基于金纳米团簇-荧光素比率荧光探针的氰化物快速分析

doi:10.12116/j.issn.1004-5619.2025.350403

摘要/Abstract

摘要：

目的建立一种基于比率荧光探针的氰化物快速分析方法，为氰化物的现场可视化快速检测提供定量策略。方法以牛血清白蛋白稳定的金纳米团簇（gold nanoclusters，AuNCs；荧光发射波长为660 nm）作为响应单元，荧光素（fluorescein，FL；发射波长为515 nm）作为内参，构建金纳米团簇与荧光素（AuNCs-FL）双发射比率荧光探针。结果氰化物对AuNCs的刻蚀作用导致660 nm处荧光淬灭，而FL在515 nm处荧光信号保持不变，通过红色到绿色的荧光变化实现氰化物的快速分析。该荧光探针可在3 min内完成检测，检出限为3.4 mg/L，可视化检测范围为10~100 mg/L。结论 AuNCs-FL荧光探针组成简单、成本较低，操作简单且快速准确，可避免氰化物检测试剂盒易受硫化物干扰的问题，能够满足氰化物中毒案件中可疑粉末检材的现场快速检测。

关键词: 法医学, 毒物分析, 金纳米团簇, 荧光素, 氰化物, 比率荧光探针, 快速分析, 便携式装置

Abstract:

Objective To establish a rapid analysis method for cyanide based on a ratiometric fluorescent probe, providing a quantitative strategy for on-site visual and rapid detection of cyanide. Methods A dual-emission ratiometric fluorescent probe （AuNCs-FL） was constructed by using bovine serum albumin （BSA）-stabilized gold nanoclusters （AuNCs, fluorescence emission at 660 nm） as the responsive signal unit and fluorescein （FL, emission at 515 nm） as the internal reference. Results The etching effect of cyanide on AuNCs resulted in fluorescence quenching at 660 nm, while the fluorescence intensity of FL at 515 nm remained unchanged, enabling a rapid response analysis of cyanide shift from red to green fluorescence. The developed probe enabled rapid analysis of cyanide within 3 min, with a limit of detection （LOD） of 3.4 mg/L and a visual detection range of 10-100 mg/L. Conclusion The AuNCs-FL fluorescent probe is structurally simple, low-cost, and easy to operate, delivering rapid and accurate results. It also avoids the interference from sulfides encountered in commercial cyanide test kits, making it suitable for the on-site rapid detection of suspected powder samples in cyanide poisoning cases.

Key words: forensic medicine, toxicological analysis, gold nanoclusters （AuNCs）, fluorescein, cyanide, ratiometric fluorescent probe, rapid analysis, portable device

中图分类号:

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图/表 10

图1 自制便携式荧光读取装置实物图A：便携式荧光读取装置内部与外部图；B：便携式荧光读取装置结合手机拍取荧光图像。

Fig. 1 Photographs of the self-made portable fluorescence reading device

图2 AuNCs的光谱表征图像A：AuNCs的紫外-可见吸收光谱图；B：AuNCs的激发和发射光谱图。右上方插图分别为AuNCs在白光和紫外光下的实物图。

Fig. 2 Spectral characterization images of AuNCs

图3 所构建比率荧光探针的光谱表征图像A：AuNCs和氰化物反应前后的荧光光谱图；B：AuNCs和氰化物反应前后的紫外-可见吸收光谱图；C：FL与NaOH和氰化物共存时的荧光光谱图；D：AuNCs-FL探针与氰化物反应的荧光光谱图。

Fig. 3 Spectral characterization images of the constructed ratiometric fluorescent probe

图4 AuNCs-FL探针与氰化物反应条件的优化A：探针与氰化物反应不同时间的荧光图像；B：探针与氰化物反应不同时间的ΔG/R值折线图；C：AuNCs与FL不同体积比获得的荧光图像；D：AuNCs与FL在不同体积比时的ΔG/R值折线图。

Fig. 4 Optimization of reaction conditions for the AuNCs-FL probe and cyanide

图5 单一AuNCs、FL以及AuNCs-FL与系列质量浓度氰化物反应后的荧光图像

Fig. 5 Fluorescence images of single AuNCs， FL，as well as AuNCs-FL after reacting with cyanideat a series of mass concentrations

图6 氰化物质量浓度-G/R的标准曲线

Fig. 6 Standard curve of cyanide massconcentration versus G/R ratio

表1 本方法与其他氰化物荧光分析方法的性能对比

Tab. 1 Performance comparison between this method and other fluorescent analysis methods for cyanide

氰化物荧光分析方法	检出限	反应时间	便携式检测装置	数据来源
碳点-AuNCs法	0.15 μmol/L	-	无	[17]
香豆素探针法	0.22 μmol/L	-	无	[23]
氰乙烯基探针法	12.4 nmol/L	30 s	无	[24]
三重荧光探针法	45 nmol/L	>13 min	无	[25]
Benzo-Hemicyanine法	0.43 μmol/L	-	无	[26]
罗丹明B衍生物法	0.33 μmol/L	30 min	无	[27]
Hg-石墨烯量子点法	3.1 μmol/L	5 min	无	[28]
Calixarene法	0.115 μmol/L	-	无	[29]
HBT-Br-thiazolium法	1.79 μmol/L	2 min	试纸	[30]
三苯胺有机探针法	36 nmol/L	4 min	试纸	[31]
聚集诱导发光活性分子法	6.17 nmol/L	-	试纸	[32]
AuNCs-FL法	52.3 μmol/L	2 min	便携式装置（可读数）	本研究

图7 本方法检测氰化物的性能分析结果A：重现性分析结果；B：硫化物和硫代硫酸物的干扰实验结果。

Fig. 7 Results of performance analysis forcyanide using this method

图8 3种样品加入氰化物前后的荧光图像

Fig. 8 Fluorescence images of three types of samplesbefore and after the addition of cyanide

表2 3种样品氰化物加标后的检测值和回收率

Tab. 2 Detection values and recovery rates of three types of samples spiked with cyanide

样品	氰化物加标质量浓度/（mg·L^-1）	检测值/（ $x ¯$ ±s，mg·L^-1）	回收率/%	RSD/%
白糖	30	30.7±0.6	102.3	1.2
淀粉	30	26.0±1.8	86.7	4.5
泥土	30	29.9±2.2	99.7	4.4

表2 3种样品氰化物加标后的检测值和回收率

Tab. 2 Detection values and recovery rates of three types of samples spiked with cyanide

样品	氰化物加标质量浓度/（mg·L^-1）	检测值/（ $x ¯$ ±s，mg·L^-1）	回收率/%	RSD/%
白糖	30	30.7±0.6	102.3	1.2
淀粉	30	26.0±1.8	86.7	4.5
泥土	30	29.9±2.2	99.7	4.4

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