝6．0的HAc－NaAc缓冲溶液。

2．4 CdTe QDs体积的影响

在最佳条件下，固定Cr3＋的浓度为40ng·mL－1，考察了不同体积的CdTe QDs对荧光强度的影响。结果表明，CdTe QDs体积在15～55μL范围内，荧光猝灭程度总体上逐渐增加；CdTe QDs体积在55～65μL范围内，荧光猝灭程度逐渐减小。因此，55μL CdTe QDs为最佳体积。

2．5 干扰离子影响的消除

采用二乙基二硫代氨基甲酸钠（DDTC）和NH4OH为掩蔽剂，消除Ag＋、Hg2＋和Cu2＋对CdTe QDs检测Cr3＋的干扰，从而实现对Cr3＋的选择性检测，见图2。比较图2中曲线b和曲线c可见，在掩蔽剂的存在下，Ag＋、Cu2＋和 Hg2＋对CdTe QDs检测Cr3＋无明显影响。

2．6 CdTe QDs探针测定Cr3＋的分析性能

在最佳条件下，考察了不同浓度的Cr3＋对CdTe QDs的荧光强度的影响。实验结果显示，随着Cr3＋浓度的增加，CdTe QDs的荧光强度逐渐减弱，荧光猝灭程度（F0／F）与Cr3＋在0．50～45ng·mL－1范围内呈现良好的线性关系（F0表示不存在Cr3＋时的荧光强度，F表示存在Cr3＋时的荧光强度），线性方程为：F0／F＝0．04148c＋1．004，相关系数为0．9962，检出限为0．12ng·mL－1（2．3×10－9mol·L－1）。

表1列出了本方法与文献方法的性能比较。与同为荧光分析方法相比，本法的检出限比大多数方法低［12－14］，但高于少数方 法［8］；而 与 比 色 法［15－16］相 比，本 法 表 现 出 更 低的检出限。表明本法具有简单、廉价、灵敏度高和选择性好等优点。

图2 不同体系的荧光强度Fig．2 Fluorescence intensity（λex＝458nm）of different systems（a）CdTe QDs：（b）CdTe QDs＋Cr3＋；（c）（b）＋Ag＋ ＋Cu2＋＋Hg2＋ ＋DDTC＋NH4OH．［Ag＋］，［Cu2＋］and［Hg2＋］：10ng·mL－1；［DDTC］：2．0×10－6 mol·L－1；［NH4OH］：3．0×10－4 mol·L－1；CdTe QDs：55μL．

表1 本实验方法与文献方法对比Table 1 Comparison of this work with various reported methods

2．7 CdTe QDs检测Cr3＋的可能机理

Cr3＋能显著猝灭CdTe QDs的荧光，而Cr6＋不能猝灭CdTe QDs的荧光原因可能如下：Cr3＋和Cr6＋在溶液中分别以阳离子和阴离子的形式存在，巯基乙酸包覆的CdTe QDs表面带负电荷，因此由于静电引力作用，CdTe QDs能吸附 Cr3＋、排斥Cr6＋［9］，拉近了 Cr3＋与CdTe QDs的距离，为电子转移铺平了道路［17］，当CdTe QDs和Cr3＋之间发生电子转移时，QDs表面快速形成缺陷，从而导致荧光猝灭。

2．8 实际样品分析

为探究CdTe QDs探针检测Cr3＋的可行性，在最佳条件下，考察了CdTe QDs荧光探针检测血清、牛奶和果汁样品中Cr3＋的加标回收情况。结果如表2所示，除橙汁未检测到Cr3＋外，健康人、糖尿病人血清样品和牛奶样品中均检测到Cr3＋，且糖尿病人血清中的Cr3＋含量明显低于健康人。这是由于Cr3＋对调节人体血糖至关重要，血糖越高，体内的Cr3＋的含量越少，与实验结果一致。方法的加标回收率在91．8%～106%之间，符合检测要求。

表2 CdTe QDs应用于实际样品中Cr3＋的检测Table 2 Detection of Cr3＋in real samples by CdTe QDs

3 结论

基于CdTe QDs荧光探针，建立了一种简单、价廉、灵敏度高和选择性好的检测血清和食物样品中Cr3＋的新方法，与大部分其他文献报道的方法相比，本法表现出更优异的分析性能。已成功用于血清样品，橙汁样品和牛奶样品中Cr3＋含量的测定。