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user: 3. 结果与讨论 3.1. 巯基乙酸包裹的水溶性CdSe/ZnS量子点的表征 油溶性的CdSe/ZnS量子点通过简单的配体交换得到巯基乙酸包裹的水溶性量子点。利用UV-Vis紫外可见光谱仪和荧光光谱仪，测定巯基乙酸包裹的水溶性CdSe/ZnS量子点的紫外吸收光谱、荧光发射光谱，结果如图1所示，该水溶性量子点的第一激子吸收峰在460 nm，荧光发射峰在620 nm。同时我们根据之前的研究方法，以罗丹明B为参照物质，测得该量子点的荧光量子产率为0.28 [ 16 ]。巯基乙酸包裹的水溶性CdSe/ZnS量子点表现出了较好的水溶性，这表明量子点表面的油胺配体被巯基乙酸成功替换了，我们首先利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)测定了油溶性CdSe/ZnS量子点和转相后的水溶性CdSe/ZnS 量子点，由图2可得，图中A是油胺修饰的量子点红外光谱图，在2850和2923 cm −1 处应当归属于油胺强的C-H伸缩振动峰以及在3004 cm −1 处弱的烯烃的C-H伸缩振动峰，图中B是巯基乙酸修饰的量子点红外光谱图，经过对比可以看到油胺的C-H伸缩振动峰消失，同时在1380 cm −1 出现C-O伸缩共振峰，1640 cm −1 出现C=O伸缩共振峰，3450 cm −1 出现较强的-OH伸缩共振峰，该数据表明巯基乙酸成功嫁接到量子点表面。我们对水溶性的CdSe/ZnS量子点进行了高分辨透射电子显微镜(TEM)扫描，如图3所示。从图3(A)中可以看出制备的水溶性CdSe/ZnS量子点呈点状，分散性较好，没有发生聚集现象，通过测量水溶性CdSe/ZnS量子点的粒径，得到相应的粒径分布图3(B)，由图可知，该水溶性量子点的粒径为(6.0 ± 0.4) nm。综上，我们制备的量子点，其荧光发射峰具有较窄的半峰宽(50 nm)，较高的量子产率，油溶性CdSe/ZnS量子点表面的油胺成功被巯基乙酸替换转化成水溶性CdSe/ZnS量子点，转相后的CdSe/ZnS量子点分散性较好，没有发生聚集现象，能够满足实验要求。 图1. 巯基乙酸包裹的水溶性CdSe/ZnS量子点的紫外吸收和荧光光谱 图2. 油胺包裹的CdSe/ZnS (A)、巯基乙酸包裹的CdSe/ZnS (B)的FTIR谱图 图3. 水溶性CdSe/ZnS量子点的TEM图(A)、粒径分布图(B) 3.2. 苦味酸(PA)促使巯基乙酸包裹的CdSe/ZnS量子点荧光淬灭 量子点的荧光与其表面的修饰基团密切相关。例如，Priyanka等人利用聚苯胺接枝共聚改性聚乙烯醇(PPA)与巯基丁二酸修饰的CdTe/ZnS量子点的复合材料(PPA-CSQ)和巯基丁二酸修饰的CdTe量子点复合材料(PPA-Q)检测苦味酸(PA)，PA对该荧光探针具有非常灵敏的淬灭效果，该检测机理作者认为是荧光复合材料与PA之间发生内滤效应和静电相互作用 [ 19 ]。在本次工作中，PA对巯基乙酸包裹的CdSe/ZnS 量子点具有很好的荧光淬灭效果，其淬灭机理可能是巯基乙酸包裹的水溶性CdSe/ZnS量子点与PA之间发生电子转移，PA中的酚羟基的电子转移到量子点表面与其表面的空穴结合从而使荧光淬灭 [ 20 ]。如图4(A)所示，PA对巯基乙酸包裹的水溶性CdSe/ZnS量子点的淬灭荧光图，且在0~52.38 μM范围内具有线性关系。图4(B)为加入PA后，体系荧光强度随时间的变化曲线，由图可知，加入PA后，量子点荧光迅速淬灭，基本在20 s可以将量子点荧光淬灭80%，之后基本保持荧光强度不变。这说明PA对量子点荧光的淬灭具有较快响应，具有良好的量子点荧光淬灭能力。 图4. 水溶性CdSe/ZnS量子点(18 nM)在不同PA浓度条件下的荧光光谱图(A)、在PA浓度(52.38 μM)下，水溶性CdSe/ZnS量子点(18 nM)荧光强度随时间变化曲线(B) 3.3. 双氧水对苦味酸修饰的量子点的荧光恢复作用 向PA介导的CdSe/ZnS量子点的水溶液中加入双氧水将会导致显著的荧光恢复。该现象可能是由于双氧水将PA中的酚羟基氧化成羰基结构，化学结构的变化抑制了先前的由PA到量子点表面的电子转移，从而恢复量子点本征电子–空穴对复合途径，荧光由此恢复 [ 20 ]。其相对应的荧光强度恢复图如图5所示，弱荧光的PA介导的CdSe/ZnS量子点的水溶液随着双氧水用量的增加(2~10 μM)荧光强度在逐渐恢复，荧光照片也清晰的反映出荧光增强。 3.4. PA介导的巯基乙酸包裹的CdSe/ZnS量子点的荧光寿命 PA介导的巯基乙酸包裹的CdSe/ZnS量子点有较低的荧光响应，但在双氧水的存在下该量子点的荧光强度又会相应恢复，我们通过荧光寿命光谱仪对该双氧水荧光探针和双氧水恢复作用后的荧光探针的荧光寿命进行研究，如图6所示，激发态的PA介导的巯基乙酸包裹的CdSe/ZnS量子点的平均荧光寿命为0.08 ns (蓝色线所示)，双氧水作用后荧光有所恢复，其平均荧光寿命也增加到了0.38 ns (红色线所示)。量子点的荧光寿命减短的原因可能是量子点的表面吸附了来自PA的电子，而双氧水作用后改变了PA的分子结构，从而也影响其电子供给能力，其电子无法再与量子点的空穴结合，从而使荧光探针的荧光寿命明显增加，这也说明在双氧水作用下的荧光探针潜在的非辐射复合途径被有效的禁阻。 3.5. 参数优化 如上所述，可以利用PA介导CdSe/ZnS量子点复合体系，通过荧光恢复实现双氧水的检测。因此对该荧光探针的检测条件优化是十分重要的。为了确保该探针在特定条件下进行分析工作，我们研究了探针溶液的pH值和PA的浓度这两个实验参数对该探针工作的影响。 3.5.1. 溶液pH的选择 水溶性的CdSe/ZnS 量子点(λ em = 620 nm)在390 nm激发条件下发射很强的红色荧光，其荧光强度在黑暗中保持6个月几乎不变，说明该水溶性量子点具有很强的稳定性。然而，将该量子点水溶液分散在强酸、碱溶液中其荧光强度相对于在中性条件下的荧光强度明显降低，这表明该水溶性量子点在强酸、 图5. 不同双氧水浓度条件下PA介导CdSe/ZnS量子点在的荧光光谱(插图为相应测试样在紫外灯下的荧光照片图) 图6. PA介导CdSe/ZnS量子点和双氧水作用后的荧光探针的荧光寿命衰减曲线(红、蓝线分别代表相应的拟合曲线) 碱条件下具有较差稳定性，其可能原因是量子点在强酸条件下，巯基乙酸根质子化，使量子点部分团聚，致使荧光强度降低。另外，强碱条件下双氧水会被快速分解不利于该实验对双氧水的检测。为了评估酸碱性对该双氧水荧光探针的影响，我们对不同pH (3~10)的PBS缓冲溶液对该体系的影响进行了测试，如图7所示。随着pH值的增加，探针的荧光强度逐渐恢复，当pH大于7.0时，荧光强度几乎不变，所以该探针的最佳pH为7.0。 3.5.2. PA用量的优化 PA的浓度是该双氧水荧光探针体系的另一个重要参数，如图8所示，不同浓度的PA对该双氧水荧光探针荧光恢复因子的影响。在7种不同PA浓度的测试中，该荧光探针在52.38 μM的PA条件下展现 图7. 在相同双氧水浓度条件下(10 μM)，PA介导CdSe/ZnS量子点荧光强度随溶液pH值变化曲线 图8. 不同浓度的PA对水溶性CdSe/ZnS QDs (18 nM)荧光恢复因子(F/F 0 )的影响 出了较好的荧光恢复强度。理论上，量子点具有较大的比表面积，加入的PA很容易吸附到量子点表面。较少的PA将会导致较差的荧光淬灭效果，这样就很难确保能够得到较为满意的荧光恢复图，过量的PA虽然可以导致较好的淬灭效果得到较为满意的荧光恢复图，但是过量的PA会与双氧水反应，会对整个双氧水荧光探针检测体系的灵敏性产生不利影响，因此，当水溶性量子点表面刚好包覆一层PA，即对应52.38 μM，得到最为满意的荧光恢复强度，该浓度便是PA的最优浓度。 3.6. 选择性实验 为验证该双氧水探针体系具有良好的选择性，我们对比在相同检测条件下，评估该探针对其他一些活性氧组分及干扰物的荧光响应情况。我们挑选了如下干扰物：·OH、 O 2 − 、t-BuOOH、ClO − 、Cl − 、 HCO 3 − 、 CO 3 2 − 、 SO 4 2 − 、K + 、Mg 2+ 、Ca 2+ 、Na + 等，测试时将这些干扰物代替双氧水加入探针体系，观察荧光恢复情况，结果如图9所示。在测试的各种干扰物当中，只有·OH展现出少许的荧光恢复，而其他干扰物对 图9. 优化条件下PA介导CdSe/ZnS量子点对其他活性氧活性氮和其他干扰物(10 μM)的响应 该探针的影响较低，基本没有荧光恢复；同样地，常见的无机阴阳离子也不能使PA介导CdSe/ZnS量子点荧光恢复。这些结果表明该荧光探针对双氧水具有良好的选择性。 为了进一步展示PA介导CdSe/ZnS量子点对双氧水具有良好的选择性及抗干扰能力，我们还进一步测试了探针体系在多种干扰物共存条件下对双氧水的检测效果，结果如图10所示。实验结果证明了在PA介导CdSe/ZnS量子点溶液中，共存的四种活性氮/活性氧(·OH、 O 2 − 、t-BuOOH、ClO − )并不能使量子点溶液的荧光明显增强，量子点溶液依然保持较低的荧光强度(A)。向四种活性氮/活性氧共存的溶液中添加双氧水进行测试，荧光恢复因子(F/F 0 )显著提高(B)，与不添加干扰物质(C)进行对比，其荧光恢复因子(F/F 0 )相差不大，说明该双氧水荧光探针具有较好的选择性，抗干扰能力较强。 3.7. PA介导CdSe/ZnS量子点荧光探针对双氧水的检测 综上所述，PA介导CdSe/ZnS量子点可以用作检测双氧水的荧光探针。在优化的测试条件下，量子点荧光恢复因子F/F 0 与双氧水浓度在2~10 μM范围内表现出良好线性关系，线性相关性系数为0.99376 (图11(A))，当双氧水浓度大于10 μM，量子点荧光几乎没有太大变化(图11(B))。根据3s标准，该荧光探针的检测限约为0.18 μM。以8 μM双氧水浓度平行测试三次，其结果的相对标准偏差为2.09%，说明该检测方法具有良好的重现性。 3.8. 实际样品的检测 本研究选取本地自来水作为实际样品，在自来水样中没有检测到双氧水，所以对样品进行空白加标回收率测试，实验结果如表1所示。从表1中可以看出，自来水中检测到的双氧水的浓度和加入的实际的量基本一致，该荧光探针对双氧水具表现出良好的加标回收率，回收率在98.96%~100.95%之间，相对标准偏差最大值为3.93%，说明该荧光探针具有良好的精密度和准确度，可以用于实际水样中双氧水的测定。