聚乙烯吡咯烷酮纳米银荧光增强测定番茄红素

李满秀, 柴莹莹, 王聪聪, 何红芳, 贾左丽

(忻州师范学院化学系,山西忻州 034000)

番茄红素(Lycopene)是一种不含氧的类胡萝卜素，因其结构独特而具有较强的抗氧化性，能强烈清除人体内自由基，具有防癌抗癌、降低胆固醇及其代谢调节、启动修复胰岛细胞、保护心血管、保护皮肤的作用，是功能食品、医药、化妆品等行业的研究热点[1]。目前对番茄红素测定方法主要有：高效液相色谱法[2 - 3]、紫外分光光度法[4]、荧光光谱法[5 - 6]。这些方法各有特点，但也有局限，因此建立准确测定番茄红素的方法很有必要。

纳米银粒子体积小、比表面积大，具有独特的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和良好的抗菌性、生物兼容性及表面易修饰等优点,因此纳米银粒子的研究近年来深受人们的关注[7 - 8]。迄今尚未见利用纳米银粒子测定番茄红素的文献报道。本文室温制备聚乙烯吡咯烷酮纳米银溶液，用荧光、紫外等方法进行光谱表征，研究了番茄红素与纳米银粒子相互作用,通过条件试验，建立了测定番茄红素的新方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

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 -3B型酸度计(上海精密科学仪器有限公司)；78型磁力加热搅拌器 (江苏金坛金城国盛实验仪器厂)；HK-2A型超级恒温水浴箱(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)。

番茄红素(Aladdin试剂公司)。番茄红素储备液：1.0×10-3mol/L;AgNO3、聚乙烯吡咯烷酮K-30、NaBH4(国药集团化学试剂有限公司)，聚乙二醇400、Na2HPO4(天津市化学试剂三厂)，NaH2PO4(天津市申泰化学试剂有限公司)。0.2 mol/L NaH2PO4-0.3 mol/L Na2HPO4缓冲溶液(pH值分别为5.8，6.0，6.5，7.0，7.5，8.0)。所用试剂为分析纯，实验用水为超纯水。

1.2 实验方法

1.2.1纳米银粒子制备[9]向100 mL小烧杯中加入48.5 mL水，分别移取0.5 mL 0.01 mol/L AgNO3溶液、4 g/L聚乙烯吡咯烷酮K-30溶液，放入带有磁力搅拌的25 ℃恒温水浴中搅拌25 min后，加入0.5 mL 4 g/L NaBH4溶液，再继续搅拌10 min，可制得浓度为1.0×10-4mol/L的聚乙烯吡咯烷酮纳米银溶液，将其倒入60 mL棕色小滴瓶中，置于冰箱中保存。纳米银溶液的配制过程均在避光条件下进行。

1.2.2紫外吸收光谱测定取制备的纳米银溶液2.0 mL，聚乙二醇0.3 mL于两支比色管中，其中一支只加入1.0 mL水，另一支只中加入1.0 mL 2.0×10-4mol/L番茄红素溶液，用pH=6.5 NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液定容至5 mL。以水为参比，用1 cm比色皿，于200～700 nm波长范围内分别测定其紫外吸收光谱。

1.2.3荧光光谱测定取制备的纳米银溶液2.0 mL，聚乙二醇0.3 mL于10 mL比色管中，其中一支加入1.0 mL水，另一支加入1.0 mL 5.0×10-5mol/L的番茄红素溶液，用pH=6.5 NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液定容至5 mL，在激发波长338 nm处测定其荧光光谱。另加入1.0 mL 5.0×10-5mol/L的番茄红素溶液于10 mL比色管中，用丙酮定容至5 mL，在激发波长355 nm处测定其荧光光谱。激发和发射狭缝宽度均为10 nm。

1.2.4番茄红素的定量检测在10 mL比色管中依次加入2.0 mL 纳米银溶液、0.3 mL聚乙二醇和1.0 mL不同浓度番茄红素标准溶液，用pH=6.5 NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液定容到5 mL，混合均匀后在室温下反应20 min，测定其荧光强度。

2 结果与讨论

2.1 纳米银-番茄红素体系的光谱特征

室温下对纳米银-番茄红素体系分别进行荧光和紫外检测，其吸收光谱及荧光光谱如图1和图2所示。纳米银溶液紫外吸收峰位于410 nm，纳米银与番茄红素溶液作用后其紫外吸收峰蓝移。纳米银溶液在338 nm激发波长下，荧光最大发射波长为378 nm。与番茄红素溶液作用后，荧光强度明显增加。番茄红素溶液在355 nm激发波长下，荧光发射峰分别为462、491、524 nm。可以看出，纳米银溶液与番茄红素发生了相互作用，番茄红素增强了纳米银溶液的荧光。

图1 纳米银及纳米银-番茄红素的紫外(UV)吸收光谱Fig.1 UV spectra of silver nanoparticles and silver nanoparticles-lycopene 1.silver nanoparticles;2.silver nanoparticles-lycopene.

图2 纳米银-番茄红素的荧光发射光谱Fig.2 Fluorescence emission spectra of silver nanoparticles and lycopene’s interaction1.silver nanoparticles;2.silver nanoparticles-lycoqene;3.lycopene.

2.2 缓冲溶液及pH值的影响

按照实验方法，考察了pH值分别为5.8、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0 的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液对聚乙烯吡咯烷酮纳米银溶液与番茄红素相互作用的影响。结果表明，pH值对聚乙烯吡咯烷酮纳米银溶液与番茄红素体系作用影响不大，实验选择pH=6.5的NaH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液为反应介质。

2.3 聚乙二醇的影响

实验考察了0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mL聚乙二醇对纳米银溶液荧光强度的影响。结果表明，当聚乙二醇的体积为0.1～0.4 mL时，体系的荧光强度适中且基本不变，聚乙二醇的体积大于0.5 mL时，体系的荧光强度不断增强，实验选用聚乙二醇的体积0.3 mL。

2.4 纳米银粒子加入量的影响

纳米银粒子的加入量直接影响番茄红素检测的灵敏度和线性范围。实验考察了0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 mL纳米银粒子对番茄红素检测效果的影响。结果表明，随着纳米银粒子加入量的增大，溶液中存在的番茄红素不足以诱导大量纳米银粒子产生作用，检测的灵敏度降低，线性范围也随之变窄。但纳米银粒子加入量过小，荧光强度变化太小，且稳定性也受到影响，测定误差较大。综合考虑，实验选择加入纳米银溶液2.0 mL。

2.5 反应时间的影响

按照实验方法，移取1.0×10-5mol/L番茄红素溶液1.0 mL，分别反应10、20、30、40、50、60、90、120 min 后进行测定。结果表明，在反应20 min之后，聚乙烯吡咯烷酮纳米银溶液与番茄红素作用基本稳定，实验选择反应20 min后进行测定。

2.6 温度的影响

按照实验方法，移取1.0×10-5mol/L番茄红素溶液1.0 mL，分别在15 ℃、25 ℃、35 ℃、45 ℃、55 ℃时进行实验。结果表明，温度对聚乙烯吡咯烷酮纳米银溶液与番茄红素作用影响不大。因此，实验选择在室温下进行。

2.7 干扰试验

在最佳条件下，考察了常见无机离子、生物小分子对测定番茄红素的干扰。当相对误差在±5%范围时，60倍的Mn2+，30倍的葡萄糖、Ni2+、Na+、K+、 Ca2+，20倍的Zn2+、 Fe3+、Hg2+、尿酸，10倍的Mg2+、Pb2+、Ba2+等，不干扰测定。

2.7 线性范围、检出限和精密度

按照实验方法，在纳米银溶液中加入一系列不同浓度的番茄红素溶液进行测定，以番茄红素浓度(c)为横坐标，相对荧光强度(F/F0)为纵坐标绘制校准曲线。其线性范围为2.0×10-6～8.0×10-5mol/L，回归方程为：F/F0=10 308c+1.0352，相关系数R=0.9950，检出限(S/N=3)为1.6×10-8mol/L。对5.0×10-5mol/L番茄红素溶液平行测定10次，计算得相对标准偏差(RSD)为1.4% 。

2.8 样品测定

2.8.1番茄及番茄沙司样品的提取[10]称取10.9835 g的番茄于250 mL烧杯中，加入100 mL无水乙醇，用玻璃棒搅拌，室温密封放置24 h，过滤，得番茄浸取液。称取0.4949 g番茄沙司(上海忆霖食品有限公司)于50 mL烧杯中，加入10 mL无水乙醇，用玻璃棒搅拌，室温密封放置24 h，过滤，得番茄沙司浸取液。

2.8.2加标回收实验分别移取2.5 mL番茄浸取液和1.0 mL番茄沙司浸取液，稀释至25 mL，在5支比色管中分别加入2.0 mL纳米银溶液、1.0 mL番茄或番茄沙司浸取液的稀释液，再分别加入80 μL、120 μL、180 μL标准溶液，测定后求其平均值，并计算回收率，测定结果见表1。

表1 样品分析结果

3 结论

室温合成聚乙烯吡咯烷酮纳米银溶液，探讨了纳米银粒子和番茄红素的相互作用，建立了纳米银粒子荧光增强测定番茄红素的新方法。方法用于实际样品中番茄红素含量的测定，回收率在98.29%～109.36%之间，为番茄红素的开发利用提供了较好的检测方法。