CdTe量子點熒光探針檢測血清和食品中Cr3＋

龔婷婷，王秋月，吳一微

（湖北師范大學化學化工學院，湖北黃石435002）

Cr3＋在脂肪、碳水化合物、核酸和蛋白質的代謝過程中起重要作用，是人體必需的微量元素之一。正常人每天需要攝入25～35μg的Cr3＋來改善血糖、血脂的代謝，而Cr3＋的缺乏可能會導致糖尿病和心血管疾病，但過量的Cr3＋也會對細胞結構產生不利影響［1］。因此，建立一種簡單、靈敏度高和選擇性好的測定食品和生物樣品中痕量Cr3＋的新方法至關重要。

目前，鉻的檢測方法主要有電化學方法［2］、原子吸收光譜法［3］、電感耦合等離子體質譜法［4］和熒光法［5］，其中熒光法因具有選擇性好、靈敏度高和響應速度快等優點引起人們的極大興趣［6］。在熒光檢測技術中，熒光探針的選擇是關鍵。量子點（QDs）因具有量子產率高、光化學穩定性好、斯托克斯位移大、吸收光譜寬、抗漂白強和熒光壽命長等優點受到廣泛關注［7－9］。Abolhasani等［7］和Souza等［8］分別建立了基于Cr3＋熒光猝滅巰基乙酸修飾的CdS QDs、CdSe QDs的傳感新方法。Han等［9］在CdTe QDs表面修飾上不同的配體，利用配體的識別差異，成功地鑒別了Cr3＋和Cr6＋。然而，利用CdTe QDs在不同緩沖體系中對Cr3＋的響應差異，建立Cr3＋的分析新方法尚未見報道。

本文采用一鍋法合成了尺寸均一且水溶性好的巰基乙酸修飾的CdTe QDs，基于Cr3＋在不同介質中對該量子點熒光猝滅作用的差異，建立了食品和血清中痕量Cr3＋的分析新方法。

1 實驗部分

1．1 儀器和試劑

LS45熒光光譜儀（美國，Perkin Elmer）；U－3010紫外－可見分光光度計（日本，Hitachi）；PB－10型精密pH 計（德國，Sartorius）。

CdTe QDs的合成及表征同本課題組前期工作［10］。Cd（Ac）2·2H2O、NaBH4、CrCl3·6H2O、NaOH（天津市科密歐化學試劑有限公司），K2TeO3（Aladdin），巰基乙酸（Alfa Aesar）。1mg·mL－1Cr3＋、Ag＋、Cu2＋、Hg2＋等金屬離子貯備液分別由相應的高純鹽 CrCl3·6H2O、AgNO3、CuCl2·2H2O和 Hg（NO3）2（上海化學試劑廠）配制而成。水為二次蒸餾水。

1．2 CdTe QDs探針檢測Cr3＋

將55μL CdTe QDs和400μL 0．1mol·L－1HAc－NaAc緩沖溶液（pH＝6．0）混合于比色管中，分別加入不同濃度的Cr3＋標準溶液，用水定容至5．0mL，混勻，室溫下放置10min后，用熒光光度計測量其熒光強度（λex／λem＝458／560nm，狹縫寬度均為10nm）。

1．3 樣品預處理

將血液樣品（黃石市二醫院檢驗科提供）高速離心（3 500r／min）后，收集血清，待用。橙汁和牛奶樣品（購于當地超市）高速離心（3 500r／min），棄掉大顆粒沉淀物后，再通過0．45μm濾膜過濾，收集濾液，待用。

2 結果與討論

2．1 CdTe QDs在不同介質中對金屬離子的選擇性

分別研究了不同金屬離子在B－R緩沖溶液和HAc－NaAc緩沖溶液中對CdTe QDs熒光強度的影響。從圖1A可知，在B－R緩沖溶液中，Ag＋、Cu2＋和Hg2＋對CdTe QDs熒光強度有明顯的猝滅作用；而在HAc－NaAc緩沖溶液中（圖1B），除了Ag＋、Cu2＋和 Hg2＋外，Cr3＋也能猝滅CdTe QDs的熒光。因此，基于本課題組前期工作［10］，本文實驗選擇HAc－NaAc緩沖體系。

圖1 在B－R緩沖溶液（A）和HAc－NaAc緩沖溶液（B）中不同金屬離子對CdTe QDs熒光強度的影響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值的影響

強酸或強堿會影響QDs表面基團的質子化或去質子化，導致其表面結構發生變化，進而影響QDs的性質［11］。因此，分別考察了在體系中加或不加Cr3＋的條件下，pH對CdTe QDs熒光強度的影響。結果表明：Cr3＋不存在時，當pH＝5．0～6．0，CdTe QDs熒光強度逐漸增加，pH＝7．0～11．0CdTe熒光強度基本保持穩定；而Cr3＋存在時，當pH＝5．0～11．0，CdTe QDs熒光強度總體呈現微弱上升的趨勢。比較兩種結果發現，在pH＝6．0時熒光強度差值最大，故選擇pH＝6．0為最優pH值。

2．3 HAc－NaAc緩沖溶液濃度的影響

在體系中分別加或不加Cr3＋的條件下，考察了HAc－NaAc緩沖溶液濃度對CdTe QDs熒光強度的影響。結果表明，HAc－NaAc濃度在0．002～0．008mol·L－1范圍內，熒光猝滅程度逐漸增加；在0．012～0．080mol·L－1范圍內，熒光猝滅程度逐漸下降；在0．008mol·L－1時，熒光猝滅程度最大。因此，選擇0．008mol·L－1的pH＝6．0的HAc－NaAc緩沖溶液。

2．4 CdTe QDs體積的影響

在最佳條件下，固定Cr3＋的濃度為40ng·mL－1，考察了不同體積的CdTe QDs對熒光強度的影響。結果表明，CdTe QDs體積在15～55μL范圍內，熒光猝滅程度總體上逐漸增加；CdTe QDs體積在55～65μL范圍內，熒光猝滅程度逐漸減小。因此，55μL CdTe QDs為最佳體積。

2．5 干擾離子影響的消除

采用二乙基二硫代氨基甲酸鈉（DDTC）和NH4OH為掩蔽劑，消除Ag＋、Hg2＋和Cu2＋對CdTe QDs檢測Cr3＋的干擾，從而實現對Cr3＋的選擇性檢測，見圖2。比較圖2中曲線b和曲線c可見，在掩蔽劑的存在下，Ag＋、Cu2＋和 Hg2＋對CdTe QDs檢測Cr3＋無明顯影響。

2．6 CdTe QDs探針測定Cr3＋的分析性能

在最佳條件下，考察了不同濃度的Cr3＋對CdTe QDs的熒光強度的影響。實驗結果顯示，隨著Cr3＋濃度的增加，CdTe QDs的熒光強度逐漸減弱，熒光猝滅程度（F0／F）與Cr3＋在0．50～45ng·mL－1范圍內呈現良好的線性關系（F0表示不存在Cr3＋時的熒光強度，F表示存在Cr3＋時的熒光強度），線性方程為：F0／F＝0．04148c＋1．004，相關系數為0．9962，檢出限為0．12ng·mL－1（2．3×10－9mol·L－1）。

表1列出了本方法與文獻方法的性能比較。與同為熒光分析方法相比，本法的檢出限比大多數方法低［12－14］，但高于少數方 法［8］；而 與 比 色 法［15－16］相 比，本 法 表 現 出 更 低的檢出限。表明本法具有簡單、廉價、靈敏度高和選擇性好等優點。

圖2 不同體系的熒光強度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 本實驗方法與文獻方法對比Table 1 Comparison of this work with various reported methods

2．7 CdTe QDs檢測Cr3＋的可能機理

Cr3＋能顯著猝滅CdTe QDs的熒光，而Cr6＋不能猝滅CdTe QDs的熒光原因可能如下：Cr3＋和Cr6＋在溶液中分別以陽離子和陰離子的形式存在，巰基乙酸包覆的CdTe QDs表面帶負電荷，因此由于靜電引力作用，CdTe QDs能吸附 Cr3＋、排斥Cr6＋［9］，拉近了 Cr3＋與CdTe QDs的距離，為電子轉移鋪平了道路［17］，當CdTe QDs和Cr3＋之間發生電子轉移時，QDs表面快速形成缺陷，從而導致熒光猝滅。

2．8 實際樣品分析

為探究CdTe QDs探針檢測Cr3＋的可行性，在最佳條件下，考察了CdTe QDs熒光探針檢測血清、牛奶和果汁樣品中Cr3＋的加標回收情況。結果如表2所示，除橙汁未檢測到Cr3＋外，健康人、糖尿病人血清樣品和牛奶樣品中均檢測到Cr3＋，且糖尿病人血清中的Cr3＋含量明顯低于健康人。這是由于Cr3＋對調節人體血糖至關重要，血糖越高，體內的Cr3＋的含量越少，與實驗結果一致。方法的加標回收率在91．8%～106%之間，符合檢測要求。

表2 CdTe QDs應用于實際樣品中Cr3＋的檢測Table 2 Detection of Cr3＋in real samples by CdTe QDs

3 結論

基于CdTe QDs熒光探針，建立了一種簡單、價廉、靈敏度高和選擇性好的檢測血清和食物樣品中Cr3＋的新方法，與大部分其他文獻報道的方法相比，本法表現出更優異的分析性能。已成功用于血清樣品，橙汁樣品和牛奶樣品中Cr3＋含量的測定。