常冬璞，高樓軍

(延安大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院；陜西省化學(xué)反應(yīng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 延安 716000)

過(guò)渡金屬量子點(diǎn)尺寸小，具有量子限制效應(yīng)，表現(xiàn)出強(qiáng)熒光性，穩(wěn)定性和低毒性等特征[1-3]，因此，被廣泛的應(yīng)用于化學(xué)和生物傳感器、催化和能量場(chǎng)等[4，5]。由于其合成較為方便簡(jiǎn)單，滿足寬激發(fā)、窄發(fā)射、帶隙可調(diào)節(jié)等的優(yōu)點(diǎn)，在光學(xué)方面也嶄露頭角。過(guò)渡金屬納米材料因其具有不飽和d軌道產(chǎn)生的能帶結(jié)構(gòu)，而具有獨(dú)特的光學(xué)特質(zhì)，不僅具有可調(diào)諧窄的發(fā)射光譜和較寬的激發(fā)光譜這一光學(xué)優(yōu)勢(shì)，并且具有較高的光穩(wěn)定性[6]。

到目前為止，關(guān)于過(guò)渡金屬硒化物的制備方法有很多種，如化學(xué)氣相沉積法、超聲法和水熱法等。Panneerselvam等[7]通過(guò)化學(xué)氣相沉積法得到了NiSe2以及NiP，具體操作為分解前驅(qū)物Ni[iPr2P(S)NP(Se)Pr2]2，根據(jù)沉積溫度的差異從而得到目標(biāo)材料。Peng等[8]采用物理蒸發(fā)法合成CdSxSe1-x納米薄片，將PbS量子點(diǎn)涂覆在納米片上，采用電子束光刻技術(shù)和發(fā)射技術(shù)制備了基于納米材料復(fù)合結(jié)構(gòu)的寬光電探測(cè)器。這些方法雖然操作簡(jiǎn)便，但是存在著周期較長(zhǎng)，毒性較大，不可控等局限。

鹽酸環(huán)丙沙星是一種典型的抗生素類藥物[9]，能夠殺死多種細(xì)菌(大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、肺炎鏈球菌等)，以往對(duì)于鹽酸環(huán)丙沙星的定量檢測(cè)通常使用的是高效液相色譜法，設(shè)備昂貴，操作復(fù)雜。本文通過(guò)溶劑熱法制備了CoSe2量子點(diǎn)，研究了材料的結(jié)構(gòu)及其光學(xué)性能，考察了CoSe2量子點(diǎn)對(duì)不同藥物的響應(yīng)性研究。并利用CoSe2量子點(diǎn)對(duì)鹽酸環(huán)丙沙星藥物具有的熒光性能，建立了熒光法檢測(cè)鹽酸環(huán)丙沙星的新方法，該方法具有較好的選擇性和靈敏性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

無(wú)水乙二胺(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；硝酸鈷(天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)；硒粉(99.99%，麥克林試劑)。

HitachiF-7000熒光分光光度計(jì)(日立公司)；Shimadzu UV-3600PLUS 220/230VC紫外分光光度計(jì)(日本島津公司)；X-射線粉末衍射儀(XRD)-7000(日本島津公司)；場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(SEM)JSM-7610F(日本電子公司)。

1.2 CoSe2量子點(diǎn)的制備

通過(guò)溶劑熱法合成CoSe2納米材料(見(jiàn)圖1)。具體步驟：稱取0.79 g的硒粉分散于25 mL的無(wú)水乙二胺中，超聲30 min，繼續(xù)加入1.455 g硝酸鈷中，攪拌30 min，轉(zhuǎn)移至50 mL聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜中，在170 ℃下反應(yīng)17 h，冷卻到室溫后，以12000 rpm的速度離心30 min，烘干，研磨，得到CoSe2固體粉末。然后，稱取0.1 g的CoSe2固體粉末放入聚四氟乙烯高壓反應(yīng)釜中，加入15 mL去離子水，在180 ℃下反應(yīng)6 h，冷卻，離心，取上層清液備用。

1.3 響應(yīng)性測(cè)試

將得到的上層清液(CoSe2量子點(diǎn))稀釋100倍，取2.00 mL，加入一定體積的鹽酸環(huán)丙沙星溶液于比色皿中，在25 ℃檢測(cè)不同濃度的鹽酸環(huán)丙沙星。用熒光分光光度計(jì)對(duì)響應(yīng)過(guò)程中的光譜變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，記錄CoSe2量子點(diǎn)在不同藥物濃度環(huán)境中的光譜變化，研究制備的量子點(diǎn)檢測(cè)鹽酸環(huán)丙沙星的性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 CoSe2量子點(diǎn)的表征

采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)樣品的表面形貌及元素分布特征進(jìn)行表征，如圖2所示，圖2a、b、c分別為不同倍數(shù)下的掃描電鏡照片。從圖2b和圖2c中可以觀察到樣品呈現(xiàn)蜂窩狀結(jié)構(gòu)[10]，圖2d可以觀察到采用溶劑熱法制備的CoSe2量子點(diǎn)樣品為片狀結(jié)構(gòu)，且Se與Co元素均勻的分散在樣品中(見(jiàn)圖2e和圖2f)。

圖2 CoSe2樣品的表面形貌(a、b和c分別為15000、30000和50000倍)及元素分布(d、e和f)

采用透射電子顯鏡對(duì)CoSe2量子點(diǎn)的上層清液進(jìn)行分析，結(jié)果如圖3所示。由圖可知，CoSe2為均勻分散的球形顆粒，微粒徑大約在30～40 nm之間，并未出現(xiàn)聚集，證實(shí)量子點(diǎn)均勻地分散在溶劑中。

圖3 CoSe2量子點(diǎn)的透射顯微鏡照片

通過(guò)X-射線粉末衍射儀對(duì)所得CoSe2樣品的結(jié)構(gòu)和相純度進(jìn)行表征，如圖4a所示。從圖4a可以看出，粉狀CoSe2的XRD圖譜中衍射角位置2θ在34.1°、54.6°和66.3°對(duì)應(yīng)的晶面分別為(101)、(031)和(122)[11]。而CoSe2量子點(diǎn)的XRD圖譜中，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的衍射峰，說(shuō)明量子點(diǎn)具有較小的尺寸，晶體面不存在有序的衍射。在與標(biāo)準(zhǔn)衍射圖比較時(shí)，未觀察到由于雜質(zhì)的存在而出現(xiàn)的峰，這表明制備得到了CoSe2量子點(diǎn)。

通過(guò)XPS分析所制備的CoSe2量子點(diǎn)的化學(xué)組成。由圖4b可知，所制備的CoSe2量子點(diǎn)含有Co和Se。圖4c顯示，粉末中Co對(duì)應(yīng)的擬合峰值分別是781.43 eV和796.43 eV，歸因于Co2P3/2和Co2P1/2，對(duì)比顯示量子點(diǎn)Co的兩個(gè)主峰與之接近，與之前文獻(xiàn)報(bào)道相一致[12]。圖4d對(duì)應(yīng)粉末中的兩個(gè)Se的擬合峰值分別為53.68 eV與58.88 eV，歸因于Se3d5/2與Se3d3/2，這也與之前的報(bào)道一致[13]。擬合峰產(chǎn)生主要是由于Se的氧化，通常是因?yàn)榕c水和空氣接觸，而對(duì)于量子點(diǎn)的Se3d5/2的峰不明顯是因?yàn)楹窟^(guò)少，導(dǎo)致強(qiáng)度不高。而上層清液中量子點(diǎn)的XPS圖，也與粉末近似接近，進(jìn)一步的表征了材料CoSe2的組成。

2.2 CoSe2量子點(diǎn)的光學(xué)性能

圖5a為CoSe2量子點(diǎn)的紫外-可見(jiàn)吸收光譜，可以看出，大約在325 nm處有一個(gè)吸收帶，其本質(zhì)就是第一激子特征峰，由于量子點(diǎn)自身體積過(guò)小，因而會(huì)產(chǎn)生量子約束效應(yīng)。同時(shí)，吸光度隨著波長(zhǎng)的減小而逐漸增加，可解釋為納米材料的尺寸越小相應(yīng)激子的能量就越高[14]。圖5a中的插圖為CoSe2材料水溶液的丁達(dá)爾效應(yīng)，在波長(zhǎng)為532 nm的激光筆照射下的圖。圖5b圖為量子點(diǎn)的吸收帶隙圖，其帶隙約為3.84 eV，帶隙比一般的量子點(diǎn)寬，有利于產(chǎn)生較短波長(zhǎng)的熒光。

圖5c為CoSe2量子點(diǎn)的熒光激發(fā)發(fā)射圖，取CoSe2量子點(diǎn)溶液，利用熒光分光光度計(jì)測(cè)得最佳激發(fā)波長(zhǎng)為321 nm，最佳發(fā)射波長(zhǎng)為397 nm；圖5d為CoSe2量子點(diǎn)在不同激發(fā)波長(zhǎng)下的熒光光譜圖(從321 nm到391 nm，增加幅度為10 nm)。由圖可知，隨著激發(fā)波長(zhǎng)從321 nm增至391 nm，發(fā)射峰位置從392 nm增至420 nm。隨著激發(fā)波長(zhǎng)的增加，激發(fā)峰位置發(fā)生一定程度的紅移，當(dāng)激發(fā)波長(zhǎng)增大時(shí)，熒光強(qiáng)度會(huì)降低同時(shí)發(fā)射波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生紅移，說(shuō)明材料具有依賴激發(fā)波長(zhǎng)的熒光特性[15]。

2.3 檢測(cè)機(jī)理

鹽酸環(huán)丙沙星通過(guò)能量傳遞來(lái)增強(qiáng)CoSe2量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度，熒光機(jī)理為能量共振轉(zhuǎn)移機(jī)制[16]。當(dāng)供體熒光分子的熒光發(fā)射光譜與受體熒光分子的熒光激發(fā)光譜或者紫外-可見(jiàn)吸收光譜重疊時(shí)，受激發(fā)光照射的供體分子將通過(guò)非輻射能量轉(zhuǎn)向受體分子傳遞能量。熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)是一種重要的光譜技術(shù)，具有超過(guò)半個(gè)世紀(jì)的實(shí)際應(yīng)用歷史。FRET是分子電子光譜現(xiàn)象。當(dāng)熒光(FL)發(fā)射光譜體FL分子與FL激發(fā)或UV可見(jiàn)重疊受體FL分子，供體分子的吸收光譜激發(fā)光后將能量傳遞給受體分子通過(guò)非輻射能量轉(zhuǎn)移的方式。

2.4 鹽酸環(huán)丙沙星的檢測(cè)

在激發(fā)波長(zhǎng)321 nm下，取稀釋100倍后的CoSe2上層清液量子點(diǎn)2 mL，對(duì)14種10-4mol·L-1濃度的不同藥物(阿奇霉未分散片，吡羅昔康片，西咪替丁，利巴韋林，鹽酸環(huán)丙沙星等)進(jìn)行熒光測(cè)試，得到CoSe2量子點(diǎn)對(duì)不同藥物的響應(yīng)性如圖6所示。由圖6a知，在CoSe2量子點(diǎn)對(duì)不同藥物的響應(yīng)性研究中，CoSe2對(duì)鹽酸環(huán)丙沙星的檢測(cè)具有高的選擇性[17]。

為了排除溶劑水對(duì)CoSe2量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度影響，圖6b為CoSe2上層清液中加20 μL的水作為對(duì)比的情況，證明溶劑水對(duì)CoSe2量子點(diǎn)的熒光無(wú)影響。

為了進(jìn)一步測(cè)試CoSe2量子點(diǎn)對(duì)鹽酸環(huán)丙沙星的靈敏度，檢測(cè)不同濃度的鹽酸環(huán)丙沙星(每次增加0.25 μmol·L-1)下CoSe2量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度變化，如圖6c所示。研究發(fā)現(xiàn)CoSe2量子點(diǎn)的熒光強(qiáng)度隨著鹽酸環(huán)丙沙星濃度的增加而增加，在7.50×10-7～2.50×10-6mol·L-1呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，線性方程為△F=1390.24+2022.2c，R2=0.997，檢出限為2.98×10-8mol·L-1(見(jiàn)圖6d)，可以表明線性關(guān)系良好，能夠很好地用于鹽酸環(huán)丙沙星的檢測(cè)。

3 結(jié)論

采用溶劑熱法合成了CoSe2量子點(diǎn)材料，通過(guò)SEM、TEM、XRD和XPS等對(duì)材料的形貌結(jié)構(gòu)以及光學(xué)特性進(jìn)行了表征。利用CoSe2量子點(diǎn)具有的優(yōu)異的熒光性能，作為熒光探針對(duì)不同藥物進(jìn)行檢測(cè)，研究發(fā)現(xiàn)制備的CoSe2量子點(diǎn)納米材料對(duì)鹽酸環(huán)丙沙星藥物具有很高的選擇性和靈敏度，有望成為一種高靈敏度的傳感器來(lái)有效地監(jiān)測(cè)鹽酸環(huán)丙沙星。