（应用化学专业论文）儿茶素的光谱电化学研究及CEECL检测.pdf

儿茶素的光谱电化学研究及c e - e c l 检测 摘要 儿茶素属于黄酮类化合物，是一种天然抗氧化剂。其广泛存在于茶叶、中药 材和许多植物中，具有很强的抗氧化性，能够削除体内过剩的超氧自由基，具有 抗肿瘤、抗炎、抗衰老等药理作用，近十年来得到了国内外研究者的广泛关注。 但由于儿茶素含有多个可氧化的羟基，对其氧化机理的认识至今还十分有限。对 儿茶素的分析测定尚以紫外检测为主，检测灵敏度较低。本文以碳糊电极( g w e ) 为工作电极，以含0 5 m o ll - 1k c l 的b r i t t o n - r o b i n s o n 缓冲溶液为底液，采用循 环伏安法、微分脉冲伏安法等电化学方法测试了儿茶素的电氧化还原行为；采用 现场紫外可见( i m s ) 薄层长光程光谱电化学方法探讨了儿茶素的电氧化反应 机理；基于儿茶素对鲁米诺电致化学发光的显著增敏作用，发展了检测儿茶素的 毛细管电泳一电致化学发光( c e e c l ) 的分离与检测方法，并用于实际样品中儿茶 素的分离检测。 电化学测试结果表明，儿茶素在g w e 表面有较强的吸附，在较低电势下得 到儿茶素的一对准可逆的氧化还原峰a 1 和c 1 ，是儿茶素分子中b 环上的3 。，4 。 双羟基的二电子和二质子反应；在高电势下有一氧化不可逆峰a 2 ，可能发生在 a 环上的硝至基的氧化，转化为7 巍自由基。电解液的p h 值降低可显著增强 c v 峰电流，并且c v 峰峰形较好。g w e 电极对儿茶素强烈的吸附富集作用增强 了反应电流信号，可采用微分脉冲伏安法对儿茶素进行微量检测，在p h = 1 8 的& - r 缓冲液中儿茶素的检测线性范围为5 x l o - 7 m o l l 一5 1 0 - 5 m o l l ，最低检测 限可达3 x l o - s m o l l ( s n = 3 ) 。 循环伏安现场薄层光谱电化学测试表明，在不同的恒电势下氧化，儿茶素的 u v v i s 特征吸收峰表现出了不同的变化趋势，对应于儿茶素碳环上不同位置上 的羟基的氧化。在不同特征波长下记录薄层循环伏吸曲线( c v a ) ，通过对导数循 环伏吸数据c v a ) 进行二组分二吸收带的解析，重构了液相中的反应物及其产 物的循环伏安图( c v ) ，从这一特别的途径得到了各液相组分所参与的特定步骤 ( 包括吸、脱附和化学转化步骤) 的反应速率。结果表明儿茶素的氧化还原电流主 要是来自电极表面上预吸附组分的贡献，并首次量化了溶液组分和吸附组分对反 应电流责献的大小。不同扫描速度下的循环伏吸法结果表明，溶液组分对反应电 流的贡献随着扫速的增大而显著降低，使吸附作用对电流的贡献在高扫速下更 大。 采用循环伏吸法进一步研究了不同p h 值对儿茶素电氧化过程的影响。结果 表明，p h 值升高导致儿茶素的电化学氧化还原反应e g t s i i ；显著减小；其主要特征 吸收峰波长随p h 值升高而有所红移；在延伸到可见光区的波长范围内氧化产物 有很宽的重叠吸收带，可观察到溶液的颜色从无色向黄色转化。即，儿茶素在碱 性条件下通过电氧化可转化为茶黄素和茶红素等茶色茶。通过对不同p h 值条件 下测得的c v a 数据进行处理，获得薄层液相组分对总电流的贡献大小，结果表 明儿茶素在电极表面的吸附随着p h 值的增大而减弱，导致了总的反应电流随之 下降。 采用毛细管电泳一鲁米诺电致化学发光技术建立了检n j l 茶素的新方法。考 察了检测池溶液和运行缓冲液p h 值、鲁米诺浓度、进样电压和进样时间、检测 电势等测试条件对分离及发光强度的影响。在优化的条件下，儿茶素浓度在8 0 1 0 - 6 1 0 1 0 - 3m o l l 范围内与发光强度呈良好的线性关系，相关系数大于0 9 9 ， 检出限为1 o 1 旷m o l l 。对1 0 x 1 0 - 5 m o l l 儿茶素平行测定5 次，出峰时间和 出峰强度的相对标准偏差( r s d ) 分别为0 6 4 和4 1 。用该方法对中药材儿茶中 的儿茶素进行了测定。 关键词：儿茶素；光谱电化学；电化学分析；循环伏吸法；毛细管电泳；电致化 学发光；鲁米诺 s p e c t r o e l e c t r o c h e m i c a ls t u d ya n dc e e c l d e t e r m l n a t l o n0 lc a t e c h m o a b s t r a c t a sar e p r e s e n t a t i v eo fal a r g ef a m i l yo ff l a v o n o lc o m p o u n d s ，c a t e c m n sa l e p a r t i c u l a r l ya t t r a c t e da t t e n t i o nb e c a u s eo ft h e i rr e l a t i v eh i 曲a n t i o x i d a n tc a p a c i t y c a t e c h i n sa r ew i d e l yd i s t r i b u t e di nt e a s ，a n dp l a n t s t h e r ea r eg r o w i n ge v i d e n c e st h a t c a t e c h i n sa l ee f f i c i e n tf r e e r a d i c a ls c a v e n g e r sa n dp o s s e s st h ei n h i b i t o r ye f f e c to n h u m a np l a s m ao x i d a t i o n sa n dc a n c e r s ，e t e t h ep r e s e n tw o r ks t u d i e dt h e e l e c t r o c h e m i s t r yb e h a v i o r so fc a t e c h i no ng r a p h i t e - w a xp a s t ee l e c t r o d e ( g w e ) ，i n b d t t o n - r o b i n s o nb u f f e rs o l u t i o n si n v o l v i n g0 5t o o l l - 1k c ia s s u p p o r t i n g e l e c t r o l y t e ，u s i n gc y c l i cv o l t a m m e t r ya n dd i f f e r e n t i a lp u l s ev o l t a m m e t r ya n dt h ei n s i t ut h i nl a y e rs p e c t r o e l e c t r o c h e m i s t r y a n d ，am e t h o do fc a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ( c e ) 、 ，i t l ll u m i n o l e l e e 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 ( e c l ) d e t e c t i o nw h i c hb a s e do n t h ee n h a n c e m e n te f f e c to fc a t e c h i no nt h ec h e m i l u m i n e s c e n c eo fl u m i n a ls y s t e mh a s b e e nd e v e l o p e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no fc a t e c h i n 1 1 1 er e s u l t si n d i c a t et h a tg w e d i s p l a y e dg r e a tp o w e rt oa d s o r bc a t e c h i n 1 1 1 e o x i d a t i o no fo - d i h y d r o x yg r o u p sa tb - r i n go c c u r r e df i r s t l yi nt h el o w e s tp o t e n t i a l sa n d w a sah i e 3 1 1 yr e v e r s i b l er e a c t i o ni n v o l v i n g2 - e l e c t r o n sa n d2 - p r o t o n s 1 1 1 es e c o n d o x i d a t i o ni nr e l a t i v e l yp o s i t i v ep o t e n t i a l sp r o b a b l yc o r r e s p o n d e dt ot h et r a n s f o r m a t i o n b e t w e e n7 - o hg r o u pa ta - r i n ga n d7 - p o s i t i o no x y g e nf r e er a d i c a l g w es h o w sg o o d d a t as t a b i l i t y d i f f e r e n t i a lp u l s ev o l t a m m e t r yi n d i c a t e st h a tt h e r ei sag o o dl i n e a r r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h em a i no x i d a t i o np e a kc u r r e n to fc a t e c h i nw h i c hi n d i c a t e st h a t g w ec a nb eu s e di ne l e c t r o a n a l y s i so fc a t e c h i n c y c l i cv o l t a m m e t r ya n dt h i nl a y e rs p e c t r o e l e c t r o c h e m i s t r yt e s tr e s u l t si n d i c a t e t h a tt h ea d s o r p t i o na n do x i d a t i o no fc a r e c h i no nag w ei nal o n g o p t i c a l - p a t h t h i n 1 a y e r e l e c t r o c h e m i c a lc e l l t h ec h a r a c t e r i s t i cb a n d so fc a t e c h i ns h o w e d p o t e n t i a l d e p e n d e n t v a r i a t i o n su n d e rc o n t r o l l e d - p o t e n t i a l o x i d a t i o n a n d ，c y c l i c v o l t a b s o r p t i o g r a m s ( c 、後s ) w e r er e c o r d e di nd i f f e r e n tp o t e n t i a lr a n g e sf o rc a t e c h i n ， a tc h a r a c t e r i s t i cw a v e l e n g t h so fs p e c i e s t h ed e r i v a t i v ec y c l i cv o l t a b s o r p t i o g r a m s ( d c v a s ) w e r ea n a l y s e df o rr e c o n s t r u c t i o no fc y c l i cv o l t a m m o g r a m s ( c v s ) o f t h e s e s p e c i e sa p p e a r e di nt h es o l u t i o nd u r i n ge l e c t r o l y s i su s i n gs e l f - d e v e l o p e dc o m p u t e r p r o g r a m s 1 1 坞r e s u l t s i n d i c a t et h a tt h ef i r s to x i d a t i o ns t e po fc a t e c h i ni s a n a d s o r p t i o n c o n t r o l l e dr e a c t i o n ，i nw h i c ht h et o t a lc u r r e n ti sm o s t l yc o n t r i b u t e df r o m t h ea d s o r b e ds p e c i e s 明1 ee f f e c t so fp ho nt h ea u t o x i d a t i o na n de l e c t r o x i d a t i o no fc a t e c h i nw e r e s t u d i e db yt h ec v ：a s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eo x i d a t i o no fc a t e c h i nc a r lb e a c c e l e r a t e db yp hi n c r e a s e d ；i t sc h a r a c t e r i s t i cw a v e l e n g t hi sr e d s h i f tw i t hi n c r e a s i n g p h ；i ne x t e n d e dt ot h ev i s i b l ew a v e l e n g t hr a n g eo fp r o d u c t sh a v eaw i d eo v e r l a p a b s o r p t i o nb a n d s ；t h es o l u t i o nc o l o rc h a n g e df r o mc o l o r l e s st oy e l l o w a tt h es a m e t i m e ，t h ec o n t r i b u t i o no fb o t ht h es p e c i e si ns o l u t i o na n dt h o s ep r e a d s o r b e do nt h e e l e c t r o d es u r f a c et ot h et o t a lr e d o xc u r r e n t sc a nb ee s t i m a t e du n d e rd i f f e r e n tp h c o n d i t i o n s 1 1 l er e s u l ts h o w st h a tt h eo x i d a t i o np r o c e s so fc a t e c h i ni sc o n t r o l l e db yt h e a d s o r p t i o no n c ea g a i n m o r e o v e r ，t h ea d s o r p t i o no f c a t e c h i no nt h ee l e c t r o d es u r f a c e i sw e a k e n e d 、i t l li n c r e a s i n gp h i tp r o v e dt h a tt h e r ew a ss t r o n ga b s o r p t i o no fc a t e c h i n i nt h ea c i d i cc o n d i t i o n s ，a n dh a dag o o ds h a p e am e t h o do fc a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ( c e ) w i t hl u m i n o l e l e c t r o g e n e r a t e d c h e m i l u m i n e s c e n c e ( e c l ) d e t e c t i o nh a sb e e nd e v e l o p e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no f c a t e c h i n s e p a r a t i o nc o l u m nw a sa2 5 岬i d c a p i l l a r y mr u n n i n gb u f f e rw a s5 0 m m o l lb o r i ca c i d + 2 5m m o l lp o t a s s i u md i h y d r o g e n - p h o s p h a t eb u f f e r ( p h = 8 o ) n l es o l u t i o ni nt h ed e t e c t i o ne e l lw a s1 0m m o l ll u m i n 0 1 + 0 3m o l lk c l ( p n1o 5 ) o t h e ro p t i m i z e dc o n d i t i o n sc o m p r i s ee l e c t r o k i n e t i ci n j e c t i o na t1 6k vf o r1 0s ， s e p e r a t i o nv o l t a g ea t12k va n dd e t e c t i o np o t e n t i a la t0 6v al i n e a rr e l a t i o nb e t w e e n e c l i n t e n s i t ya n dc a t e c h i nc o n c e n t r a t i o nw a so b t a i n e di nt h er a n g eo f8 0 1 旷一1 o x1o - 3m o l l ，w i t had e t e c t i o nl i m i to f1 0x1 旷m o l l 1 1 1 cr e l a t i v es t a n d a r d d e v i a t i o n s0 = 5 ) o fm i g r a t i o nt i m ea n de c li n t e n s i t yw e r e0 6 4 a n d4 1 ， r e s p e c t i v e l y ，f o rt h e d e t e c t i o no f1 0 x1 旷m o l lc a t e c h i n 1 1 1 em e t h o dw a s s u c c e s s f u l l ya p p l i e dt ot h ed e t e r m i n a t i o no fc a t e c h i ni nc a t e c h uw i t l ls a t i s f a c t o r y r e s u l t k e y w o r d s ： c a t e c h i n ； s p e c t r o l e e t r o c h e m i s t r y ； e l e c t r o a n a l y s i s ；c y c l i c v o l t a b s o r p t o m e t r y ；c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ；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 ； l u m i n 符号清单 儿茶素c a 儿茶素的氧化产物c a q 碳糊电极g w e 循环伏安法。c v 微分脉冲伏安法d p v 循环伏吸法c v a 导数循环伏吸法d c v a 石墨微盘电极g m d e 毛细管电泳c e 电致化学发光e c l 电势分辨的电致化学发光p r e c l 插图清单 图1 1 儿茶素的4 种主要成分的分子结构1 图2 1g w e 电极示意图10 图2 2 儿茶素在g w e 电极上的c v 曲线1 1 图2 3 儿茶素在不同p h 缓冲液中c v 曲线( a ) 及阳极峰、阴极峰的峰电势与p h 值的线性关系( b ) 1 2 图2 4 儿茶素在不同p h 缓冲液中c v 曲线( a ) 及阳极峰a 2 的峰电势与p h 值的 线性关系( b ) 。1 3 图2 5 不同吸附时间后儿茶素的c v 曲线1 4 图2 6 儿茶素在不同起始电势下富集6 0 s 后测得的c v 曲线1 5 图2 7 不同扫速下的c v 曲线( a ) 、峰电势与扫速的关系( b ) 、峰电流与扫速的关 系( c ，d ) 1 5 图2 8 不同浓度儿茶素的c v 曲线( a ) 及氧化峰电流对浓度的线性关系图( b ) 1 7 图2 9 儿茶素在不同p h 值下的微分脉冲伏安图( a ) 及峰电势与p h 值的线性关 系( b ) 18 图2 1 0 儿茶素在不同富集时间( a ) 、富集电势( b ) 下的微分脉冲伏安图1 8 图2 1ld p v 对儿茶素线性检测范围图：18 图3 1 现场紫外可见薄层光谱电化学装置示意图2 1 图3 2 长光程薄层光谱电化学池结构简图2 2 图3 3 儿茶素在0 6 v 恒电势电解过程中的薄层池紫外一可见吸收光谱图2 3 图3 4 儿茶素薄层溶液的c v ( a ) 和c v a s ( b ) 和d c v a s ( e ) 2 5 图3 5 从图3 4 c 中的d c v a 数据转化而得到薄层中c a ( 1 ) 和c a q ( 2 ) 的c v s ：1 6 图3 6 导出的预吸附组分c a ( 1 ) 和c a q ( 2 ) 的c v 曲线：2 7 图3 6 不同扫速下儿茶素薄层溶液的c v 和c v a s 。2 9 图3 7 儿茶素在0 8 v 恒电势氧化过程中的薄层池u v 朋s 光谱图3 0 图3 8 儿茶素在0 6 v 恒电势电解过程中的薄层池紫外一可见吸收光谱图3 1 图3 9 儿茶素在0 1 5 - o 9 5 v 的循环伏安曲线( a ) 与吸光度一时间曲线( b ) 同步进行 图3 2 图3 1 0 儿茶素在1 2 0 v 恒电势氧化过程中的薄层池紫外一可见吸收光谱图3 3 图4 10 2 对儿茶素自然氧化的影响。( a ) 放空气中；( b ) 密封存入冰箱内。3 6 图4 2p h 对儿茶素自然氧化的影响。3 8 图4 3恒电势下不同p h 的0 1m m 儿茶素的动态薄层紫外可见光谱4 0 图4 4p h l 8 儿茶素薄层溶液的c v ( a 1 ) 、c v a s ( b 1 ) 、d c v a s ( c 1 ) $ n 转化c v s ( d 1 ) z 1 2 图4 5p h 3 3 儿茶素薄层溶液的c v ( a 2 ) 、c 、後s ( b 2 ) 、d c v a s ( e 2 ) $ 1 转化c v s ( d 2 ) ：4 2 图4 6p h 5 7 儿茶素薄层溶液的c v ( a 3 ) 、c v a s ( b 3 ) 、d c v a s ( c 3 ) $ 1 ：i 转化c v s ( d 3 ) 4 3 图4 7p h 7 0 儿茶素薄层溶液的c v ( a 4 ) 、c v a s ( 1 0 4 ) 、d c v a s ( c 4 ) $ 1 ：i 转化c v s ( d 4 ) ：j 4 l 图4 8p h 9 2 儿茶素薄层溶液的c v ( a s ) 、c v a s ( b 5 ) 、d c v a s ( c 5 ) 和转化c v s ( d 5 ) j 4 4 图4 9p h i 8 儿茶素在0 8 5 v 恒电势氧化过程中的薄层u v - v i s 光谱图4 6 图4 1 0p h 3 3 儿茶素在0 8 0 v 恒电势氧化过程中的薄层i 删s 光谱图4 7 图4 1 1 p h 5 7 儿茶素在0 6 5 v 恒电势氧化过程中的薄层i 嗍s 光谱图4 7 图4 1 2 p h 7 0 儿茶素在0 6 0 v 恒电势氧化过程中的薄层u 弘v i s 光谱图4 8 图4 1 3 p h 9 2 儿茶素在o 5 0 v 恒电势氧化过程中的薄层i 嗍s 光谱图4 8 图5 1 g m d e 构造图51 图5 2 鲁米诺在g m d e 上的c v ( a ) 曲线和p r e c l 曲线( b ) 5 2 图5 3k c l 浓度对鲁米诺发光强度的影响5 3 图5 4 扫描速度对鲁米诺发光强度的影响5 4 图5 5富集时间对鲁米诺发光强度的影响5 5 图5 6 富集电势对鲁米诺发光强度的影响5 5 图5 7 在检测池溶液中测得的c v 曲线( a ) 和p r e c l 曲线( b ) 5 6 图5 8 检测池溶液p h 值对鲁米诺发光强度的影响：5 7 图5 9 检测池溶液中鲁米诺浓度对发光强度的影响5 7 图5 1 0 运行缓冲液p h 值对儿茶素迁移时间的影响。5 8 图5 1 1运行电压对儿茶素迁移时间的影响5 9 图5 1 2 儿茶样品稀释液( a ) 及儿茶素标准溶液( b ) 的c e - e c l 图谱6 0 表格清单 表2 1 循环伏安法( c v ) 重现性1 6 表3 1实测的和导出的c v 曲线上的峰电流2 8 表3 2 不同扫速下实测的和导出的c v 曲线上的峰电流2 9 表4 1 不同p h 值儿茶素的实测和导出的c v 曲线的电流值4 5 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及所取得的研究成果。据我 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，也不包含为获得金胆王些太堂或其他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感谢。 学位论文作者签名： 阄目 签字日期：弘8 年f 月弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金魍王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，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。本人授权盒壁王些太堂可 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、缩印或扫描等复印手 段保存、编入学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：) 芎因 导师签名： 的屯i ，任 签字日期：k 岛年f 月弓日 签字日期：a 呻年1 月，日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 1 儿茶素简介 1 1 茶叶中的儿茶素 第一章绪论 茶叶是世界上最受欢迎、消费量最大的天然保健饮料。茶鲜叶中富含多酚类 物质( t e ap l o y p h e n o l s ) ，其含量约占茶鲜叶干重的1 8 - 3 6 ，主要分为儿茶素( 黄 烷醇类) ；黄酮、黄酮醇类；花青素、花白素类；酚酸及缩酚酸类，其中儿茶素 的含量最高，约占多酚总量的7 0 - 8 0 1 ，2 】。除酚酸及缩酚酸类以外，其它几类 化合物由于都具有2 一苯并吡喃的基本结构，所以可统称为类黄酮化合物。黄烷 醇类主要有8 种：儿茶素( c ) 、表儿茶素( e c ) 、儿茶素没食子酸酯( c g ) 、表儿茶 素没食子酸酯( e c g ) 、没食子儿茶素( g c ) 、表没食子儿茶素( e g c ) 、没食子儿茶 素没食子酸酯( g c g ) 、表没食子儿茶素没食子酸酯( e o c g ) ，其中e g c g 具有很 强的抗氧化活性和清除自由基能力【1 ，3 】。儿茶素是一种天然的抗氧化剂，能有 效地清除活性氧组分 4 】，从而防止细胞的氧损伤、氧代谢失衡和相关疾病发生。 儿茶素类化合物又称黄烷_ 3 醇衍生物，基本结构2 _ 苯基苯并吡喃，它至少 包括a ，b ，c 三个核环，酯化后，还有d 环，分子结构见图1 1 。 o h o h 图1 1 儿杀素的4 种主要成分的分子结构 1 e c ：r l = - r 2 = h2 e c g ：r l = h ，r 2 = 鲥l o y l 3 e g c ：r l = o h ，r 2 - h4 e g c g ：r l = o h ，r 2 = g a l l o y l 由于c 2 ，c 3 是手性碳原子，c 环是吡喃环，可成顺式和反式，因此还有不 同的旋光异构体和几何异构体，在茶叶中的儿茶素多为l 构型和顺式( 通常称表 儿茶素) ，它们约占儿茶素类化合物总量的7 0 ，d 构型和反式儿茶素多是加热 过程异构物。 1 2 儿茶素的理化性质 儿茶素性质活泼，其b 环酚羟基易氧化形成邻醌，而邻醌又很不稳定，易 发生复杂的聚合、缩合反应，而形成双黄烷醇类( b i s f l a v a n o l s ) 、茶黄素类 m e a 丑a 诎够) 和茶红素( 1 1 1 e a r u b i g 豳) 等 1 】。儿茶素结构中有两个不同的药效团， 分别是b 环上的儿茶酚基团，a 环上的间苯二酚基团，还有c 环3 号位置上的 羟基。 儿茶素为无色的结晶体，溶于水( 易溶于热水) 、含水乙醇、甲醇、含水乙醚、 乙酸乙酯、含水丙酮及冰醋酸等溶剂，故在分离、提纯儿茶素时常用它们作提取 剂，但在苯、氯仿、石油醚等溶剂中则很难溶解。 1 3 儿茶素的药理特性 茶是我国最早发现能够治病的中草药之一，从西汉开始就有大量记载，到了 唐、宋、元、明、清代，茶为药用不断得到发展，如王园题的“茶药代陆羽的“茶 经”、苏东坡的“物类相感志”、王好古的“汤液本草”、张时彻的“摄生妙方”、张璐 的“本草逢源厅以及李时珍的“本草纲目”都记载了饮茶与疾病的关系和用茶治病 的各种单方，“午时茶”是民间用于治疗伤风感冒的良药，“茶叶止痢片”主治赤白 痢和肠炎，“绿茶丸”能够治疗肝炎。现代科学实验表明，茶叶中的活性物质具有 重大的医药价值，而茶叶中起主要作用的成分是儿茶素。儿茶素具有很强的生理 活性。 在医药保健方面，据现代医学临床证明，儿茶素最显著的特点是具有高效的 清除自由基能力，这是由于儿茶素结构中的b 环可被氧化为邻醌结构，增强了 抗氧化能力【5 ，6 】。儿茶素还具有诸多药效，有助于抗癌【7 】、抗诱变 8 、抑制肿 瘤、抗病毒、杀菌消毒、防辐射、降脂助消化等作用。动物试验表明，茶多酚、 儿茶素对心血管病的防治作用主要表现在降血脂、降血压、保护心肌、抑制脂质 过氧化和血栓的形成等方面 2 】，研究表明儿茶素可以有效的防止动脉粥样硬化、 降低血压、防止血小板凝集，同时还发现醋酸纤维电泳纤蛋白原区带消失，这说 明茶多酚具有良好的抗凝和促纤作用。 在食品领域，儿茶素作为油脂，特别是含不饱和脂肪酸的油类的抗氧化剂被 广泛利用。在食品工业 4 】，儿茶素主要用作抗氧化剂，能与在脂肪酸的自动氧 化过程中产生的游离基结合，从而中断脂肪酸氧化的连锁反应，抑制氢过氧化物 形成，达到抗氧保鲜的目的；在糕点及乳制品的制作和保存时，加入的儿茶酚不 仅可以保持其原有风味，防腐败，抑菌杀菌，还可以使甜味“酸尾”消失，口味更 加甘爽；还可用作保鲜剂、保色剂、除臭剂等。 因此，儿茶素因在医药、保健品、食品工业和日用化工等领域的广泛地应用 而日益受到人们的关注。 2 儿茶素的电化学研究现状及展望 2 1 国内外儿茶素的电化学研究 儿茶素的多种生理功效促进了儿茶素的分析和氧化机理的研究，儿茶素的准 确分析在儿茶素的生理研究和制备中具有重大意义，对其抗氧化反应机理的揭示 也是研究其药理作用的重要基础。由于电化学分析方法具有分析速度快，操作简 便易行，成本低及试剂用量少，检测限低，检测灵敏度高等优点，是儿茶素测定 的有力手段，同时电氧化反应机理的探讨也是揭示抗氧化机制及评价抗氧化活性 大小的重要途径。h a m i d 等 9 】用循环伏安法检测了儿茶素在化学修饰电极表面 的电化学活性。w u 等 1 0 1 也用循环伏安法和计时安培分析法等电化学分析法测 试t ) l 茶素的抗氧化活性，其最低检测限达到0 1 6 5 1 t m 。李静【1 1 等用循环伏安 法研究了儿茶素在玻碳电极( g c e ) 和多壁碳纳米管修饰玻碳电极( m w c n t g c e ) 上的电化学行为，并探讨了电极反应机理。结果表明m w c n t g c e 对儿茶素具 有显著的电催化作用，且峰电流显著增加。m a r t i n e z 等 1 2 】用循环伏安法测试了 儿茶素在广泛p h 条件下活性玻碳电极表面上的氧化反应，计算出其扩散系数d = 2 7 8 x 1 0 - m s - 1 ，并得出儿茶素的电化学氧化过程是一个分为两步的棚分基基 团上的b _ 环状物的电子氧化过程。在p h 递增的条件下，儿茶素的电氧化的理 论通道在两个氧化步骤中都从羽过程转变为了胁过程。j a l l e i r o 等f 5 1 用循环伏 安法和微分脉冲伏安法研究了儿茶素的抗氧化机理，讨论了第一个氧化峰发生了 由3 。，4 - o h 转变为邻醌基的过程，且为可逆过程。采用的电化学方法还有旋转圆 盘伏安法、方波伏安法 5 等。 其它仪器分析方法也在儿茶素分析检测方法的探索中得到运用，如光谱法 【1 0 ，1 3 、1 3 c 示踪剂核磁共振法【1 4 】、分子模型分析法【1 2 】、毛细管电泳法 1 5 】、 液相色谱法、液相色谱一质谱联用法、酶化法【1 3 】等。对含儿茶素的多组分复杂 体系，采用高效液相色谱法( h p l c ) 和毛细管电泳法( c e ) 是有效的分离手段。 2 2 儿茶素电化学研究展望 正是由于儿茶素具有重要的药理特性，一方面要加强对儿茶素氧化机理的深 入研究；另一方面要发展对多组分天然生物体系中儿茶素组分的分离和灵敏检测 方法。 电化学方法作为一种高效、快捷的测试方法，在今后的研究中，应该着重注 意以下几个方向的研究开发： ( 1 ) 微型生物传感器的研究开发。在已有的电化学检测儿茶素的研究基础 上，加强微电极和超微电极技术的运用，开发具有应用价值的微型生物传感器， 实现儿茶素的活体检测，促进其氧化机理的深入研究。 ( 2 ) 进一步加强电化学方法与其它测试技术的联用。多种技术的联用，可以 有效地弥补单一技术的不足，得到更多的信息。例如，采用光谱电化学技术，可 以同时获得电氧化还原反应过程中的电信号和光吸收信号：采用毛细管电泳电化 学发光分离检测技术，可望得到分离效果好、检测灵敏度高的方法。 ( 3 ) 儿茶素的化学与电化学转化。茶叶是中国的传统饮品，茶叶j j n - r 业理应 得到更多的重视和发展。红茶是鲜茶叶氧化发酵加工后的产品，其有效成分是儿 茶素氧化产生的各种茶红素和茶黄素。电化学方法具有反应产物可控性强的特 点，可望在提高茶叶加工产品的品质方面发挥独特的作用。 3 现场紫外可见薄层光谱电化学方法简介 3 1 光谱电化学方法分类 电化学以两个凝聚相的荷电界面为其主要研究对象，为了从分子水平上深入 对电化学界面的认识，自七十年代中至八十年代初采用了紫外可见光谱、拉曼和 红外光谱技术对电化学体系进行现场( i n - s i t u ，又称原位) 研究，开创了光谱电化 学新领域【1 6 】。光谱电化学技术发展到今天，已衍生出很多种方法。可以从不同 的角度对光谱电化学方法进行分类 1 7 】。 ( 1 ) 按照是否在电极溶液界面状态和过程进行的同时进行观测，可分为非现 场型( e x s i t - u ) 和现场型( i n - s i t u ) ( 2 ) 按照光的入射方式可以分为透射法，反射法以及平行入射法。透射法是 入射光束垂直横穿光透电极及其邻接溶液的方法。反射法包括内反射法和镜面反 射法两种。平行入射法是让光束平行或近似平行的擦过电极及电极表面附近的溶 液。 ( 3 ) 按照电极附近溶液的厚度又可以分为薄层光谱电化学法和半无限扩散光 谱电化学法。 另外，根据光学性质的不同，光谱电化学又可以分为紫外和可见光谱、红外 光谱、偏振光谱、拉曼光谱、光热和光声光谱、荧光光谱、圆二色光谱等多种方 法。这些方法在测试技术和理论研究方面都有极大的发展。 3 2 紫外可见薄层光谱电化学的优点 电化学现场紫外可见光谱中主要存在四种光效应：电极表面的电反射效应； 界面双电层溶液一侧的非特性吸附离子的光效应；界面双电层的h e l m h o l t z 层中 吸附溶剂分子的光效应；电极表面吸附、成相或非成相膜等的光效应等。随着测 量灵敏度的提高，近年来应用于研究有机分子吸附时，可提供有关判别吸附是否 发生、吸附速度、吸附分子之间的相互影响、吸附分子的鉴别、以及吸附分子与 电极表面相互作用的微观图像等的信息，是研究复杂电极反应动力学的有力工具 【1 8 】。同常规的电化学方法相比，紫外可见薄层光谱电化学方法具有其独特的优 点 1 7 】： ( 1 ) 能提供电极反应产物和中间体的分子信息，通过施加电势信号改变物质 存在形式的同时，、可以记录溶液或电极表面物质吸光度的变化，采用扫描分光光 度法还可以检测到反应中间体分子光谱的有用信息。 ( 2 ) 具有较高的选择性，光谱电化学既可以利用电化学上各种物质具有不同 的氧化还原电势加以控制，也利用了各种物质具有不同的分子光谱特性，因此有 较高的选择性。 ( 3 ) 不受充电电流和残余电流等的影响，光谱电化学检测的是电化学活性物 质的光谱变化，只要共存的其它物质在光谱上不产生打扰，则对测定的光信号不 产生影响。 ( 4 ) 可以研究非常缓慢的异相电子转移和均相化学反应，对于缓慢的后行化 学反应通常电化学方法得到的电流非常小，但采用光谱电化学方法可以很方便地 进行研究。 ( 5 ) 可以研究非电活性物质在电极表面的吸附定向，根据吸附前后溶液中光 吸收物质吸光度的变化，即可以求得物质在电极表面的吸附量及得出其吸附定 向。 3 4 紫外可见光谱电化学的应用 紫外可见光谱电化学为现场研究电化学反应历程提供了有力的手段，可以提 供反应物、中间体以及产物的大量信息，极大丰富了电化学研究的内容，是研究 电化学反应及机理的有力手段。 ( 1 ) 测定可逆体系和准可逆体系的电极电势和电子转移数栉，另外还可以测定 体系的热力学常数。k