（分析化学专业论文）有机过氧化物的化学发光研究.pdf

摘要 摘要 有机过氧化物是一类具有过氧链结构( o o ) 的化合物，在日常生活和工业生产中都 有着广泛的应用。研究其检测方法对有机过氧化物的浓度控制和安全性评价意义重大。 本文利用有机过氧化物与鲁米诺( 1 u m i n 0 1 ) 反应可产生化学发光的现象，首先研究了直接 化学发光法检测有机过氧化物的方法。然后，对于另外一类含有c = c 的不饱和有机化 合物，我们研究了首先将它们与单线态氧( 1 0 2 ) 反应后转化为过氧化物，再进行化学发光 检测的可行性。 过氧化苯甲酰( b e n z o y lp e r o x i d e ，b p o ) 是一种常见的有机过氧化物，可作为面粉改 良剂用来提高面粉的白度。在催化剂血色素( h e m a t i n ) 的作用下，b p o 与鲁米诺反应可产 生很强的化学发光，据此，本文建立了流动注射化学发光法测定面粉中过氧化苯甲酰 的新方法。该方法的线性范围在5 o 1 0 毋5 0 1 0 m o l l ，工作曲线回归方程为y = 2 2 1 5 1 0 8 x + 2 4 0 1 ，线性相关系数r = 0 9 9 9 2 ，检出限为6 0 1 0 1 1m o l l 。对浓度为1 0 1 0 罐m o l l 的b p o s x 定2 0 次，相对标准偏差为2 8 。该方法无需繁杂的样品预处理过程， 简便、快捷、准确可靠，其灵敏度大大超过了高效液相色谱中的紫外检测，可作为一种 检测手段应用于市场上面粉质量的安全控制。 为了不饱和有机物与1 0 2 的反应能顺利进行，首先需要采用合适方法制得1 0 2 并对 1 0 2 的产生进行确认。本文采用光敏化法制得1 0 2 ，并使用一种水溶性的1 0 2 捕获剂c h d d e 对1 0 2 进行捕获。同时，结合紫外检测、高效液相等手段对c h d d e 的捕获能力进行了评 估，证明了反应过程中1 0 2 的产生，为不饱和有机物与1 0 2 的反应奠定了物质基础。 油酸( o l e i ea c i d ，o a ) 是一种典型的不饱和脂肪酸，通过与光敏化反应产生的1 0 2 反应得到油酸过氧化物，然后在流动注射条件下与l u m i n o l 体系反应产生化学发光，实现 油酸的化学发光检测。在优化的实验条件下，油酸浓度在1 0 1 0 一1 0 1 0 6 m o l l 范围 内反应化学发光强度i 与油酸浓度c o a 成线性关系，线性回归方程为y = 1 2 7 9 1 0 3x + 2 6 9 3 ，其中y 为相对发光强度，x 为油酸的浓度，线性相关系数为r = 0 9 9 0 2 。对浓度为 1 0 1 0 刁t o o l l 的油酸测定1 2 次，相对标准偏差为3 5 。计算得到测定油酸的检出限为 2 0 1 0 - g m o l l 。 在b p o 的分析检测过程中使用了血色素作催化剂，大大提高了检测的灵敏度，实现 了有机过氧化物的高灵敏检测。而通过对油酸与1 0 2 反应将不饱和有机物转化为过氧化 物的办法实现了对不饱和有机物的间接检测，为此类物质的分析检测提供了二种新的思 路和方法，可以在以后的研究工作和工业生产中得到应用和推广。 关键词：化学发光；有机过氧化物；单线态氧；血色素 a b s t r a c t a b s t r a c t o r g a n i cp e r o x i d e s ，a sac l a s so fc o m p o u n d sc o n t a i n i n g 00 ，a r ea p p l i e dw i d e l yi no u r d a i l yl i f ea n di n d u s t r y d e t e c t i o no ft h e s ec o m p o u n d si so fg r e a ts i g n i f i c a n c et oc o n c e n t r a t i o n c o n t r o la n ds a f e t ye v a l u a t i o no fo r g a n i cp e r o x i d e s a c c o r d i n gt ot h ep h e n o m e n o nt h a t c h e m i l u m i n e s c e n c ei sp r o d u c e db yt h er e a c t i o no fo r g a n i cp e r o x i d e sw i t hl u m i n o l ，m e t h o d s o fd i r e c td e t e r m i n a t i o no fo r g a n i cp e r o x i d e sa r es t u d i e di nt h i sp a p e r f u r t h e r m o r e ，w es t u d y t h ef e a s i b i l i t yo fc h e m i l u m i n e s c e n c ed e t e c t i o no fo r g a n i cp e r o x i d e sp r o d u c e db yt h er e a c t i o n o fu n s a t u r a t e do r g a n i cc o m p o u n d sc o n t a i n i n g - c = c - w i t hs i n g l e to x y g e n a saf l o u ri m p r o v e rt oi m p r o v ef l o u rw h i t e n e s s ，b e n z o y lp e r o x i d e ( b p o ) i sau s u a l o r g a n i cp e r o x i d e b a s e do nt h ef a c tt h a ti n t e n s ec h e m l u m i n e s c e n c ei sp r o d u c e di nt h er e a c t i o n o fb e n z o y lp e r o x i d ew i t hl u m i n o li nt h ep r e s e n c eo fh e m a t i n 嬲ac a t a l y s lan e wm e t h o di s e s t a b l i s h e dt od e t e c tb e n z o y lp e r o x i d eb yf l o wi n j e c t i o n c h e m i l u m i n e s c e n c em e t h o d w i 也 t h i sm e t h o d b p oc a l lb ed e t e c t e dl i n e a r l yi nt h ec o n c e n t r a t i o nr a n g eo f5 0 1 0 哼一5 0 1 0 - 7 m o l l ，t h ec a l i b r a t i o nc u r v ei sy = 2 215 10 6 x + 2 4 01 ，谢t hac o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tr = 0 9 9 9 2 t h ed e t e c t i o nl i m i ti se s t i m a t e dt ob e6 0 10 - 1 1 m o l la n dt h er e l a t i v es t a n d a r d d e v i a t i o ni s2 8 f o r1 0 x1o 啼m o l lb p o ( n = 2 0 ) 1 1 1 em e t h o di ss i m p l e f a s t , a n dr e l i a b l e w i t h o u tc o m p l i c a t e ds a m p l ep r e t r e a t m e n tp r o c e s s ，a n di ti sa l s om u c hm o r es e n s i t i v et h a n c o n v e n t i o n a lh p l cm e t h o dw i t hu vd e t e c t i o n , t h u si tc a nb ea p p l i e da sad e t e c t i o nm e a n st o c o n t r o lt h ef l o u rq u a l i t yi nt h em a r k e t f o rt h ep u r p o s et h a tu n s a t u r a t e do r g a n i cc a nb er e a c t e d 晰廿l1 0 2s u c c e s s f u l l y , s u i t a b l e m e t h o d sa r en e e d e dt op r o d u c t1 0 2a n de o m f i r r nt h eg e n e r a t i o no f1 0 2 i nt h i sp a p e r , 1 0 2w a s g e n e r a t e db yp h o t o s e n s i t i z a t i o na n dt r a p p e db yc h d d e a saw a t e r - s o l u b l e1 0 2t r a p t h e n , 埘n lm e t h o d so fu v ，h p l c ，e t c ，t r a p p i n ga b i l i t yo fc h d d ew a se v a l u a t e da n dt h e g e n e r a t i o no f1 0 2w a sc o n f i r m e d 1 1 1 e s er e s u l t sl a i dam a t e r i a lf o u n d a t i o nf o rt h er e a c t i o no f u n s a t u r a t e do r g a n i cc o m p o u n d sw i t h1 0 2 a sat y p i c a lu n s a t u r a t e df a t t ya c i d ，o l e i ea c i dc a l lr e a c tw i t h 10 2w h i c h w a sg e n e r a t e db y p h o t o s e n s i t i z a t i o n 。t h ep r o d u c to ft h i sr e a c t i o ni so l e i ca c i dp e r o x i d e u n d e rt h ec o n d i t i o no f f l o wi n j e c t i o n , o l e i ea c i dc a nb ed e t e r m i n e db yc h e m i l u m i n e s c e n c ep r o d u c e di nt h er e a c t i o n o fo l e i ca c i dp e r o x i d ew i t hl u m i n 0 1 u n d e ro p t i m u mc o n d i t i o n s c h e m i l u m i n e s c e n c ei n t e n s i t y d e m o n s t r a t e dg o o dl i n e a rr e l a t i o n s h i pw i t ho l e i ca c i dc o n c e n t r a t i o ni nt h er a n g eo f1 0 10 哂 1 0 10 o l l ，t h el i n e a re q u a t i o ni sy = 1 2 7 9 10 葛x + 2 6 9 3 ，w h e r eyi sr e l a t i v e c h e m i l u m i n e s c e n c ei n t e n s i t ya n dxi so l e i ca c i dc o n c e n t r a t i o n w i t hac o r r e l a t i o nc o e 伍c i e n tr = 0 9 9 0 2 1 1 1 ed e t e c t i o nl i m i ti se s t i m a t e dt ob e2 0 10 叫m o l la n dt h er e l a t i v es t a n d a r d d e v i a t i o ni s3 5 f o r1 0 1 0 - t m o l lo l e i ca c i d ( n = 1 2 ) b p ow a sd e t e c t e dh i g l l 一s e n s i t i v e l yb yu s i n gh e m a t i na sac a t a l y s tt oi m p r o v et h e d e t e c t i o ns e n s i t i v i t y i na d d i t i o n , o l e i ca c i dw a sd e t e r m i n e di n d i r e e t l yb yt r a n s f o r m i n gt o p e r o x i d e 谢t l l 0 2 t h u s ，n e wi d e a sa n dm e t h o d sa r ep r o v i d e dt od e t e c tt h i sc a t e g o r yo f c o m p o u n d sa n dc a t lb ew i d e l ya p p l i e da n dp o p u l a r i z e di nr e s e a r c h e sa n di n d u s t r y k e y w o r d s ：c h e m i l u m i n e s c e n c e ；o r g a n i cp e r o x i d e s ；s i n g l e to x y g e n ；h e m a t i n i l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是誉人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签 名：翌兰雪 日 期：旋叟宰：二! 羔：f 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签 名：蔓缝毒一导师签名： r 琵蠢了 第一章绪论 第一章绪论 1 1 化学发光介绍 1 1 1 化学发光简介i i ，2 l 化学发光是指吸收了化学反应能的分子由激发态回到基态时所产生的光辐射现象， 广义的化学发光也包括电致化学发光。 对于化学发光现象人们并不陌生，它是指某些化学反应中发出可见光的现象。对于 化学发光现象的认识可以追朔到古代，最早发现的化学发光现象发生在生物体内，如萤 火虫，现在称为生物发光( b i o l u m i n c s c e n c c ，b l ) 1 3 】，是由生物体发出的可见光而得名。发 光生物体广泛存在于自然界，大约有1 3 大类近千种。海洋中9 0 9 5 的生物都能发 光。人类在古代就对生物发光进行了观察和研究，但没人知道为什么有的生物能发光， 而有的生物不能发光。1 9 世纪8 0 年代末，法国生理学家d u b i o s 首次解释了发光的化学 机制，把这种发光现象归属于一种相对简单的有机反应。人们把通过化学反应产生的发 光现象称为化学发光，而把生物体内的发光和有酶参与的化学反应产生的光称为生物发 光。从化学角度讲，上述的发光都经历了化学反应，因此人们也把生物发光划归为化学 发光的一个重要分支。 化学发光分析法作为一种新的检测方法弥补了过去检测手段中出现的精确度低操 作复杂等缺点，以其灵敏度高、线性范围宽、仪器设备简单、操作方便、分析快速和容 易实现自动化，且可以与其他分析方法联合使用等特点，成为分析化学中一个十分活跃 的研究热点，并与众多学科相交叉，研究和应用领域越来越广泛。从2 0 世纪6 0 年代的 气相色谱、7 0 年代的液相色谱、8 0 年代的毛细管电泳到9 0 年代的微流控芯片等分离技 术的出现，为化学发光这一高灵敏度检测技术提供了用武之地。近年来，高效液相色谱 化学发光检测的分析方法、化学发光成像技术、化学发光免疫分析法和生物的超微弱发 光在生命科学、临床医学和环境化学等许多领域的应用都已成为研究的热点。 直到1 9 2 8 年，a l b r e c h t 才观察到鲁米诺( 3 氨基苯二甲酰肼) 在碱性介质中的化学发 光行为，并描述了这一反应的机理。鲁米诺化学发光现象的发现，是有机化合物发光研 究史上的一个里程碑。由于它有很高的发光效率，结构简单，容易合成，有较好的水溶 性，得到深入和广泛的研究。 由于大多数化学发光非常微弱，且稍纵即逝，早期的化学发光研究进展一直比较缓 慢，几乎没有获得实质性的应用。到了6 0 年代以后，由于现代电子技术和高灵敏的光 电传感器的发展，光电倍增管的诞生，化学发光凭着设备简单，分析速度快以及灵敏度 高，成为一种有效的微量和痕量分析手段，已经在环境科学、临床检验、药学、工业分 析等领域得到广泛的应用。但是，化学发光分析法也存在着选择性差的问题，限制了这 一方法的应用范围。 1 1 2 化学发光机理 化学发光是指某些化学反应中发出可见光的现象。其发光机理是：反应体系中的某 江南大学硕士学位论文 些物质分子，如反应物、中间体或者荧光物质吸收了反应释放的能量而由基态跃迁至激 发态，然后再从激发态返回基态，同时将能量以光辐射的形式释放出来，产生化学发光。 其过程主要有两种可能：( 1 ) 物质a 和b 反应，产生激发态c ，c 为发光物质直接发 出可以测量的光；( 2 ) 物质a 和b 反应，同样产生中间体c ，当体系存在另一种易于 接受能量的荧光物质f 时，c 把能量转移给荧光体，使得荧光物质接受了能量由基态 跃迁至激发态，当激发分子返回基态时，产生发光现象，其发光体为荧光物质，发光波 长与荧光物质的荧光发射波长相一致。其化学发光反应的过程如下： a + b _ c + d c _ c + 办1 ， 或者a + b c + d c 辜+ f - f + c f _ f + h v 根据上述的反应过程，一个化学反应要产生化学发光现象，必须满足一下三个条 件：第一，反应中可提供足够的激发能，并由某一步骤单独提供，因为前一反应释放的 能量将因振动弛豫消失在溶液中而不能发光；第二，有有利的反应过程，使化学反应的 能量能至少被一种物质所接受并产生激发态；第三，激发态分子具有一定的化学发光量 子效率释放出光子，或者能够转移它的能量给另一个分子使之进入激发态并释放出光 子。 化学发光反应之所以能够应用于分析测定，是因为化学发光强度与化学发光速率相 关联，因而一切影响反应速率的因素都可以建立测定方法的依据。化学发光强度( i c e ) 取 决于化学反应的速率、激发态产物的效率和激发态物质的发光效率。 i c l = 西c ld c d t = ( d e x o e md c d t 式中i c l 化学发光强度( 每秒发射的光子数) ； d c d t _ 一化学反应速率( 每秒的反应分子数) ： c i _ 一化学发光量子产率( 每一个参加反应的分子发射的光子数) ； e ) ( 一激发态量子产率( 每一个参加反应的分子产生的激发态) ； e 旷一发光量子产率( 每一个激发态产生的光子数) 。 对于一定的反应，吼l 为一定值。通常可用于分析化学的化学发光系统的o c l 在 0 0 1 0 2 0 之间。化学发光测定受化学反应条件，如p h 值、离子强度、溶液组成、温 度等的影响，影响反应速率或者任意一个量子效率的因素都会改变发光强度。因此，在 一定化学反应条件下，通过测定化学发光强度就可以测定反应中某种物质的浓度。 化学发光分析测定的物质可以分为三类：第一类物质是化学发光反应的反应物；第 二类物质是化学发光反应中的催化剂、增敏剂或抑制剂；第三类物质是偶合反应中的反 应物、催化剂或增敏剂等。通过标记这三类物质还可以测定人们感兴趣的其他物质，近 一步扩大化学发光分析的应用范围。 化学发光过程中产生电子激发态的能量来自于化学反应，对于在可见光区的反应， 反应需要放出至少1 6 8 2 9 4 k j m o l d 的热量。通常具有这种能量的反应是氧化反应，这 2 第一章绪论 些能量的释放必须来自键断裂时电子的转移。所以，化学发光分析也是氧化还原反应过 程中能量转移的测定，这是化学发光分析区别于其他光学测定法的重要标记和特征之 一o 1 1 3 化学发光的分类 化学发光按其反应介质的状态，主要有气相和液相两大类，如用于大气污染物n o 、 n 0 2 、s 0 2 等测定的化学发光体系属气相化学发光，而用于过氧化氢、金属离子以及大 量的有机化合物测定用的鲁米诺、过氧草酸酯、光泽精等化学发光体系属于液相化学发 光。 除上述提及的化学发光分类外，电致化学发光和生物发光也是化学发光的两种主要 形式。 电致化学发光或电化学发光( e l e c t r o g e n e r a t e dc h e m i l u m i n e s c e n c e ，简称e c l ) 1 4 是将 电化学手段与化学发光现象相结合的一种方法。电致化学发光是利用电化学手段，通过 电极给含有化学发光物质体系施加适当的电压或电流，使其中某些成分在电极上发生氧 化还原反应，从而产生某种具有化学活性的物质，该物质能与发光物质反应并提供足够 的能量，致使发光物质的基态电子跃迁到激发态，当激发态电子回到基态时便发出一定 波长的光，或者利用电极提供能量直接使发光物质进行氧化还原反应，并生成稳定的中 间产物，该产物迅速分解导致发光。因此电致化学发光分析是基于电解过程中所产生光 强度的测量。 生物发光是化学发光的一个重要分支，人们最早对化学发光的认识就是对生物体发 光现象的观察。萤火虫的发光是人们最常见的一种生物发光。常见的生物发光体系主要 有萤火虫荧光素荧光素酶发光体系、甲壳动物荧光素发光体系、细菌发光体系等【5 】。生 物发光已得到了广泛的应用，主要可应用于微生物与细胞研究中的生物统计、临床化学、 制备生物化学以及组织化学等。 1 2 单线态氧简介 单线态氧( s i n g l e to x y g e n ，1 0 2 ) 是很多化学发光反应的中间体，也在很多生理反应和 生物研究中起着重要作用。自从1 9 6 3 年k h a n 和k a s h a 采用化学发光的方法检测了c 1 0 一 h 2 0 2 反应产生的1 0 2 以来，这种活性很高的分子氧已经成为各方面研究的热点。单线态 氧的研究已经涉及到化学、生物等各个领域，特别是在医学和生理学中，单线态氧起着 非常重要的作用，如细胞中d n a 的损坏，蛋白质的氧化，癌症的光治疗睁8 】等都与单线 态氧有重要关系。但由于单线态氧存在寿命极短，反应活性高，这为单线态氧的检测和 研究带来了很多困难。 量子力学中，自旋角动量m s 可取( 2 s + 1 ) 个值，s 是自旋量度耦合成总自旋量度。如 果分子中有两个不成对电子，分占两个轨道，则s = 1 ，m s 有1 ，0 ，1 三个值，那么这种分子 在磁场中呈现三个能级，其自旋多重性为三，称为三重态。如果分子中两个电子成反向自 旋，则s = 0 ，m s 只有一个值( m s = o ) ，即这种分子在磁场中只有一个能级，其自旋多重性 为一，称为单线态。图1 1 为氧分子反键轨道的电子分布图，根据分子轨道理论，氧分 3 江南大学硕士学位论文 子内有两个不成对电子，分占两个轨道平行自旋时，其自旋多重性为三，即三重态3 0 2 ， 即基态氧( 3 g ) 。当氧分子由3 g 态吸收能量到第一激发态1 g 时，两个兀电子占共占一个 轨道，自旋方向相反。而单线态氧1 0 2 是分子氧的第二激发态即高能状态1 ，两个n 电 子分占两个轨道，自旋方向相反。 s t a t eo r b i t a la s s i g n m e n t 1 f + 厶g 1 a g 3 v 一 二唱 图1 1 氧分子各能级兀反键轨道电子分布图 f i g 1 - 1e l e c t r o n i cd i s t r i b u t i o no f 兀a n t i - b o n d i n go r b i t a lo f o x y g e nm o l e c u l a r 在本文中，1 0 2 主要是作为过氧化剂与不饱和有机物反应进而得到过氧化物。为了 这一反应的顺利进行，我们首先需要寻找合适的方法制得1 0 2 并对1 0 2 的产生进行监测， 为其与不饱和有机物的反应提供物质基础。为此，下面介绍了1 0 2 的几种产生方式和检 测方法。 1 2 1 单线态氧的产生 k h a n 和k a s h a 最早用c i o 一h 2 0 2 反应的方法在实验室中证明了1 0 2 的产生。这种方法 是一种经典的产生1 0 2 的方法，在后来的研究中被广泛研究和推广。到现在为止已经发 现了很多种不同的方法来得到1 0 2 ，其中比较常见的有光敏化法和化学反应法。 1 ) 光敏化法 这种方法的基本原理是光敏剂在光照条件下吸收各种波长的光从基态跃迁到激发 态，激发态的光敏剂把能量或电子传递给不吸收光的氧气分子，产生活性很强的单线态 氧( 1 0 2 ) 或过氧阴离子自由基( 0 2 - ) 等活性氧。目前关于光敏化法制取单线态氧的报道很 多，常用的光敏化剂有玫瑰红、荧光黄、亚甲基兰、叶绿素和血卟啉等【9 ，1 0 1 。由于反应 所需的原料较少( 光敏剂和光) ，这种方法产生的单线态氧比较干净，其它过氧化物等物 质对其干扰较小，所以是实验室中制取单线态氧的常用方法。 2 ) 化学反应法【l l j 最常用的是c i o 一h 2 0 2 反应法，这种方法产生单线态氧速度较快，产生效率也很 高，利于捕获，但由于反应物中含有h 2 0 2 等过氧化物，可能对后面的捕获和检测产生较 大干扰，所以需要采取各种办法降低或者消除这种干扰。 4 o 第一章绪论 1 2 2 单线态氧的检测方法 由于单线态氧的寿命很短，反应活性高，使单线态氧的分析测定成为了一个世界性 的难题，目前还没有专一有效的方法对其进行测定。而正是由于单线态氧的化学反应活 性较高，能与很多化学物质发生化学反应，因此可以根据反应的生成物或者反应物的变 化程度间接对单线态氧进行定性和定量分析。通常采用的方法有化学发光法，分光光度 法，荧光光度法，磷光光度法等。下面分别对这几种方法进行介绍。 1 ) 化学发光法 化学发光法对于单线态氧的检测具有很高的灵敏度，广泛应用于单线态氧的分析和 检测中。化学发光法检测单线态氧的原理是探测分子与单线态氧反应产生能量较高的化 合物，这些化合物迅速分解并以光的形式放出能量或与引发剂作用发出可检测的信号。 目前比较成功且常见的检测单线态氧的化学发光体系有鲁米诺法、光泽精( 1 u c i g e n i n ) 法 和c y p r i d i n al u c i f e r i na n a l o g ( c l a ) 法。 鲁米诺在碱性条件下( 如p h = 1 0 ) 水解为单价阴离子，然后再催化剂如酶或f e 2 + 、 c 0 2 + 、n i 2 + 等离子的作用下与溶液中的溶解氧或者1 0 2 、h 2 0 2 等活性氧反应，同时放出光 子【1 2 1 。所以，从理论上讲，鲁米诺化学发光法可以适用于不同介质中h 2 0 2 、0 2 、。o h 、 1 0 2 的测定，这就导致了这种方法选择性差的问题。因此这种方法通常作为一种辅助方 法应用于单线态氧的定性和定量分析中。 在碱性条件下，光泽精与h 2 0 2 、0 2 等作用形成激发态n 甲基吖啶( n m e t h y l a c r i d a n ) 1 3 】。光泽精的选择性相对比较高，它只有在超氧活性自由基的存在下才能 发生化学发光反应。但由于在实际分析中，h 2 0 2 分解也会产生0 2 。、1 0 2 等，对分析结果 造成干扰。 1 9 7 0 年，日本化学家g o t o 等【1 4 】合成了一种特殊的化学发光试剂2 - m e t h y l 一6 - p h e n y l 3 ， 7 - d i h y d r o i m i d a z o - 1 ，2 - a 】p y r a z i n - 3 o n e ( c l a ) 。c l a 不与生物体内的h 2 0 2 或者o h 发生反 应，而只与0 2 或者1 0 2 发生化学发光反应，发光波长为3 8 0 n m ”】。这一现象已经应用于 生物体内白血球的功能性检测方面的研究【l6 ，1 7 1 。 2 ) 色谱法 色谱法特别是h p l c 通常采用紫外检测器依据探针捕获单线态氧前后吸光度的变化 进行测定，所以色谱法通常与吸光光度法联用。s m i t h 等f 1 8 ，1 绷研究结果表明，1 0 2 与胆固 醇发生特异性反应，生成5 a 过氧化胆固醇【2 们，而胆固醇的自动氧化反应或者自由基反 应的生成物分别为7 a 过氧化胆固醇和7 p 过氧化胆固醇，经过h p l c 分离后，可以确 认不同的反应生成物1 2 1 1 。这两类不同的生成物同时也证明1 0 2 与胆固醇反应的特异性。 但是由于1 0 2 与胆固醇反应速度慢，导致测定的灵敏度低，在实际应用过程中，往往采 用c 1 4 标记胆固醇来提高检测灵敏度。这一方法已被应用于生物微粒体脂质的过氧化反 应【2 2 1 ，含有增感剂的磷脂膜中产生的1 0 2 2 3 】的测定。 3 ) 荧光光度法 当激发态氧分子电子由激发态跃迁回基态时，会以光的形式释放能量而产生荧光， 就可以通过荧光光度仪对单线态氧进行检测。1 0 2 通常有两种跃迁方式：1 0 2 3 0 2 + 江南大学硕士学位论文 h v ( 1 2 6 8 n m ) ；2 1 0 2 2 0 2 + h v ( 6 3 4 n m 和7 0 3 r i m ) 。1 2 6 8 n m 的发光属于1 0 2 的特异发光波长 已被公认。因此可以通过测定这一波长的发光对1 0 2 的进行定性和定量测定。这种方法 是最直接的检测单线态氧的方法，但由于荧光光度法本身的限制，目前直接利用荧光光 度法测定单线态氧的报道不多。它常常需要结合其它手段才能实现对1 0 2 的检测，m i c h a l w o z n i a k 等【2 4 j 采用了一种1 0 2 捕获剂l ，3 d i p h e n y l i s o b e n z o f u r a n ( d p b f ) 对细胞膜磷脂层 中的1 0 2 进行捕获后，再结合荧光分析等手段实现了1 0 2 的测定。这种方法的检测灵敏度 较低，而且对反应条件要求较高。 4 ) 电子自旋共振法( e s r 法) 1 9 7 6 年l i o n 使用了这种方法对单线态氧进行检测后，这种方法被广泛用于光敏化反 应中单线态氧的测定。e s r 的基本原理是单线态氧的自旋捕获剂与单线态氧发生作用导 致e s r 信号的改变。r y u s e ik o n a k a 等 2 5 , 2 6 以p ( 2 ，2 ，6 ，6 一t e t r a m e t h y l 一4 一p i p e r i d o n e ) 作为自旋捕获剂，研究了二氧化钛乙醇溶液激发产生的单线态氧和超氧离子。这种方法 灵敏度高，但也存在选择性差的问题，其它种类的活性氧如0 2 。等也会对测定的e s r 信号 产生干扰。同时由于受到共存离子、溶剂等条件的影响，使得定量检测误差较大。 1 3 有机过氧化物简介 1 3 1 有机过氧化物的性质及用途 有机过氧化物是过氧化氢( h 2 0 2 ) 中的一个或两个氢原子被有机基团取代之后的衍生 物。它含有二价o o 结构，通式为r - o o r ，是具有强氧化性的有机化合物。自1 8 5 8 年b r u d i e 第一次合成过氧化苯甲酰( b e n z o y lp e r o x i d e ，b p o ) 以来，有机过氧化物已经历了 1 0 0 多年的历史。随着现代工业的不断发展，目前国内外已经有1 0 0 多种有机过氧化物投 入到了工业化生产中，应用范围也涉及到了高分子合成，环境污染、食品科学和化妆品 工业等诸多领域。 根据分子内过氧化键的数目多少，可以将有机过氧化物分为一元，二元及多元有机 过氧化物口7 1 。有机过氧化物的主要类型、产品、和用途如表1 所示。 有机过氧化物作为氧化剂【2 引，交联剂四，引发剂【3 0 ，3 1 】等广泛应用于合成树脂，合成 橡胶等合成工业和聚合反应中。此外，在我们的日常生活中，也存在很多的有机过氧化 物，比如漂白剂，消毒剂，脱色剂【3 2 1 ，包括有些食品中含有的添加剂比如面粉中添加的 过氧化苯甲酰( b p o ) 等。在生物体的生理活动中，某些蛋白质，核酸，脂质体等被过氧 化产生有机过氧化物从而影响生物体的生理活动【3 3 】。有机过氧化物在我们的生产和生活 中具有不可或缺的作用，是一种重要的生产和生活原料。 绝大多数的有机过氧化物为无色或者淡黄色的液体，或者是白色粉末到结晶状态的 固体。一般具有弱酸性，多数不溶于水，易溶于邻苯二甲酸和二甲酯等有机溶剂。并且 有机过氧化物易分解，不稳定，易燃易爆，对热，摩擦和震动很敏感，这就要求事先对 它进行准确的安全评价，做好安全防范措施，否则很容易引起火灾和爆炸事故洲。所以 采用适当的办法对有机过氧化物进行快速准确的安全评价，对有机过氧化物的安全生 产，贮存，运输，使用进行有效的安全监测是非常重要的。 6 第一章绪论 表1 有机过氧化物的主要类型、典型产品及用途 t a b l elc a t e g o r i e s ，t y p i c a lp r o d u c t sa n da p p l i c a t i o no fo r g a n i cp e r o x i d e s h 2 0 2 中o ? o 键长0 1 4 9 n m ，键f l 皂2 0 3 9 8 l o k j m o l ；而0 2 分子中0 = 0 键键长0 1 2 0 7 n m ， 键f l 皂4 9 3 2 4 k j m o l ，可见h 2 0 2 分子中的过氧键长而弱，即内能较高，稳定性较差。 有机过氧化物的结构决定了它的性质，有机过氧化物的o o 键键长而弱，键能较 小，因此容易断裂。有机过氧化物的还原电势较高，内能高，稳定性差。因此有机过氧 化物具有较强的氧化性，与许多不饱和烃，含硫化合物，含氧化合物及铁，铜等金属发 生氧化还原反应。 有机过氧化物稳定性较差，遇热分解，分解反应产生的自由基进一步诱导有机过氧 化物的分解，从而发生自由基连锁反应，使分解速率加剧，当分解非常迅速时，分解反 应产生的热量不能及时释放，温度迅速上升，从而引起爆炸等情况产生。同时，铁，钴， 锰等过渡金属，金属离子及化合物能够催化有机过氧化物的分解。金属离子在催化反应 过程中由于电子的得失发生价数变化，本身不会消耗，金属离子只起传递自由基的作用， 故只要有微量金属离子存在，就会显著加速有机过氧化物的分解【3 5 1 。此外，橡胶等其他 很多物质也能促使有机过氧化物的分解 有机过氧化物属于第5 2 类化学危险品【3 6 1 。在常温常压下，有机过氧化物经碰撞， 摩擦，加热等作用，可能发生燃烧或爆炸。并且有些过氧化物比如过氧羧酸，过氧酸酐 等具有腐蚀性，能腐蚀铁，铜，铅，锌等金属。同时有机过氧化物广泛存在于大气、降 水和植物叶片中，对大气及生态环境造成不利影响【37 1 。 关于有机过氧化物的安全评价方法有很多，目前还没有统一的标准。最常用的方法 是联合国危险品运输专业委员会推荐使用的试验方法，例如压力容器试验( p r e s s u r e v e s s e lt e s t ，p v d 和热爆炸容器试验( t h e r m a le x p l o s i o nv e s s e lt e s t ，t e v t ) p 引。李国强等 1 3 9 1 在压力容器试验( p v t ) 基础上进行密闭压力容器试验( c l o s e dp r e s s u r ev e s s e lt e s t , c p v t ) ，利用t t 曲线求得有机过氧化物的加热开始分解温度和热分解反应活化能对有 机过氧化物的热分解压力特性进行评价。b r e t h e f i c k t 4 0 l 应用“氧平衡”( o x y g e nb a l a n c e ) 江南大学硕士学位论文 评估了少数有机过氧化物的稳定性，对氧化反应的潜在危险性进行评价。因此实现对有 机过氧化物快速准确的安全评价，寻找有效的方法和手段对有机过氧化物进行分析和检 测也是广大研究者们不容忽视的问题。 1 3 2 有机过氧化物的检测方法 有机过氧化物在国民生产和生活中占有如此重要的地位，如何实现有机过氧化物快 速准确的分析检测是非常重要的。有机过氧化物的检测方法有很多，下面介绍几种常见 的检测方法。 1 ) 碘量法( i o d 硫哪) 一l j 有机过氧化物最常用的分析方法是基于碘化物被过氧化物氧化析出碘，然后对碘进 行滴定或光度测定。但这种方法只能反应总氧化剂的水平，在实际检测中，常需将被测 过氧化物与杂质以及其他过氧化物分离。 2 ) 薄层色谱法( t h i nl a y e rc h r o m a t o g r a p h y , t l c ) 由于薄层色谱本身的特点，薄层色谱法检测的灵敏度较低，所以这种方法一般用在 物质定性检测中。辛小燕等【4 2 】研究了n a b h 4 乙醇溶液进行有机过氧化合物的薄层色谱微 化学反应，利用有机过氧化合物将f e 2 + 氧化成f e 3 + ，然后与复胺类化合物形成蓝色络合 物斑点，实现了过氧化物的定性检测。检测结果表明，该微化学反应t l c 检测有机过 氧化合物具有准确度高、空气干扰小及副反应少等优点，在天然有机过氧化合物的定性 检测上结果满意。 3 ) 气相色谱法( g a sc h r o m a t o g r a p h y , o c ) 由于有机过氧化物的热不稳定性使气相色谱法受到了很大限制，气相色谱法在有机 过氧化物的检测中并不常见。韩津生等【4 3 】采用f f a p 色谱固定液和c h r o m o s o r be - a w d m c s 填充色谱柱，利用氢火焰离子化检测器( f i d ) i 拘气相色谱仪测定过氧乙酸。检出限 为0 0 0 1 ；样品回收率为9 3 1 0 2 。这种方法选择性强，操作简便，但灵敏度较低， 只适合一些具有较低沸点的过氧酸和过氧酸酐的分析检测，检测范围受到很到局限性。 4 ) 高效液相色谱法( h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y , h p l c ) h p l c 法是检测有机过氧化物的有效方法，但常需与其它衍生方法如荧光，化学发 光方法等联用，操作过程复杂。k a i x i o n gw 觚g 等提出h p l c 柱后衍生的办法，采用荧 光检测有机过氧化物和过氧化氢，检出限能够达到微克级，这种方法被用来检测一种烯 乌苏酸臭氧化过程中产生的亚稳态过氧化物中间体。阎露海等【4 5 】采用反相液相色谱法完 成过氧化二异丙苯( d c p ) 含量的测定。d c p 纯度平均值9 2 0 0 ，标准偏差为0 1 2 4 ，相 对标准偏差0 1 3 4 。这种方法准确性，重复性都较差。 5 ) 电化学法( e l e c t r o c h e m i c a lm e m o d ) 由于有机过氧化物具有很强的氧化性，因此可实现有机过氧化物的电化学检测。邓 鹏等m 基于食用油的介电性质，制备了一种含过氟磺酸钠的阳离子交换剂n a t i o n 修饰玻 碳电极，采用循环伏安法测定食用油中的过氧化物，结果过氧化物浓度在3 1 0 。6 3 1 0 4 m o l l 范围内其浓度与峰电流线性相关。这种方法响应时间短，操作简便，成本较 低。但选择性较差，检测范围有限。 第章绪论 6 ) 毛细管电泳法( c a p i l l a r ye l e e t r o p h o r e s i s ，c e ) 毛细管电泳法是近年来新兴的一种检测过氧化物的方法，h a n s