1 引言

铝是自然界中常见的元素,具有较为优良的性能,广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业以及日常生活.但是近年来,越来越多的研究发现,过量铝的存在会影响生态环境乃至人体健康[1].例如有证据表明,过量的铝会抑制植物的生长[2]；铝浓度的增加会造成鱼类和大量水生物死亡[3]；长期摄入铝元素会引起人老年性痴呆,唐氏综合症等病症[4],因此如何定量检测铝的含量引起了人们的广泛关注[5].目前,已报道的微量铝的测定方法主要有：高效液相色谱法(HPLC)[6],电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-MS)[7],石墨炉原子吸收光度法[8]、分光光度法[9]等.尽管HPLC及ICP-MS方法拥有低的检出限,但是设备昂贵不常见.

葛根素具有扩张血管、降低心肌耗氧、抑制血小板聚集及对抗异丙肾上腺素引起的各项升压作用,是临床常用的治疗心脑血管疾病的一线用药[10,11].本研究发现,在弱碱性水溶液中,Al3+能明显地降低葛根素的荧光强度,据此可应用于微量铝的测定,该方法最低检出限可达10-8 mol/L数量级,灵敏度与已报道的其他荧光探针法相当的.

2 实验部分

2.1 主要仪器与试剂

F-4600型荧光分光光度计(日本日立)；PHSJ-4A型pH酸度计(上海雷磁公司).

葛根素(纯度98%,西安小草植物科技有限责任公司)；乙醇(分析纯,沪试)；氯化铝(分析纯,沪试)；六次甲基四胺(分析纯,沪试)；浓盐酸(分析纯,沪试).其他试剂均为市售分析纯,除特别说明外,未经处理直接使用.

那为啥这“奢侈”的场景没出现呢？因为大部分的黄金都深深地藏在地核中，地壳中的黄金含量所占比例不到1%。就算咱们抓心挠肺地想去和它们亲密接触，也只能望“核”兴叹。

2.2 实验方法

葛根素,Al3+-葛根素体系的激发和发射光谱(见图1)表明,当激发波长为347 nm时,葛根素在478 nm处发射其特征荧光.当在葛根素溶液中加入微量Al3+时,其荧光强度会发生明显的降低.

图2表明,溶液的pH值8.0,葛根素浓度5.0×10-5 mol/L,葛根素被Al3+猝灭的荧光强度值(ΔIf)达到最大.固定溶液的pH值为8.0,验证了HMTA-HCl,NaAc-HAc,Tris-HCl,柠檬酸-柠檬酸钠几种缓冲溶液,体系被猝灭的荧光相对数值ΔIf(%)分别为100,96.7,5.7,-3.8.进一步的实验表明,缓冲溶液的最佳加入量是0.5 mL.

在最佳实验条件下,建立了Al3+的浓度与ΔIf(%)之间的响应曲线(见图3),结果表明,Al3+响应的浓度线性范围2.0×10-6～1.0×10-4 mol/L,检出限9.2×10-8 mol/L,与已报道的荧光探针技术灵敏度相当(见表1).

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3 结果与讨论

3.1 荧光光谱

1)溶液的配置.葛根素用乙醇溶解,配成标准溶液；AlCl3和六次甲基四胺(HMTA),用去离子水溶解,配成标准溶液,以稀盐酸调节缓冲溶液的pH值.

图1 a, a’葛根素和b, b’Al3+-葛根素的激发和发射光谱

注：葛根素: 5.0×10-5 mol/L; Al3+: 3.0×10-5 mol/L; HMTA: 0.5%; pH8.0

3.2 实验条件的优化

1.1 临床资料 本组患者男7例，女5例，年龄30～75岁，平均(54.75±12.89)岁；肿瘤位于左侧者7例，位于右侧者5例；肿瘤最大径2.8～12.3 cm，平均(6.02±2.92)cm；体质量指数(body mass index，BMI)16.65～31.77；所有患者中因肉眼血尿就诊者5例，因发热就诊者2例，因腰腹疼痛就诊者3例，例行体检发现肿瘤者3例，其中1例患者同时表现为腰痛及发热；所有CDC患者均依据UICC/AJCC 2010版TNM分期标准进行分期，Ⅰ期3例，Ⅱ期0例，Ⅲ期7例，Ⅳ期2例；最后随访时间2018年3月(表1)。

图2 pH值(a)和葛根素浓度(b)对猝灭的荧光强度的影响

注：葛根素：5.0×10-5 mol/L；Al3+：3.0×10-5 mol/L； HMTA：0.5%；pH8.0

3.3 分析应用

2)实验方法.适当浓度的溶液依次加入到15 mL的玻璃比色管中,混合液用去离子水稀释到10 mL,混合均匀,用1.0 cm的荧光池,在荧光分光光度计上测定混合液的荧光光谱.

图3 线性关系曲线

注：葛根素: 5.0×10-5 mol/L; HMTA: 0.5%; pH8.0

表1 分析参数

被检测物质Al3+线性范围(mol/L)2.0×10-6-1.0×10-4线性方程(mol/L)ΔIf=0.967C+6.129相关系数0.997检出限(mol/L)9.2×10-8

注：葛根素：5.0×10-5 mol/L；HMTA：0.5%；pH8.0

表2 葛根素与已报道的几种荧光探针的比较

荧光探针检出限(mol/L)参考文献罗丹明B衍生物2.5×10-212水杨醛1.6×10-7138-羟基-久洛尼定-(2-吡啶)腙8.22×10-8142-((E)-((2-(((E)-(4-硝基苯基)二氮烯基)苯基)氨基)乙基)亚氨基)甲基喹啉-8-醇5.8×10-915本方法9.2×10-8

3.4 葛根素对Al3+的选择性

在葛根素溶液中加入浓度为5.0×10-5 mol/L的不同金属离子(Hg2+,Ag+,Pb2+,Cu2+,Ba2+,Cd2+,Zn2+,Ni2+,Co2+,Fe2+,Mn2+,Li+,Ca2+,Mg2+,K+,Na+,Fe3+),体系荧光强度几乎不变.

4 荧光猝灭机理

图4 葛根素分子结构式

在葛根素分子中,A,B和C环(见图4)中的碳碳双键以及碳氧双键发生π-π共轭,同时,7位和4’位碳原子连接的羟基中的氧原子以及1位氧原子上的孤对电子参与共轭,发生p-π共轭,所以在葛根素分子结构中,既存在π-π*电子跃迁,也存在p-π*电子跃迁,共轭体系较大,电子跃迁需要的能量降低,吸收波段出现在近紫外波段347 nm(见图1)[16].

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在酸性介质中,7位和4’位碳原子上的酚羟基与H+形成氢键,降低了葛根素分子中的共轭强度,同时带正电荷的Al3+不容易与7位和4’位碳原子上的羟基反应.而弱碱性条件下,7位和4’位碳原子羟基上的氢原子发生解离,生成的阴离子结构,一方面使葛根素分子的共轭效应增强,另一方面,带负电荷的氧原子容易与Al3+发生静电吸引作用.所以在本实验体系中,当溶液的pH值为8.0时,葛根素被Al3+猝灭的荧光强度值达到最大.而进一步增加介质的碱性,葛根素分子中的C环可能会被破坏导致开环.17

5 结论

在Al3+能猝灭葛根素荧光的基础上,本文建立了一种Al3+的分析方法,Al3+的检出限可达9.2×10-8 mol/L,本方法具有试剂价廉,设备常见的特点.

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