β-環(huán)糊精對(duì)9，10-蒽醌的熒光增敏效應(yīng)研究

姜慧明，楊紅

（1.大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連116600；2.大連民族學(xué)院環(huán)境與資源學(xué)院，遼寧 大連116600）

0 引言

9，10 -蒽醌是一種化工原料，難溶于水，也難溶于大多數(shù)有機(jī)溶劑，主要用于染料工業(yè)，用于染料的生產(chǎn)，有一定的毒性.以蒽醌為原料，經(jīng)磺化、氯化、硝化等，可得到范圍很廣的染料中間體，用于生產(chǎn)蒽醌系分散染料、酸性染料、還原染料；反應(yīng)染料等，形成性能好的染料類別.據(jù)統(tǒng)計(jì)，蒽醌染料有四百多個(gè)品種，在合成染料領(lǐng)域中占有很重要的地位.

蒽醌化合物還有其他的應(yīng)用領(lǐng)域，如用于高濃度過(guò)氧化氫的生產(chǎn)、在化肥工業(yè)中用以制造脫硫劑蒽醌二磺酸鈉、在印染工業(yè)中用作染助劑等.蒽醌也是中藥的一種成份，如大黃等藥材，但長(zhǎng)期服用將會(huì)給人體的紅細(xì)胞和血紅蛋白造成損傷，對(duì)SD大鼠的毒性反應(yīng)靶器官主要為腎臟，且毒性反應(yīng)是可逆的，對(duì)SD大鼠的安全劑量為794mg／kg.鑒于以上因素，對(duì)蒽醌的定性和定量檢測(cè)是必要的.

蒽醌的檢測(cè)目前主要采用分光光度法［1］、紫外分光光度法［2］、液相色譜法［3］及高效液相色譜質(zhì)譜法［4］等，熒光法尚未進(jìn)行深入研究.在熒光檢測(cè)技術(shù)中，超分子增敏效應(yīng)是一種新型的技術(shù)手段，因其具有更高的靈敏度和易操作性，逐漸成為一種主要的檢測(cè)技術(shù).在眾多的超分子主體化合物中，β-環(huán)糊精因其具有價(jià)格低廉、綠色環(huán)保等優(yōu)越性，因而受到科研工作者的青睞.

β-環(huán)糊精是一種具有疏水空腔和親水表面的超分子主體化合物，具有分子識(shí)別功能，能夠選擇性地結(jié)合有機(jī)分子，形成主客體超分子化合物.與單體分子相比，超分子體系內(nèi)的客體分子的許多性能，如溶解性能、化學(xué)性能、擴(kuò)散性能、電化學(xué)性能以及光化學(xué)性能等，也都將隨之發(fā)生一定的變化［5-8］.目前認(rèn)為β-環(huán)糊精引起熒光增強(qiáng)的主要原因是增加發(fā)射速度常數(shù)，減少分子移動(dòng)自由度，避免去活碰撞，保持適宜的微環(huán)境以及保護(hù)激發(fā)態(tài)不與大體積水分子和猝滅劑接觸［9］.段云青等［10］通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推測(cè)溴敵隆結(jié)構(gòu)中的疏水基團(tuán)4-羥基香豆素母環(huán)或者溴代聯(lián)苯基進(jìn)入了β-環(huán)糊精的疏水空腔之中形成超分子包合物引起熒光顯著增強(qiáng)，為環(huán)糊精熒光增強(qiáng)機(jī)理研究提供了必要的依據(jù).但是目前其熒光增敏機(jī)理基本處于推測(cè)階段［11-13］.

本部分探討了9，10-蒽醌的熒光光譜，以及在β-環(huán)糊精存在下9，10-蒽醌的熒光增強(qiáng)效應(yīng)，建立了快速高效的熒光測(cè)定9，10-蒽醌含量的方法.與已經(jīng)報(bào)道的幾種檢測(cè)技術(shù)比較，本檢測(cè)方法具有更高的檢測(cè)靈敏度.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1）儀器與試劑 RF-5301PC熒光分光光度計(jì)，SHIMADZU，Japan；9，10-蒽醌，本實(shí)驗(yàn)室合成，配成1×10-5mol／L的乙醇／水溶液；β-環(huán)糊精（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）：二次重結(jié)晶，60℃真空干燥后配成0.01mol水溶液，實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水.

Britton-Robinson（B-R）緩沖溶液的配置：取 H3BO30.618 3g，85%的 H3PO40.68mL，36%的乙酸1.16mL，用蒸餾水配成250mL的三酸混合液；再取2.0g NaOH，配置成0.2mol／L溶液，將配好的三酸混合液與NaOH溶液以不同體積混合，可配置為不同pH的B-R緩沖溶液.

2）實(shí)驗(yàn)方法 移取一定量的9，10-蒽醌溶液，加入不同量的B-R緩沖溶液及β-環(huán)糊精溶液后移入25mL比色管中，加水定容，室溫下振蕩10min，然后測(cè)定溶液的相對(duì)熒光強(qiáng)度.

2 結(jié)果與討論

圖1列出了9，10-蒽醌的激發(fā)譜和發(fā)射譜，確定測(cè)定波長(zhǎng)λex／em＝265／473nm.

9，10 -蒽醌在265nm的激發(fā)波長(zhǎng)下，出現(xiàn)了兩組發(fā)射峰，分別位于336nm和473nm處，其中473 nm的發(fā)射峰熒光吸收強(qiáng)度較強(qiáng)，因此確定了9，10-蒽醌的激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)分別為265nm和473 nm.

2.1β-環(huán)糊精濃度的影響及包合常數(shù)測(cè)定 在確定了9，10-蒽醌的激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)后，筆者在蒽醌溶液中加入了不同濃度的β-環(huán)糊精，得到了一系列熒光光譜，如表1和圖2所示.

圖1 9，10-蒽醌的激發(fā)光譜（A）和發(fā)射光譜（B）（狹縫寬度：5nm）

圖3列出了β-環(huán)糊精濃度對(duì)9，10-蒽醌熒光強(qiáng)度的影響.由表1和圖2、圖3可以清楚看出，9，10-蒽醌溶液在加入β-環(huán)糊精后，在380、410和473nm處出現(xiàn)了3組熒光發(fā)射峰，473nm處的發(fā)射峰強(qiáng)度最大，且發(fā)射峰的熒光強(qiáng)度有了明顯的增強(qiáng).在β-環(huán)糊精的濃度范圍為4×10-4～3.2×10-3mol／L之內(nèi)，9，10-蒽醌的熒光強(qiáng)度隨著β-環(huán)糊精濃度的增加而增強(qiáng).

表1 不同β-環(huán)糊精濃度下9，10-蒽醌的熒光強(qiáng)度

β-環(huán)糊精對(duì)9，10-蒽醌的的熒光增敏作用是由于9，10-蒽醌在疏水作用、范德華力及氫鍵力等非共價(jià)鍵作用的驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)入β-環(huán)糊精空腔形成超分子包合物，在空腔內(nèi)9，10-蒽醌分子的運(yùn)動(dòng)自由度以及水分子的松弛效應(yīng)大大降低，阻止了碰撞失活，減少了非輻射躍遷的幾率；環(huán)糊精空腔所提供的非極性微環(huán)境近似于有機(jī)介質(zhì)［5］，使9，10-蒽醌分子的熒光在β-環(huán)糊精空腔中受到保護(hù)和屏蔽，減少了與腔體外主體溶液中水分子、氧等碎滅劑的接觸；空腔尺寸大小與極性對(duì)客體進(jìn)行選擇性識(shí)別包合.據(jù)此，建立了水溶液中高靈敏度與高選擇性測(cè)定9，10-蒽醌的熒光光譜法.

圖2 不同β-環(huán)糊精濃度下9，10-蒽醌的熒光發(fā)射光譜（狹縫寬度均為5nm）

圖3 β-環(huán)糊精濃度對(duì)9，10-蒽醌熒光強(qiáng)度的影響

對(duì)β-環(huán)糊精與9，10-蒽醌的包合體系，將所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按1／（F-F0）對(duì)1／［CD］作圖，可得一線性關(guān)系較好的直線（R＝0.998 3），說(shuō)明主客體間形成了1∶1的超分子包合物.由直線的截距與斜率之比可求得β-環(huán)糊精-9，10-蒽醌的結(jié)合常數(shù)K＝1.35×102，如圖4所示.

圖4 β-環(huán)糊精-9，10-蒽醌一元包合物關(guān)系式方程曲線

圖5 β-環(huán)糊精-9，10-蒽醌二元包合物關(guān)系式方程曲線

假設(shè)在β-環(huán)糊精與9，10-蒽醌的包合物中，主客體的化學(xué)計(jì)量比為2∶1，將測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按1／（F-F0）對(duì)1／［CD］2作圖，不呈直線（圖5），因此主客體的化學(xué)計(jì)量比不是2∶1.

2.2 pH值對(duì)9，10-蒽醌熒光強(qiáng)度的影響β-環(huán)糊精對(duì)堿穩(wěn)定，但在強(qiáng)酸性介質(zhì)中將分解為由開(kāi)環(huán)產(chǎn)物直至葡萄糖組成的混合物.本文中探討了pH＝2.0～10.0范圍內(nèi)β-環(huán)糊精與9，10-蒽醌包合及其對(duì)熒光強(qiáng)度的影響，結(jié)果如圖6和圖7所示.體系的pH值是由B-R緩沖溶液來(lái)調(diào)節(jié)的.

圖6 pH值對(duì)β-環(huán)糊精包合9，10-蒽醌熒光強(qiáng)度的影響（狹縫寬度均為5nm）

圖7 pH值對(duì)β-環(huán)糊精包合9，10-蒽醌熒光強(qiáng)度影響的工作曲線

由圖6和圖7看出，在強(qiáng)酸性溶液中，β-環(huán)糊精包合9，10-蒽醌的熒光強(qiáng)度都很強(qiáng)，其中以pH＝4.12的溶液熒光強(qiáng)度最大；而在中性和堿性條件下，β-環(huán)糊精包合9，10-蒽醌的熒光強(qiáng)度較弱.本實(shí)驗(yàn)選擇pH＝4.12作為熒光測(cè)定的最佳pH值.

2.3 9 ，10-蒽醌在β-環(huán)糊精包合狀態(tài)下的工作曲線、檢測(cè)下限和精密度 由表1看出，當(dāng)β-環(huán)糊精的濃度為4×10-3mol／L時(shí)，9，10-蒽醌的熒光強(qiáng)度最大，因此在測(cè)定9，10-蒽醌的工作曲線時(shí)，固定β-環(huán)糊精的濃度為4×10-3mol／L而改變9，10-蒽醌的濃度，得到了9，10-蒽醌在不同濃度時(shí)的熒光強(qiáng)度，如表2和圖8所示.

表2 9，10-蒽醌不同濃度時(shí)的熒光強(qiáng)度（固定β-環(huán)糊精的濃度為4×10－3 mol／L）

圖8 不同濃度9，10-蒽醌的熒光強(qiáng)度曲線固定β-環(huán)糊精的濃度為4×10-3 mol／L，狹縫寬度均為5nm

下圖（圖9）列出了β-環(huán)糊精存在下9，10-蒽醌的工作曲線.

圖9 β-環(huán)糊精存在下9，10-蒽醌的工作曲線

由圖9看出，9，10-蒽醌在4.99～66.56ng／mL范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，回歸方程為F＝7.82c（ng／mL）＋218.6，相關(guān)系數(shù)為0.998 5.依照IUPAC規(guī)定，cL＝kS0／S，其中cL為檢測(cè)下限，k為與置信水平相關(guān)的常數(shù)，S0為n次空白溶液測(cè)定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差（S0＝0.12），S為標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的斜率.當(dāng)置信水平為90%時(shí)k取3，計(jì)算求得本法的檢測(cè)限為0.046ng／mL，2.08μg／mL 9，10-蒽醌標(biāo)準(zhǔn)溶液9次平行測(cè)得值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.3%.

3 結(jié)論

對(duì)9，10-蒽醌在與β-環(huán)糊精包合后的熒光光譜進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在水相中，二者形成了1∶1的超分子體系，包合常數(shù)K＝1.35×102.在中性水溶液中，β-環(huán)糊精的濃度范圍為4×10-4～3.2×10-3mol／L.時(shí)，9，10-蒽醌的熒光強(qiáng)度隨著β-環(huán)糊精濃度的增加而增強(qiáng).在酸性介質(zhì)中，客體分子的熒光增強(qiáng)效應(yīng)更加明顯，其中在pH＝4.12的溶液中，β-環(huán)糊精對(duì)9，10-蒽醌的熒光增強(qiáng)效應(yīng)最大.在pH＝4.12的水溶液中，固定β-環(huán)糊精的濃度為4×10-3mol／L，得到了9，10-蒽醌的工作曲線，結(jié)果顯示，9，10-蒽醌在4.99～66.56ng／mL濃度范圍內(nèi)的熒光強(qiáng)度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，回歸方程為F＝7.82C（ng／mL）＋218.6，相關(guān)系數(shù)為0.998 5.隨著熒光強(qiáng)度的增強(qiáng)，該體系對(duì)9，10-蒽醌的檢測(cè)限也大大提高，達(dá)到了0.04ng／mL，是已經(jīng)報(bào)道檢測(cè)極限數(shù)量級(jí)（0.2μg／mL）［13］的萬(wàn)分之一，此法具有非常廣泛的應(yīng)用價(jià)值.隨著β-環(huán)糊精及衍生物對(duì)客體分子熒光增強(qiáng)效應(yīng)機(jī)理研究的深入，其在藥物檢測(cè)、食品添加劑檢測(cè)、農(nóng)藥殘留檢測(cè)、食品安全等領(lǐng)域?qū)⒕哂袠O廣闊的發(fā)展前景.

致謝 本研究工作得到了沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)植保學(xué)院應(yīng)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的大力支持，在此表示感謝.

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