以OP-10為熒光試劑建立的高選擇性Hg2+檢測方法

楊瑞，郭祥峰，黃鳳婷，賈麗華，劉彩鳳

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以OP-10為熒光試劑建立的高選擇性Hg2+檢測方法

楊瑞，郭祥峰，黃鳳婷，賈麗華，劉彩鳳

（齊齊哈爾大學 化學與化學工程學院 黑龍江省高校精細化工重點實驗室，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

用熒光光譜法研究了烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10）對常見金屬離子的熒光識別性能，發現在適當的條件下，OP-10對Hg2+呈現出高選擇性熒光猝滅響應，猝滅常數為sv=2 112 L·mol-1．在OP-10濃度為2.0 mmol·L-1，pH值為4.1的BR緩沖溶液中，等濃度的Hg2+使其在320 nm處的熒光強度降低86%．基于上述熒光猝滅作用，建立了一種新的Hg2+熒光檢測方法．OP-10的熒光強度與Hg2+濃度在0.1×10-4~4.4×10-4mol·L-1范圍內呈良好的線性關系，線性相關系數為0.996 8．檢出限為49 nmol·L-1．該熒光試劑OP-10可用于水樣中Hg2+的檢測．

OP-10；汞離子；熒光；檢測

汞是一種具有嚴重生理毒性的化學物質，能產生嚴重且不可逆轉的神經損傷[1]，是水環境監測的重要指標[2]．因此，研究Hg2+的檢測方法，對于生物、化學和環境等都有著特殊意義[3]．Hg2+的傳統檢測方法，如原子吸收光譜法、陽極溶出伏安法及電感耦合等離子體質譜法等，有的需要大型儀器，成本較高，有的檢測繁瑣[4]．而熒光分析法具有精確度高、操作方便及適用范圍廣等優點，成為了研究熱點[5]．特別是能在水溶液中高選擇性和高靈敏性地檢測Hg2+的熒光傳感分子已成為人們廣泛關注的研究課題[6]．

近年來，許多研究者致力于新的Hg2+熒光分子探針的設計、合成及性能研究，但這些熒光分子探針合成比較復雜，絕大多數也沒有商品供應，限制了它們的廣泛使用．因此，希望利用實驗室常見的熒光化合物，通過適當組合，建立一種新的Hg2+熒光檢測方法．通過Cl-與Hg2+形成的疏水性配合物HgCl2被OP-10的膠束增溶，猝滅OP-10的熒光，實現了上述設想．本研究利用實驗室常用的廉價試劑實現了水溶液中Hg2+的熒光檢測，常見金屬離子沒有明顯干擾．隨著該方法的進一步完善，有可能成為廣泛使用的Hg2+檢測方法．

1實驗部分

1.1儀器與試劑

F-4500熒光分光光度計（日本Hitachi公司）；FLSP920瞬態/穩態熒光分光光度計（英國愛丁堡公司）；超純水制備儀Milli-Q（美國Millipore公司）；SK2200P超聲波振蕩器（上海科導超聲儀器有限公司）；PB-10標準型pH計、BS210S電子天平（德國Sartorius公司）；非離子表面活性劑OP-10（河北科衛公司）．水為超純水；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所對應的水溶液．

1.2實驗條件

激發波長為250 nm，激發和發射狹縫分別為1.0，5.0 nm．

2結果與討論

2.1pH值對OP-10光譜的影響

pH值對OP-10熒光光譜的影響見圖1．由圖1可見，pH在2~12范圍內時，OP-10在320 nm處的熒光強度基本沒有改變．說明pH值對OP-10的熒光光譜基本不影響．

圖1　pH值對OP-10熒光光譜的影響（λem=320 nm）

2.2OP-10對金屬離子響應的選擇性

OP-10的熒光強度在pH值2~12范圍內基本保持不變．考慮到金屬鹽在酸性條件下比較穩定．故在pH=4.1的條件下，研究了OP-10對金屬離子熒光識別的選擇性（見圖2黑色柱）．由圖2可見，當加入K+，Na+，Al3+，Zn2+，Ni2+，Cd2+，Cu2+，Pb2+，Co2+，Fe2+等不同金屬離子的鹽，發現OP-10在320 nm處的熒光強度基本不變，僅Hg2+離子顯著猝滅了OP-10在320 nm處的熒光強度．在此基礎上，研究了其它金屬離子與Hg2+的競爭干擾實驗（見圖2白色柱）．常見堿金屬基本不影響Hg2+對OP-10熒光的猝滅，Fe2+和Cu2+等過渡金屬離子稍微降低了OP-10/Hg2+的熒光強度．因此，OP-10在水溶液中能高選擇性地檢測Hg2+．

圖2　OP-10對常見金屬離子的選擇性（pH=4.1，λem=320 nm）

2.3定量檢測、檢測范圍及檢出限

由于Hg2+顯著猝滅OP-10熒光強度，故研究了Hg2+濃度對OP-10熒光光譜的影響（見圖3）．由圖3可見，OP-10的熒光強度隨著Hg2+濃度的增加而逐漸降低．當Hg2+濃度增加到2.0 mmol·L-1時，OP-10在320 nm處的熒光強度基本趨于不變． Hg2+濃度在0.1×10-4~4.0×10-4mol·L-1范圍內與OP-10在320 nm處的熒光強度呈良好的線性關系；線性方程為：=-23.68+244.75（相關系數2=0.996 8）．計算檢出限為49 nmol·L-1．基于Hg2+對OP-10的熒光猝滅作用，可以建立一種簡便的Hg2+熒光檢測方法．

圖3　Hg2+濃度對OP-10熒光光譜的影響

2.4熒光壽命及猝滅機理

本實驗利用時間分辨熒光分光光度計研究化合物激發態過程．主要采用光子計數法[7]測定了化合物OP-10，OP-10/Hg2+在pH=4.1的BR緩沖溶液中的熒光強度隨時間指數式的衰變．根據軟件分別擬合，OP-10為單指數熒光衰減，且av為6.66 ns，而OP-10/Hg2+為雙指數熒光衰減，av為3.02 ns．為研究猝滅機理，進一步將猝滅數據用Stern-Volmer方程[8]處理：0/=1+q0=1+sv．式中：0為無猝滅劑時OP-10的熒光強度；為有猝滅劑時OP-10的熒光強度；q為猝滅速率常數；sv為Stern-Volmer猝滅常數；0為熒光壽命；為猝滅劑的濃度．

以0/對作圖（見圖4），其線性回歸方程為=2 112+0.735 2，呈現良好的線性關系（2=0.993 3），則猝滅常數sv為2 112 L·mol-1，計算得q值為3.2×1011L·mol-1·s-1．通常認為各類猝滅劑對生物大分子的最大動態猝滅常數為2.0×1010L·mol-1·s-1[9]．由于q值大于2.0×1010L·mol-1·s-1，由此判斷該熒光猝滅過程是形成基態絡合物引起的靜態猝滅．

圖4　Hg2+淬滅 OP-10 熒光的Stern-Volmer曲線

2.5樣品回收率測定

依據上述實驗方法，采用熒光光譜法測定自來水樣品中Hg2+的回收率（見表1）．由表1可見，Hg2+的測定量與樣品中Hg2+的實際加入量比較接近，其回收率為98%~110%，結果比較令人滿意．表明該方法可靠，可用于測定水溶液中Hg2+的濃度，具有一定的實用價值．

表1　自來水樣中Hg2+的加標實驗

3結論

本文研究了自發熒光的非離子表面活性劑OP-10在純水溶液中對常見金屬離子的識別性能，其對Hg2+有顯著的熒光猝滅響應，猝滅速率常數q=3.2×1011L·mol-1·s-1，其猝滅行為屬于靜態猝滅．基于上述熒光猝滅作用，建立了一種簡便的Hg2+熒光檢測方法．

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[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] 吳粦華，陳瑤函．N-（2-羥基-1-萘甲酰胺基）-N-苯基硫脲的合成及對汞離子的識別[J]．化學研究與應用，2012，22（2）：140-145

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[7] 許金鉤，王尊本．熒光分析法[M]．2版．北京：科學出版社，2006

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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

國家自然科學基金項目（20572056，21176125）； 黑龍江省自然科學基金項目（B201114）

楊瑞（1982-），女，黑龍江齊齊哈爾人，助理實驗師，碩士，主要從事熒光分子探針方面的研究．E-mail：ruiy2004@163.com

郭祥峰（1963-），男，黑龍江齊齊爾人，教授，博士，主要從事表面活性劑和熒光分子探針方面的研究．E-mail：xfguo@163.com