李满秀，张　强，赵三虎，吴　霞，张　蔚，王聪聪

(忻州师范学院 化学系，山西 忻州　034000)



基于CdTe量子点荧光猝灭-恢复方法测定依诺沙星的研究

李满秀*，张强，赵三虎，吴霞，张蔚，王聪聪

(忻州师范学院 化学系，山西 忻州034000)

水相合成了巯基丙酸保护的CdTe量子点。根据在Cu2+存在的情况下，CdTe 量子点荧光恢复程度与依诺沙星浓度成正比的现象，建立了基于CdTe量子点荧光猝灭-恢复测定依诺沙星的新方法。考察了溶液pH 值以及Cu2+浓度等对检测体系的影响。在pH=10的硼砂缓冲溶液中，在Cu2+浓度为 2.3×10-5mol/L的条件下，依诺沙星浓度在8.0×10-7～3.0×10-5mol/L范围内与量子点荧光恢复程度呈良好的线性关系，检出限为7.2×10-8mol/L。该方法用于实际样品中依诺沙星的检测，回收率为95.5%～105.0%。

CdTe量子点；Cu2+；依诺沙星；荧光猝灭-恢复

*Corresponding Author,E-mail:Lmxxz@sohu.com

1　引　　言

CdTe量子点(QDs)是一种新型荧光材料，具有优良的光学性能，其激发波长可调，抗漂白性强，激发光谱宽且连续分布，发射光谱窄且分布对称，光学稳定性高，不易光解。CdTe量子点作为荧光探针，广泛应用于生物标记、生物监测、金属离子和农药测定等方面[1-4]。依诺沙星(ENX)是第三代氟喹诺酮类抗生素，有着高效的杀菌作用，抗菌活性高，吸收迅速完全，不良反应少。临床主要用于对其敏感的革兰阴性菌和阳性菌引起的感染，如泌尿、肠道、呼吸道、外科等感染性疾病。目前，用于依诺沙星定量测定的方法主要有分光光度法、高效液相色谱法、化学发光法和荧光分析法等[5-6]。但现有测定方法都有各自的局限，新方法的研究仍具有现实的意义。

本文以巯基丙酸为稳定剂合成了水溶性的CdTe量子点，利用Cu2+来调控量子点的表面性质，降低其荧光强度；当体系中加入依诺沙星后，量子点荧光恢复，且恢复程度与依诺沙星浓度相关，从而实现对依诺沙星的定量检测。本方法操作简单，灵敏度高，成本低，可用于实际样品中依诺沙星的测定。

2　实　　验

2.1仪器和试剂

F-4500型荧光分光光度计(日本日立公司)，UV-2550型紫外分光光度计(日本岛津公司)，pHS-3CT型酸度计(上海大普仪器有限公司),78-磁力加热搅拌器 (江苏金坛金城国盛实验仪器厂)，HK-2A超级恒温水浴箱(南京南大万和科技有限公司)，AL204电子天平(梅特勒-托利多仪器有限公司),循环水式真空泵 (巩义市予华仪器有限责任公司)，微量进样器 (上海高鸽工贸有限公司)。

硼氢化钠，碲粉，CdCl2·5/2H2O (国药集团化学试剂有限公司)，巯基丙酸(MPA，天津光复精细化工研究所)，依诺沙星(东京化成工业株式会社)，硼砂，氢氧化钠，硝酸铜 (天津市福晨化学试剂厂)。以上试剂均为分析纯，实验室用水为超纯水。

2.2合成方法

合成方法参见文献[7-8]。

2.2.1碲氢化钠(NaHTe)溶液的制备

准确称取碲粉0.127 6 g和NaBH40.080 0 g加入三颈瓶中，用真空泵排尽空气，在氮气保护下迅速注入超纯水3 mL。溶液在冰水浴中和强磁力搅拌下反应，4 h后停止并静置10 min。上层的无色溶液为NaHTe水溶液，底部是Na2B4O7固体。

2.2.2巯基丙酸包被的CdTe量子点的制备

向250 mL三颈烧瓶中加入100 mL浓度为1.25×10-3mol/L的CdCl2溶液，先通高纯氮气30 min，注入巯基丙酸26 μL，并用浓度为1 mol/L的NaOH调节pH至11。在氮气保护下，迅速注入75 μL新制备的还原剂NaHTe，使得反应液中n(Cd2+)∶n(HTe-)∶n(MPA)=1.00∶0.20∶2.40。将反应液在96 ℃水浴中回流3 h，获得颜色透明的水溶性CdTe量子点。

2.2.3合成条件对CdTe量子点的影响

(1)pH值的影响：pH值对于合成的CdTe量子点荧光强度影响明显。pH<10时，CdTe量子点荧光强度较低。当pH值增大时，CdTe量子点荧光强度会增大，pH=11时荧光强度达到最大。原因是pH值的逐渐升高，能够保证稳定剂MPA中的羧基以羧酸根的形式存在，这样Cd2+既可以和MPA中的巯基作用，又可以和羧基作用，于是负离子在CdTe表面配位完善，提高了CdTe表面的发光性能。然而继续增大pH值会导致合成的CdTe量子点溶液不稳定，荧光强度反而会减小。因此，我们调节反应液的pH=11来合成CdTe量子点。

(2)回流时间的影响：通过对加热回流时间的控制，可以得到不同颜色的量子点。我们设定回流时间分别为2，3，4 h来合成CdTe量子点，结果表明：随着回流时间的变化，CdTe量子点的荧光强度会发生变化。当反应时间为3 h时，CdTe量子点的荧光强度达到最大且较为稳定。实验还发现，随着回流时间的增加，CdTe量子点的最大发射峰位会不断红移，峰位在550～660 nm间波动。我们将回流时间定为3 h来制备发射峰位为600 nm的CdTe量子点溶液。

(3)回流温度的影响：控制反应物的最佳量比和最佳pH值，分别在70，80，96 ℃的回流温度下合成CdTe量子点溶液。实验发现，当回流温度为96 ℃时，制得的CdTe量子点荧光强度合适，因此，我们选择回流温度为96 ℃。

2.2.4CdTe量子点的光学性质

根据上述方法合成的水溶性CdTe量子点光学性能稳定。当激发波长为400 nm时，CdTe量子点在600 nm处出现相对较窄的强发射峰。图1为CdTe量子点的紫外吸收和荧光发射光谱。

图1　CdTe量子点的紫外吸收(a)和荧光发射光谱(b)

Fig.1UV absorption(a)and fluorescence spectra(b) of CdTe quantum dots

2.3测定方法

Cu2+对CdTe QDs 荧光的猝灭：在系列5 mL比色管中依次加入1 mL的CdTe量子点溶液、1 mL的pH=10的硼砂缓冲溶液及不同浓度梯度的Cu2+，再用pH=10的硼砂缓冲溶液定容，放置5 min，测定600 nm处的荧光强度。

CdTe QDs 荧光恢复法测定依诺沙星：在系列5 mL比色管中依次加入1 mL的CdTe量子点、适量pH=10硼砂缓冲溶液及Cu2+溶液(浓度为2.3×10-5mol/L)，振摇后静置，再加入不同浓度梯度的依诺沙星溶液，用pH=10的硼砂缓冲溶液定容，放置5 min，测定600 nm处的荧光强度(激发和发射狭缝宽度均为10 nm)。

3　结果与讨论

3.1作用效果与机理探讨

CdTe与Cu2+作用的荧光光谱如图2所示。以F0/F对Cu2+的浓度进行数据拟合，结果发现Cu2+浓度在2.0×10-7～4.4×10-5mol/L范围内与体系F0/F呈现出良好的线性关系，符合Stern-Volmer方程，工作曲线如图3所示，线性方程为F0/F=1.0966+0.0246c(10-6mol/L)，相关系数为0.998 6。

1～11：Cu2+浓度为2.0×10-7～4.4×10-5 mol/L

Fig.2Fluorescence spectra of Cu2+quenched CdTe QDs

图3CdTe量子点与Cu2+相互作用的工作曲线

Fig.3Plot of c(Cu2+) vs.F0/F of CdTe QDs

CdTe量子点中加入Cu2+后其荧光强度发生变化，导致荧光猝灭。该现象可能是由于CdTe表面有大量的羧基和巯基官能团，它们可与Cu2+形成复合物，这些复合物覆盖在CdTe表面，并与CdTe发生电子转移，产生了较多的非辐射中心，导致了CdTe荧光的猝灭[8-9]。

CdTe量子点、Cu2+与依诺沙星溶液相互作用的荧光光谱如图4所示。以F/F0对依诺沙星溶液浓度进行数据拟合，结果发现依诺沙星浓度在8.0×10-7～3.2×10-5mol/L范围内与F/F0呈良好的线性关系，且F/F0随依诺沙星溶液浓度的增加而增大，符合Stern-Volmer方程，工作曲线如图5所示，线性方程为F/F0=1.2652+0.024c(10-7mol/L)，相关系数为0.996 9。

1～11：依诺沙星的浓度为8.0×10-7～3.2×10-5mol/L

图4CdTe量子点、Cu2+与依诺沙星溶液相互作用的荧光光谱。

Fig.4Effect of concentration of enoxacin on fluorescence of CdTe QDs

图5CdTe量子点、Cu2+与依诺沙星溶液相互作用的工作曲线。

Fig.5Plot of c(enoxacin) vs.F0/F of CdTe QDs

由图4可知，被Cu2+猝灭的CdTe量子点荧光体系中加入不同量的依诺沙星，其荧光得到不同程度的恢复，即荧光强度逐渐增大。原因是依诺沙星可以与Cu2+发生络合作用[10]，使得CdTe量子点表面的Cu2+解吸下来，量子点表面得到恢复，其荧光强度得以恢复。实验表明，加入依诺沙星前后荧光强度的比值与其浓度呈线性关系。

3.2CdTe量子点的浓度选择

实验表明，对于过低浓度的CdTe量子点，荧光猝灭的作用不太明显，且线性范围也窄；但CdTe量子点浓度太高也会导致分析灵敏度降低。随着CdTe量子点体积的增加，CdTe量子点与Cu2+作用体系的荧光强度增大，而且荧光猝灭值(F0/F)随着CdTe量子点的体积的增加而迅速增大。为了使荧光猝灭值(F0/F)变化趋于平缓且CdTe量子点的浓度适合测定，兼顾线性范围、灵敏度和低背景干扰，我们使用1.0 mL的 CdTe量子点进行实验(浓度以Cd2+计，为1.0×10-4mol/L)。

3.3反应介质和pH值的影响

分别用Na2HPO4-NaH2PO4、Tris-HCl和硼砂缓冲溶液为反应介质，测定了不同pH值对CdTe-Cu2+体系与依诺沙星之间相互作用的影响。结果表明：在pH=10的硼砂缓冲溶液中，F/F0变化较大且较为稳定。因此，我们选择pH=10的硼砂缓冲溶液作为反应介质。选用1.0×10-5mol/L依诺沙星溶液，在不同pH值的硼砂缓冲溶液中与CdTe-Cu2+体系反应，测其荧光强度，结果见图6。

图6pH值对CdTe-Cu2+体系与依诺沙星作用的影响

Fig.6Effect of pH on the fluorescence intensity of CdTe QDs

3.4Cu2+浓度的影响

Cu2+浓度主要影响到CdTe量子点的荧光检测背景和线性范围。当Cu2+浓度过低时，CdTe量子点荧光猝灭效率太低，会导致检测的荧光背景过高，使荧光恢复范围变窄，依诺沙星检测的线性范围也变窄；如果Cu2+浓度过高，依诺沙星就会与游离的Cu2+先结合，与CdTe量子点表面结合的Cu2+减少，降低了依诺沙星对Cu2+的解吸能力，影响荧光恢复的效率。综上所述，考虑CdTe量子点的荧光恢复效率及线性范围，我们选择浓度为2.3×10-5mol/L的Cu2+溶液作为量子点猝灭剂对依诺沙星进行检测。

3.5反应时间的影响

CdTe量子点与Cu2+混合5 min后，猝灭达到最大，且在30 min内可以保持稳定。因此，我们选择5 min后测定CdTe量子点猝灭的荧光强度。将依诺沙星溶液加入CdTe量子点与Cu2+混合的体系后，体系荧光强度得到恢复，5 min后达到最大，并且在30 min内保持稳定。因此，我们选择在30 min内测定CdTe量子点恢复的荧光强度。

3.6反应温度的影响

控制最佳浓度、pH值、时间等CdTe-Cu2+体系与依诺沙星反应的条件，分别在15，25，35，45，55 ℃下测定CdTe-Cu2+体系与依诺沙星反应的荧光强度。结果发现，随着反应温度的升高，体系的荧光强度不断降低。由于15 ℃时需专门控温，我们选择常温25 ℃下操作。

3.7共存物质的影响

图7温度对体系荧光强度的影响

Fig.7Effects of temperature on the fluorescence intensity of CdTe QDs

3.8工作曲线、检出限及精密度

依诺沙星浓度在8.0×10-7～3.0×10-5mol/L范围内与CdTe-Cu2+体系的荧光恢复程度呈线性关系，其线性回归方程为F/F0=1.2652+0.024c(10-7mol/L)，相关系数r=0.996 9。测得检出限(S/N=3)为7.2×10-8mol/L。对10 份8.0×10-6mol/L 依诺沙星溶液平行测定，得精密度为0.49%。

3.9样品测定

按照本实验方法，采用加标回收法测定片剂中依诺沙星的含量。称取0.05 g依诺沙星片剂，用乙醇溶解后定容至100 mL容量瓶中备用。取处理好的样品溶液平行测定6组并求平均值，将测定值代入标准曲线计算样品中依诺沙星含量，然后分别加入3种不同浓度的的依诺沙星标准溶液进行加标实验，利用标准曲线计算回收率，结果见表1。进一步计算出片剂中依诺沙星为4.8 μg/片，与标示值(5 μg/片)基本一致。

表1　样品分析结果

4　结　　论

研究了Cu2+对CdTe量子点荧光的猝灭作用和依诺沙星对猝灭后荧光体系的恢复作用，初步探讨了其作用机理，建立了测定依诺沙星的新方法。该方法用于药品中依诺沙星含量的测定，结果令人满意。该方法可为药品质量检测及CdTe量子点应用提供有益的参考。

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李满秀(1955-)，男，山西原平人，教授，1997年本科毕业，主要从事发光分析方面的研究。

E-mail:Lmxxz@sohu.comohu.com

Enoxacin Detection Based on CdTe Quantum-dot-based OFF-ON Fluorescent Probe

LI Man-xiu*,ZHANG Qiang,ZHAO San-hu,WU Xia,ZHANG Wei,WANG Cong-cong

(Department of Chemistry,Xinzhou Teachers University,Xinzhou 034000，China)

A new type of water-soluble CdTe quantum dot was synthesized by using mercapto propionic acid as the capping ligand for the detection of enoxacin.The fluorescence intensity of CdTe QDs was significantly quenched in the presence of Cu2+.In the presence of enoxacin，the fluorescence of CdTe QDs was recovered because Cu2+preferred to react with enoxacin.The degree of recovery of CdTe QDs fluorescence intensity was proportional to the enoxacin concentration，which provided a new method for the detection of enoxacin based on the fluorescence quenching-recovery properties of CdTe QDs.In the presence of 2.3×10-5mol/L Cu2+in pH=10 borax buffer solution,the recovered fluorescence of CdTe QDs was linearly related with the enoxacin concentration in the range of 8.0×10-7-3.0×10-5mol/L with a detection limit of 7.2×10-8mol/L.This method has been successfully applied for the detection of enoxacin in real samples,and the accuracy is within 95.5%-105.0%.

CdTe quantum dots；enoxacin；Cu2+ion；fluorescence quenching-recovery

1000-7032(2016)04-0467-06

2015-12-11；

2016-01-20

山西省重点学科基金(20141010)；山西省大学生创新创业训练项目(2015381)；忻州师范学院重点学科项目(xk201304)资助

O482.31

A

10.3788/fgxb20163704.0467