可視化分子探針的設(shè)計(jì)、合成及其對(duì)食品中氰化物的檢測(cè)

周彬彬，張繼紅，王芳斌，汪霞麗，戴 璇，楊 滔，郝遠(yuǎn)強(qiáng)*

（1.湖南省食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410117；2.商丘師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，河南 商丘 476000）

可視化分子探針的設(shè)計(jì)、合成及其對(duì)食品中氰化物的檢測(cè)

周彬彬1，張繼紅1，王芳斌1，汪霞麗1，戴 璇1，楊 滔1，郝遠(yuǎn)強(qiáng)2,*

（1.湖南省食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410117；2.商丘師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，河南 商丘 476000）

以萘酰亞胺偶氮苯為檢測(cè)信號(hào)基團(tuán)，以水楊醛為氰根離子的識(shí)別基團(tuán)，通過(guò)將萘酰亞胺重氮鹽和水楊醛單元偶聯(lián)，得到基于萘酰亞胺的偶氮苯染料分子探針。研究發(fā)現(xiàn)，探針溶液與氰化物反應(yīng)后，紫外光譜吸收峰從波長(zhǎng)404 nm轉(zhuǎn)移至505 nm，顏色從黃色變?yōu)榧t色。在水溶液體系中，探針?lè)肿幽軐?shí)現(xiàn)對(duì)氰化物的比值式檢測(cè)，線性范圍為0.5～40.0 μmol/L，檢出限為0.13 μmol/L，遠(yuǎn)低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定飲用水中的氰化物最大含量（1.9 μmol/L）。且該探針?lè)肿泳哂泻軓?qiáng)的特異性，對(duì)CN－的檢測(cè)不受F－、Cl－、Br－、I－、SCN－、AcO－、S2－、H2PO4－、N3－、NO3－等共存陰離子的影響。在對(duì)實(shí)際食物樣品中氰化物進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，該方法的準(zhǔn)確度與國(guó)標(biāo)方法一致。另外，利用探針?lè)肿又苽淞饲杌锏臋z測(cè)試紙，可直接目測(cè)出含氰化物濃度大于5.0 μmol/L的樣品溶液。

氰化物；食品；試紙；比色探針；檢測(cè)

民以食為天，食品安全是關(guān)注度極高的公共衛(wèi)生問(wèn)題，近年出現(xiàn)的鎘大米、染色饅頭、三聚氰胺、瘦肉精等食品安全事件觸目驚心，影響了人民群眾的生活和身體健康。氰化物是一種能嚴(yán)重危害食品安全的劇毒物質(zhì)，能通過(guò)與細(xì)胞線粒體內(nèi)的高鐵細(xì)胞色素氧化酶相結(jié)合，生成氰化高鐵細(xì)胞色素氧化酶，從而使其失去傳遞氧的作用，造成人體組織缺氧窒息，進(jìn)而引起組織衰竭甚至機(jī)體死亡[1]。有研究表明：口服氰化鉀、氰化鈉的致死量?jī)H為1～2 mg/kg，口服氫氰酸的致死量為0.7～3.5 mg/kg[2]。因此，食品中氰化物的檢測(cè)是食品質(zhì)量安全控制的一項(xiàng)重要的檢測(cè)指標(biāo)，也是一項(xiàng)常規(guī)理化檢測(cè)指標(biāo)。

然而，現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的食品中氰化物檢測(cè)方法前處理過(guò)程較復(fù)雜，實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中對(duì)樣品的處理過(guò)程易對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大影響，且檢測(cè)過(guò)程中使用的部分樣品有較大毒性[3-6]。近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些新的檢測(cè)技術(shù)在食品安全檢測(cè)方面展現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用前景，研究者們大量研究了光譜法、色譜法、電化學(xué)法、熒光探針?lè)ā㈦x子色譜-脈沖安培檢測(cè)法、硝酸銀滴定法及快速檢測(cè)試紙條法等在氰化物檢測(cè)方面的應(yīng)用[7-12]。這些新型技術(shù)因各自的優(yōu)勢(shì)為氰化物檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步做出了貢獻(xiàn)，但也分別因靈敏度不夠高、儀器價(jià)格貴、易受干擾、操作復(fù)雜等各種原因而未廣泛推廣。而現(xiàn)有的氰化物檢測(cè)試紙條雖具備現(xiàn)場(chǎng)快速定性的優(yōu)點(diǎn)，但其靈敏度目前還不能達(dá)到世界衛(wèi)生組織規(guī)定的飲用水中氰化物含量的檢測(cè)濃度，且其易受食品中復(fù)雜成分的干擾，難準(zhǔn)確應(yīng)用于食品中氰化物的檢測(cè)[8,13]。

比色法因其不需要借助復(fù)雜的儀器、可通過(guò)簡(jiǎn)單的紫外分析儀或直接用肉眼對(duì)顏色的顯著變化進(jìn)行分析做出快速的判斷而成為了被廣泛研究和應(yīng)用的檢測(cè)分析方法，在食品中污染物的檢測(cè)方面也廣受青睞[14-16]。偶氮苯類分子因苯環(huán)上擁有多個(gè)功能化修飾的位點(diǎn)、在可見(jiàn)光譜區(qū)內(nèi)有較強(qiáng)吸收的優(yōu)勢(shì)，常被應(yīng)用于比色法探針的設(shè)計(jì)，最近，研究者們還報(bào)道了偶氮苯類分子被用于氰化物檢測(cè)探針?lè)肿釉O(shè)計(jì)的研究[17-18]。近年來(lái)的研究表明，萘酰亞胺偶氮苯作為偶氮苯類分子中的一員，其吸收光譜受苯環(huán)對(duì)位取代基的性質(zhì)影響很大[19-20]，而理想的比色法探針需要對(duì)目標(biāo)分子有特異性響應(yīng)并伴隨顯著的光譜變化，這說(shuō)明在萘酰亞胺偶氮苯分子對(duì)位上連接特殊識(shí)別基團(tuán)后，非常適合于比色法分子探針的設(shè)計(jì)。另外，目前氰化物檢測(cè)的分析手段中，親核加成的機(jī)理因利用了氰根離子特殊的親核性而廣受研究者關(guān)注[21-23]。在基于親核加成機(jī)理而設(shè)計(jì)的對(duì)其他各種陰離子進(jìn)行分析檢測(cè)的探針?lè)肿又校畻钊┍划?dāng)作是常見(jiàn)的有效識(shí)別基團(tuán)[24]。近年的研究中，水楊醛單元還被應(yīng)用于氰化物快速響應(yīng)探針?lè)肿拥臉?gòu)建[25-26]。因此，本研究通過(guò)偶氮鍵將水楊醛（識(shí)別基團(tuán)）與萘酰胺骨架（信號(hào)基團(tuán)）連接起來(lái)得到氰化物分子探針，利用水楊醛與CN－的親核加成作用對(duì)樣品中的氰化物進(jìn)行識(shí)別，然后通過(guò)結(jié)合CN－后萘酰胺重氮苯骨架上較強(qiáng)的分子內(nèi)電荷的轉(zhuǎn)移效應(yīng)而產(chǎn)生的吸收光譜紅移以及顏色的顯著變化對(duì)食品中氰化物實(shí)現(xiàn)高效檢測(cè)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

二甲基亞砜（色譜純）、4-溴-1,8-萘酐（分析純）、四丁基氰化胺（分析純） 美國(guó)Sigma-Aldrich公司；正丁胺、鈀碳、亞硝酸鈉、疊氮化鈉、水楊醛、乙酸鈉、硫酸（均為分析純） 安耐吉化學(xué)公司；乙酸、甲醇、二氯甲烷、氯仿等有機(jī)溶劑（均為色譜純）天津大茂化學(xué)試劑廠；4-氨基丁酸（分析純） 吉爾生化上海有限公司；作為干擾性實(shí)驗(yàn)的四丁基銨鹽類陰離子（均為分析純） 薩恩化學(xué)技術(shù)（上海）有限公司；實(shí)驗(yàn)中所有溶液配制用水均為超純水（電導(dǎo)率18 MΩ/cm）美國(guó)密理博公司。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-2450紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 日本島津公司；AMX-500核磁共振譜儀 瑞士布魯克公司；MAT95XP高分辨質(zhì)譜儀 美國(guó)菲尼根公司；Simplicity Plus 185純水儀 美國(guó)密理博公司；移液槍 德國(guó)艾本德公司；DZG26050真空干燥箱 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 探針?lè)肿雍铣?/p>

圖1 探針?lè)肿拥暮铣陕肪€Fig.1 Synthetic route of colorimetric probe

根據(jù)文獻(xiàn)方法及實(shí)驗(yàn)室之前的研究工作[27-29]（探針?lè)肿雍铣陕肪€如圖1所示），將4 g化合物（1）4-溴-1,8-萘酐（14.5 mmol）與4-氨基丁酸（1.6 g，17 mmol）溶于100 mL乙醇中，加熱回流過(guò)夜。減壓蒸餾得初產(chǎn)物，以V（二氯甲烷）∶V（石油醚）=2∶1過(guò)硅膠柱，得化合物（2）。取2 g（5.5 mmol）化合物（2）于30 mL N,N-二甲基甲酰胺中，然后向反應(yīng)體系中加入1 mL含0.78 g（12 mmol）的疊氮化鈉溶液，于100 ℃反應(yīng)10 h后，將反應(yīng)液倒入100 mL冰水里，過(guò)濾去沉淀，用二氯甲烷提純得化合物（3）。將1 g化合物（3）溶于80 mL二氯甲烷，加入0.15 g鈀/碳催化劑并通入氫氣，常溫反應(yīng)6 h，過(guò)濾取濾液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后得橘黃色固體。將1.5 mL濃硫酸與100 mg亞硝酸鈉加入反應(yīng)瓶，冰浴攪拌15 min，再加熱至60 ℃，攪拌至固體全部溶解后，將反應(yīng)體系置于冰浴，在30 min內(nèi)將0.3 g上述化合物緩慢加入以上反應(yīng)液，之后加入1 mL乙酸，冰浴條件下反應(yīng)4 h即得化合物（4）；將0.14 g（1.1 mmol）水楊醛溶于100 mL甲醇，再將水楊醛溶液緩慢滴加至上述反應(yīng)液，以飽和醋酸鈉溶液調(diào)節(jié)溶液pH 5左右，常溫反應(yīng)3 h。沉淀物經(jīng)熱水洗后，晾干，以二氯甲烷作為洗脫劑過(guò)硅膠柱，得目標(biāo)產(chǎn)物210 mg，產(chǎn)率為48.7%。核磁共振氫譜（400 Hz，CDCl3）δ 11.42（s，1H），δ 10.26（s，1H），δ 9.45（dd，J = 8.5，1.0 Hz，1H），δ 9.11（d，J = 7.9 Hz，1H），δ 8.87（t，J = 7.9 Hz，1H），δ 8.42（d，J = 2.3 Hz，1H），δ 8.37（dd，J = 7.8，2.4 Hz，1H），δ 8.05（d，J = 8.0 Hz，1H），δ 7.95（dd，J = 8.4，7.4 Hz，1H），δ 7.07（t，J = 8.0 Hz，1H），δ 4.08（t，J = 7.9 Hz，2H），δ 2.24（t，J = 7.3 Hz，2H），δ 1.83～1.72（m，2H）。高分辨率質(zhì)譜測(cè)試結(jié)果m/z 430.102 7為分子離子峰[M－H]－，與理論計(jì)算值m/z 430.103 9能很好地吻合。

1.3.2 核磁共振檢測(cè)

樣品準(zhǔn)備：將5 mg純化目標(biāo)產(chǎn)物置于核磁管中加入CDCl3（0.55 mL，含0.1%四甲基硅烷）超聲5 min溶解。核磁測(cè)試條件：掃場(chǎng)范圍定為1H：δ －2～13，掃描次數(shù)：16 次，探頭溫度為室溫。

1.3.3 紫外檢測(cè)

紫外檢測(cè)在常溫條件下進(jìn)行，掃描范圍為300～700 nm，檢測(cè)體系中，探針?lè)肿拥臐舛葹?0 μmol/L，體系總體積為2 mL。檢測(cè)過(guò)程中的CN－和其他干擾實(shí)驗(yàn)的陰離子（F－、Cl－、Br－、I－、SCN－、AcO－、S2－、H2PO4－、N3－、NO3－）均為四丁基銨鹽的形式。

1.3.4 食品中氰化物的檢測(cè)

直接用移液槍移取50 μL酒、500 μL水等食物樣品加入至探針溶液中，調(diào)整溶液體積至2 mL、探針?lè)肿尤芤簼舛葹?0 μmol/L，檢測(cè)紫外光譜的變化情況。之后向探針溶液中加入不同濃度的CN－、標(biāo)準(zhǔn)溶液，檢測(cè)其光譜變化情況，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算樣品中氰化含量。同時(shí)，參考GB/T 5009.36—2003《糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》中檢測(cè)試劑的配制方法和GB/T 8538—2008《飲用天然礦泉水檢驗(yàn)方法》以及GB/T 5009.48—2003《蒸餾酒與配制酒衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》中氰化物的檢測(cè)方法，對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)，并將國(guó)標(biāo)方法測(cè)得的結(jié)果與本研究采用的探針?lè)椒ㄋ鶞y(cè)得的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較。

1.3.5 氰化物檢測(cè)試紙的制備

將探針?lè)肿尤芙庥谌燃淄橹校瑵舛葹?.05 mol/L，再將濾紙直接置于溶液中浸泡1 h，然后取出晾干即可得到檢測(cè)用試紙。

2 結(jié)果與分析

2.1 探針?lè)肿拥暮铣膳c表征

設(shè)計(jì)的探針?lè)肿右暂刘０窞樾盘?hào)基團(tuán)，水楊醛為氰化物的識(shí)別基團(tuán)，兩者通過(guò)偶氮鍵相連，合成得到對(duì)氰化物具有高選擇性和高靈敏度的比色檢測(cè)探針?lè)肿樱ê铣陕肪€如圖1所示，探針?lè)肿拥暮铣蛇^(guò)程詳見(jiàn)1.3.1節(jié)的合成方法）。萘酰亞胺偶氮苯對(duì)位上4-氨基丁酸的引入，旨在提高探針?lè)肿拥乃苄裕蛊淠苡谒芤后w系中完成對(duì)氰化物的檢測(cè)，同時(shí)羧基的引入能提高探針?lè)肿釉谠嚰埳系闹铰剩瑸榍杌餀z測(cè)試紙的制備提供便利。合成的探針?lè)肿油ㄟ^(guò)高分辨率質(zhì)譜進(jìn)行了表征，結(jié)果顯示m/z 430.102 7為分子離子峰[M－H]－，與理論計(jì)算值m/z 430.103 9完全吻合。進(jìn)一步的核磁表征也對(duì)合成產(chǎn)物進(jìn)行了證實(shí)（圖2），所有的氫的化學(xué)位移都找到了對(duì)應(yīng)的歸屬。質(zhì)譜和核磁的表征結(jié)果說(shuō)明，通過(guò)以上所述合成路線及合成方法順利得到了目標(biāo)探針?lè)肿印?/p>

圖2 探針?lè)肿雍舜疟碚鹘Y(jié)果Fig.2 Proton NMR spectrum of the probe

2.2 探針?lè)肿訉?duì)氰化物的檢測(cè)機(jī)理

圖3 探針?lè)肿訖z測(cè)氰化物的原理示意圖Fig.3 Detection mechanism of the probe toward cyanide

如圖3所示，探針?lè)肿又械乃畻钊┎糠值聂驶c羥基會(huì)形成分子內(nèi)氫鍵，從而使得該羰基的反應(yīng)活性增加，易被CN－親核進(jìn)攻而得到加成的中間體，CN－加成的中間體上酚羥基的氫再迅速出現(xiàn)分子內(nèi)的質(zhì)子轉(zhuǎn)移，進(jìn)而得到了偶氮鍵對(duì)位為氧負(fù)離子的探針?lè)肿雍虲N－的加合物[30]。在加合產(chǎn)物中，水楊醛部分新生成的酚氧負(fù)離子是強(qiáng)的給電子基團(tuán)，而在另一側(cè)的萘酰亞胺部分上的酰亞胺則為強(qiáng)的拉電子基團(tuán)，從而在探針?lè)肿雍虲N－的加合物內(nèi)即產(chǎn)生了較強(qiáng)的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)，直接導(dǎo)致探針?lè)肿尤芤旱淖贤馕展庾V顯著紅移，紅移的范圍超過(guò)100 nm，同時(shí)，在整個(gè)CN－親核加成該探針?lè)肿拥姆磻?yīng)過(guò)程中，伴隨著反應(yīng)液從黃色變?yōu)榧t色的明顯顏色變化。

2.3 探針?lè)肿佣繖z測(cè)氰化物

探針?lè)肿訖z測(cè)體系設(shè)定為30 μmol/L的探針?lè)肿佑谒芤后w系中，在該體系下，探針?lè)肿幽軐?duì)氰化物迅速產(chǎn)生響應(yīng)。如圖4所示，隨著加入氰化物濃度的增加，探針?lè)肿釉?04 nm波長(zhǎng)處的特征吸收峰逐漸下降，相應(yīng)在505 nm波長(zhǎng)處出現(xiàn)了一個(gè)新的吸收峰，且峰值隨氰化物濃度的增加而增大，當(dāng)氰化物濃度達(dá)到60 μmol/L（即2 倍于探針?lè)肿訚舛葧r(shí)），新產(chǎn)生的505 nm波長(zhǎng)處的吸收峰達(dá)到最大值，繼續(xù)加入更大濃度的氰化物溶液，探針溶液的紫外光譜也不再發(fā)生變化。

圖4 探針?lè)肿釉诓煌瑵舛惹杌镒饔孟碌淖贤馕展庾V（A）和不同濃度氰化物溶液下探針?lè)肿釉谔幾贤夤庾V強(qiáng)度（B）的變化Fig.4 UV-vis spectra of the probe (30 μmol/L) with cyanide and changes in absorption intensity of the probe in the presence of different concentrations of CN－

本研究利用探針?lè)肿釉诓煌瑵舛惹杌锛尤牒螅?05 nm和404 nm波長(zhǎng)處紫外吸收光譜的顯著規(guī)律性變化來(lái)對(duì)氰化物進(jìn)行檢測(cè)，以505 nm和404 nm波長(zhǎng)處的吸收光譜比值，即A505nm/A404nm與氰化物濃度的關(guān)系來(lái)對(duì)氰化物實(shí)現(xiàn)定量分析。隨著氰化物濃度的增加，A505nm/ A404nm比值的增大呈現(xiàn)良好的線性上升的趨勢(shì)，其線性方程為A = 0.040 48×C（CN－）+0.065 75，R2=0.997，線性檢測(cè)范圍為0.5～40.0 μmol/L，檢出限為0.13 μmol/L。該數(shù)值低于世界衛(wèi)生組織規(guī)定的飲水中CN－含量的上限值（1.9 μmol/L），以及GB 2757—2012《蒸餾酒及其配制酒》和GB/T 5009.36—2003《糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》中規(guī)定的氰化物在蒸餾酒與配制酒中的限量值為8.0 mg/L（以HCN計(jì)，折算酒精度為100%），糧食中氰化物限量值為0.015 mg/kg（約合0.58 μmol/L）的限量值，說(shuō)明該法的靈敏度足以滿足食品中氰化物的檢測(cè)。另外，如探針?lè)肿訉?duì)氰化物的檢測(cè)機(jī)理探討部分所述，隨著氰化物加入后，探針?lè)肿游展庾V的顯著變化引起了探針溶液顏色的明顯變化，溶液由單獨(dú)探針時(shí)的黃色變?yōu)榧尤肭杌锖蟮募t色（圖5）。因此，該檢測(cè)體系可對(duì)氰化物實(shí)現(xiàn)裸眼檢測(cè)。

圖5 探針?lè)肿釉诓煌瑵舛惹杌锎嬖谙氯芤侯伾兓疐ig.5 Photographic images of the probe with different concentrations of cyanide

2.4 探針?lè)肿訉?duì)CN－的選擇性

在水溶劑體系中，將探針?lè)肿拥臐舛仍O(shè)定為30 μmol/L，加入CN－及其他干擾性陰離子濃度都為60 μmol/L。該體系下探針?lè)肿幽軐?duì)CN－產(chǎn)生迅速的響應(yīng)，CN－與探針?lè)肿拥姆磻?yīng)在幾秒鐘內(nèi)即可完成。探針?lè)肿优cCN－作用后，在505 nm波長(zhǎng)處會(huì)出現(xiàn)新的吸收峰，而原來(lái)在404 nm波長(zhǎng)處的吸收峰會(huì)明顯下降，從而探針?lè)肿拥淖贤馕毡戎礎(chǔ)505nm/A404nm顯著增大，而與其他相關(guān)陰離子作用后，則不能引起探針?lè)肿拥淖贤馕毡戎礎(chǔ)505nm/ A404nm的顯著變化（圖6A）。同時(shí)，探針?lè)肿优cCN-的反應(yīng)伴隨著溶液顏色從黃色變?yōu)榧t色的顯著變化。然而，相同條件下，加入等濃度的其他陰離子（F－、Cl－、Br－、I－、SCN－、AcO－、S2－、H2PO4－、N3－、NO3－），都沒(méi)有引起檢測(cè)溶液光譜性質(zhì)的明顯變化，檢測(cè)溶液的顏色也都保持為黃色（圖6B）。另外，進(jìn)一步的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，即使在上述陰離子的存在下，探針?lè)肿訉?duì)CN－的檢測(cè)能力也不會(huì)受到明顯影響，原因可能是上述陰離子不具備CN－對(duì)探針?lè)肿铀畻钊┎糠謴?qiáng)的親核加成能力，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該探針?lè)肿訉?duì)CN－的檢測(cè)具有很好的選擇性。

圖6 探針?lè)肿訉?duì)不同陰離子的響應(yīng)（A）及加入不同陰離子探針?lè)肿酉鄳?yīng)的顏色變化（B）BFig.6 UV-vis spectral responses of the probe upon the addition of various anions in aqueous solution and photographic images of the probe upon the addition of various anions

2.5 實(shí)際樣品的檢測(cè)結(jié)果

以上研究證實(shí)了本研究中設(shè)計(jì)的探針?lè)肿訉?duì)氰化物的檢測(cè)具有較高的靈敏度和選擇性，但實(shí)際的食物樣品檢測(cè)過(guò)程中，因樣品成分復(fù)雜，具有一定的特殊性。因此，為了進(jìn)一步考察該實(shí)驗(yàn)方法的實(shí)用性，本研究選取了白酒、配制酒、水等較易出現(xiàn)氰化物含量超標(biāo)的食物樣品作為代表，將該法與國(guó)標(biāo)方法的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究，以確定該方法的準(zhǔn)確性。如表1所示，該方法的檢測(cè)結(jié)果與國(guó)標(biāo)方法的檢測(cè)結(jié)果基本一致，結(jié)果的偏離值都在5%的范圍之內(nèi)，且該方法在對(duì)白酒、配制酒、水等實(shí)際樣品的檢測(cè)過(guò)程中，表現(xiàn)出了較高的穩(wěn)定性，3 次獨(dú)立檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均不大于6.8%。上述結(jié)果表明該方法對(duì)實(shí)際食物樣品中氰化物的檢測(cè)具有較高的可行性。

表1 探針?lè)肿訉?duì)實(shí)際樣品的檢測(cè)Table1 Detection of cyanide in real samples

2.6 氰化物檢測(cè)試紙實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試紙檢測(cè)法因具備便捷、快速等特點(diǎn)，在檢驗(yàn)檢測(cè)領(lǐng)域具有很強(qiáng)的實(shí)用性。食品安全檢驗(yàn)檢測(cè)領(lǐng)域時(shí)效性要求高，快速檢測(cè)方法的開(kāi)發(fā)尤為重要，因此，各類食品污染物中檢測(cè)試紙的開(kāi)發(fā)是廣大食品安全檢驗(yàn)研究領(lǐng)域研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)。本研究中設(shè)計(jì)的探針?lè)肿釉谂c氰化物作用之后，顏色發(fā)生了極為明顯的變化，為氰化物檢測(cè)試紙的制備提供了基礎(chǔ)。為了進(jìn)一步拓展該探針?lè)肿拥臐撛趹?yīng)用價(jià)值，研究過(guò)程中利用濾紙制備了基于探針?lè)肿拥那杌餀z測(cè)試紙。制作過(guò)程為：將探針?lè)肿尤芙庥谌燃淄橹校芤簼舛瓤刂茷?.05 mol/L，將準(zhǔn)備好的濾紙條直接置于探針溶液中浸泡1 h，然后取出濾紙條晾干即可得到檢測(cè)試紙。對(duì)氰化物進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，將制得的試紙浸入含不同濃度氰化物溶液中，稍后觀察試紙的顏色變化即可。如圖7所示，不同濃度的氰化物導(dǎo)致了試紙不同的顏色變化，隨著氰化物溶液濃度的逐漸增大，檢測(cè)試紙的顏色逐漸加深，從最初試紙的本色（黃色）變?yōu)榱饲杌餄舛葹?00 μmol/L后的深紅色，氰化物濃度繼續(xù)增大，試紙的顏色也不再發(fā)生變化。且研究發(fā)現(xiàn)，采用該探針?lè)肿又苽涞那杌餀z測(cè)試紙通過(guò)肉眼可直接觀察到的最低氰化物檢測(cè)濃度可達(dá)到5.0 μmol/L。

圖7 檢測(cè)試紙?jiān)诓煌瑵舛惹杌镒饔孟碌念伾兓疐ig.7 Photographic images of test strips for various concentrations of cyanide

3 結(jié) 論

本研究以水楊醛為識(shí)別基團(tuán)，通過(guò)偶氮鍵與信號(hào)基團(tuán)萘酰亞胺偶氮苯偶聯(lián)，合成了一種基于萘酰亞胺偶氮苯染料的新型氰化物比值式比色法探針。利用水楊醛與CN－的親核加成作用對(duì)樣品中的氰化物進(jìn)行識(shí)別，然后通過(guò)結(jié)合CN－后萘酰亞胺重氮苯骨架上較強(qiáng)的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)而產(chǎn)生吸收光譜紅移以及顏色的顯著變化對(duì)食品中氰化物實(shí)現(xiàn)高效檢測(cè)。研究發(fā)現(xiàn)，在水溶液體系中，探針溶液與氰化物反應(yīng)后，紫外光譜吸收峰及溶液顏色發(fā)生了顯著變化；探針?lè)肿訉?duì)氰化物的檢測(cè)具有很強(qiáng)的特異性和較高的靈敏度。同時(shí)，制備得到了基于探針?lè)肿拥那杌餀z測(cè)試紙，可目測(cè)出濃度大于5 μmol/L的氰化物溶液。在對(duì)實(shí)際食物樣品中氰化物進(jìn)行定量檢測(cè)時(shí)，該比值式檢測(cè)方法的準(zhǔn)確度與國(guó)標(biāo)方法一致。且該法與目前常用的食品中氰化物檢測(cè)方法相比，具有簡(jiǎn)單、快捷、低毒等優(yōu)勢(shì)，因此，該探針?lè)肿釉谑称分星杌锏目焖贆z測(cè)方面具有較大的潛在應(yīng)用價(jià)值。

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Design, Synthesis and Application of Colorimetric Probe for Cyanide Detection in Food

ZHOU Binbin1, ZHANG Jihong1, WANG Fangbin1, WANG Xiali1, DAI Xuan1, YANG Tao1, HAO Yuanqiang2,*
(1. Hunan Institute of Food Quality Supervision Inspection and Research, Changsha 410117, China; 2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Shangqiu Normal University, Shangqiu 476000, China)

In this study, a colorimetric probe was devised and synthesized by coupling a salicylaldehyde moiety, which acts as a recognition unit, to the naphthalimido diazonium salt (a signal unit) through an azo bond for the detection of cyanide. After reacting with cyanide, the absorption bands of the probe shifted from 404 to 505 nm and the color changed rapidly from yellow to red. The probe allowed ratiometric detection of cyanide in aqueous solution with a linear range of 0.5-40.0 μmol/L and a limit of detection (LOD) of 0.13 μmol/L, which is much lower than the maximum contaminant level (1.9 μmol/L) for cyanide in drinking water set by the World Health Organization. The probe also displayed excellent selectivity for CN-rather than other anions including F-, Cl-, Br-, I-, SCN-, AcO-, S2-, H2PO4-, N3-and NO3-. The method developed in this study gave the same results as those from the national standard method in real sample detection. In addition, the probe was successfully used to prepare test strips, which can be used to monitor cyanide conveniently, and the discernible concentration of cyanide can be as low as 5.0 μmol/L.

cyanide; food; test strip; colorimetric probe; detection

10.7506/spkx1002-6630-201712047

O657.32

A

1002-6630（2017）12-0304-06

周彬彬, 張繼紅, 王芳斌, 等. 可視化分子探針的設(shè)計(jì)、合成及其對(duì)食品中氰化物的檢測(cè)[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(12)： 304-309.

10.7506/spkx1002-6630-201712047. http：//www.spkx.net.cn

ZHOU Binbin, ZHANG Jihong, WANG Fangbin, et al. Design, synthesis and application of colorimetric probe for cyanide detection in food[J]. Food Science, 2017, 38(12)： 304-309. (in Chinese with English abstract) DOI：10.7506/spkx1002-6630-201712047. http：//www.spkx.net.cn

2016-08-04

湖南省食品藥品監(jiān)督管理局食品藥品安全科技項(xiàng)目（湘食藥科R201516）；國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目（U1404215）

周彬彬（1984—），男，工程師，博士，研究方向?yàn)槭称焚|(zhì)量管理與食品安全檢測(cè)。E-mail：229480750@qq.com

*通信作者：郝遠(yuǎn)強(qiáng)（1985—），男，講師，博士，研究方向?yàn)榄h(huán)境與食品分析檢測(cè)。E-mail：hao0736@163.com