吖啶橙的赋存状态及发光机理

背景及概述^[1-2]

吖啶橙又名3，6-双(二甲胺基)吖啶盐酸盐。橙色粉末，其水溶液和醇溶液均为橙黄带绿色荧光。吖啶橙(AO)是一种常用的三环芳香类阳离子型的碱性荧光染料。常用于细胞内DNA与RNA的定量测定及活细胞的染色及其它荧光分析。AO的吸收、荧光光谱及强度会受其结构和环境因素(待测物、溶剂、酸碱性、浓度和温度)的影响而发生变化。例如，AO与DNA作用时，激发波长502nm，发射525nm(绿光)。与RNA作用时，激发波长移动到460nm(蓝光)，发射移动到650nm(红光)。当溶液的性质发生变化，AO的吸收与荧光光谱就会发生变化。溶剂效应的研究与分析有利于理解环境效应和溶液中激发态分子的去激发作用和驰豫现象及发光机理。

吖啶橙的结构及与H+或OH-相互作用^[2]

AO分子含有给电子基团二甲胺基，而且环上的氮原子并未参与成键，仍以sp2杂化，与苯环形成n-π共轭，因此，吖啶环上N原子易发生季铵碱反应。AO与H+或OH-相互作用，于是，AO可以看作为具有共轭酸碱型的荧光染料，酸性基团的离解作用或碱性基团的质子化作用，可能改变与发光过程相竞争的非辐射跃迁过程的性质和速率，也会改变AO在水溶液中氢键的形成能力，从而影响化合物的荧光光谱和强度。

赋存状态及发光机理^[2]

1）赋存状态

为了进一步探讨AO在溶液中的聚集状荧光强度值变化曲线，检测了不同浓度的AO的荧光光谱，考察荧光λmax的变化。在稀AO溶液中，荧光强度。随AO浓度增大，荧光强度越弱。相对稀溶液AO的荧光光谱，浓度大的AO荧光λmax红移。这可解释吖啶橙在稀溶液中呈绿色；在浓溶液中，呈现橙红色，是因在浓溶液中出现二聚体和多聚体。这说明在稀溶液中只有AO单体，在较高浓度的溶液中，AO单体与AOAO二聚体形式共存，在高浓度溶液中，AO单体很少，主要以AOAO二聚体或(AO)n多聚体形式存在。AO在低浓度水溶液中比在高浓度易形成氢键，其荧光光谱向短波方向移动。

2）发光机理　

AO分子存在给电子取代基[─N(CH3)2]上的非键孤对电子，在AO分子中存在n-π＊跃迁和分子内电荷转移跃迁，与杂氮芳环之间存在着激发态电荷转移作用而扩大了共轭体系，导致荧光光谱在水溶液中向长波方向移动。溶液pH的变化，对AO上的非键孤对电子有影响。AO质子化作用使得共轭体系范围减小，导致荧光光谱在水溶液中向短波方向移动，AO离解作用又使得激发态内电荷发生转移而扩大了共轭体系，导致AO在碱性条件下荧光光谱向长波方向移动，荧光强度降低。溶液氢键的形成能力的光谱位置有较大影响，随着氢键的形成能力增大，最低激发态单重态与基态之间的能量间隙增大，荧光光谱向短波方向移动。

应用^[3-5]

在分析化学中用作荧光指示剂，也用于肿瘤细胞及细菌等染色。市售品也有为硫酸盐者。其应用举例如下：

1）吖啶橙共振光散射法测定脱氧核糖核酸。有实验研究了吖啶橙与DNA作用的共振散射光谱，发现在pH11的碱性溶液中痕量核酸对吖啶橙的共振散射光产生增强作用，且增强程度与核酸浓度之间有良好的线性关系。据此建立了测定核酸的高灵敏共振光增强分析方法。其散射波长均位于324nm处，测定鱼精DNA(fsDNA)的线性范围是3.1×10-8～7.3×10-6g·mL-1，检测限20.5ng·mL-1，测定小牛胸腺DNA(ctDNA)的线性范围是7.5×10-8～9.8×10-6g·mL-1，检测限20.8ng·mL-1。该方法简单，操作方便，选择性好，灵敏度高，用于合成样品的测定结果满意。

2）吖啶橙分光光度法测定双酚A。在酸性介质中，双酚A对羟基自由基氧化吖啶橙的反应具有抑制作用，据此建立了测定双酚A含量的分光光度分析方法。确定了实验条件，在此条件下得到吖啶橙溶液吸光度的变化值与双酚A浓度的线性关系，其线性范围为10~200ng/mL，工作曲线为ΔA=0.643logρ-0.544，线性相关系数为0.9991，检出限为1.05ng/mL。应用本法测定4种塑料制品中双酚A的含量，回收率在95.0%~104.3%之间，RSD在1.7%~3.1%之间。

3）吖啶橙-氧化石墨烯荧光猝灭法测定多巴胺。在酸性介质中氧化石墨烯对吖啶橙的荧光发生猝灭作用，此时加入适量多巴胺，则导致体系的荧光强度增强，且增强程度与多巴胺的加入量成正比。据此建立了吖啶橙-氧化石墨烯荧光光度法测定多巴胺的方法。多巴胺的质量浓度在0.05~12.0μmol/L范围内呈线性，线性方程为ΔIF=3.9+57.8c(μmol/L)，相关系数r=0.9933；检出限为2.9nmol/L。该方法具有良好的选择性，应用于实际样品的测定，结果满意。

主要参考资料

[1] 化学物质辞典

[2] 吖啶橙受溶液pH和浓度变化的光谱研究

[3] 吖啶橙共振光散射法测定脱氧核糖核酸

[4] 吖啶橙分光光度法测定双酚A

[5] 吖啶橙-氧化石墨烯荧光猝灭法测定多巴胺