（分析化学专业论文）室温离子液体中自由基对dna损伤作用的电化学研究及其应用.pdf

。08#fl i i ii iii i i ii l ll l ll liii l y 17 3 7 5 5 3 e l e c t r o c h e m i c a lr e s e a r c h e sa n d a p p l icat ionsoemo t orofnt hemon1t 0rotd na0d 州a dama g einduc edb yf r e erad ical in r 0 0 m - t e m d e r a t u r e1 0 n l cl l qu l c l l 1 ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o rt h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：w a n gy a n s u p e r v i s o r ：p r o f w a n gs h e n g f u h u b e iu n i v e r s i t y w u h a n ，c h i n a 湖北大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 论文作者签名：王碰 日期： 矽p 年多月8 日 学位论文使用授权说明 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学 位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以允许 采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文；在不以赢利为 目的的前提下，学校可以公开学位论文的部分或全部内容。( 保密论文 在解密后遵守此规定) 作者签名：互跌 指导教师签名： 日期：列矾历彦 日期：阳6 日 摘+ 要 d n a 作为生物遗传信息贮存的中心，控制着细胞的增殖与分化，许多疾病及衰老 等生物过程与自由基对d n a 的损伤作用有着密切的关系，寻找合适体系研究损伤作 用，监测损伤过程，这对阐述疾病及衰老等生物过程的发生机制从而研究其防治对策具 有极其重要的指导意义。 室温离子液体作为一类新型的绿色非水电解质，具有一系列独特的电化学特性：高 的离子导电性、宽的电化学窗口、不易挥发、粘度大、不可燃性、对多种无机物和有机 物表现出好的溶解能力、具有良好的化学和热力学稳定性等等。以室温离子液体为非水 溶剂，研究自由基的产生机理，考察了自由基对d n a 的损伤，并用所建立的电化学方 法研究抗氧化剂对d n a 损伤的抑制作用，为药物的筛选和分析提供理论依据。以导电 性好的室温离子液体作为粘附剂制备碳糊电极，可以增加碳糊电极的电化学性能，扩展 其应用范围。 + 本论文研究的主要内容包括以下四个方面： ( 1 ) 合成n ，n 一二烷基取代的咪唑阳离子和p f 6 。阴离子组成的对水和空气稳定 的室温离子液体，并对其结构和性能进行表征；选择能较好地保持自由基等不稳定活性 物种的寿命、具有较好的生物亲和性、能较好地溶解某些生物小分子、有较宽的电位窗 口的室温离子液体，以满足电化学研究的要求。 ( 2 ) 以合成的室温离子液体为介质，研究了f e n t o n 试剂在离子液体中产生羟自由 基的机理，并用电子顺磁共振谱证实了羟自由基的产生。利用干燥吸附法制备d n a 修 饰玻碳电极，以c o ( b p y ) 3 3 + 为电化学探针，采用方波伏安法研究羟自由基对d n a 损 伤前后c o ( b p y ) 3 ”的电流变化，探讨了d n a 损伤的程度和作用的机理。随着浸泡时 间的增加，c o c o p y ) 3 3 + 的氧化峰电流逐渐减小，说明损伤程度逐渐变大。d n a 损伤的 机理是f e 2 + 先与d n a 结合，再参与到f c n t o n 反应中。通过这种方法，建立了室温 离子液体中研究羟自由基对d n a 损伤的电化学方法。 ( 3 ) 以芦丁、芦荟大黄素和抗坏血酸等抗氧化剂为研究对象，采用上面所建立的 电化学方法，研究它们对羟自由基所引发的d n a 损伤的抑制作用。结果表明这三种物 质在一定的浓度范围内，对d n a 损伤均有抑制作用，并比较了它们抗氧化性的大小。 初步建立了抗氧化剂等药物筛选的方法。三种物质的抗氧化机理是：芦丁是先与f e 2 + 形 一。 7 成复合物，再与d n a 结合，达到抑制d n a 损伤的目的，而芦荟大黄素、抗坏血酸 能够直接清除生成的羟自由基。过氧化氢酶通过催化降解h 2 0 2 ，对羟自由基引发的 d n a 损伤发挥抑制作用。 ( 4 ) 利用室温离子液体和石蜡油的混合物作粘附剂，将碳粉分散在粘附剂中混合均 匀呈糊状，填入中空的电极中制备性能优良的室温离子液体碳糊电极。采用扫描电子显 微镜和电化学法对室温离子液体碳糊电极进行了表征和研究，并与传统的碳糊电极进行 了比较。结果表明，与传统的碳糊电极相比，室温离子液体碳糊电极电化学性能明显地 体作为粘附剂，能有效地促进电极与被测物质之间的电子传 脉冲伏安法，研究了芦丁在d n a 修饰是室温离子液体碳糊 子液体碳糊电极上的电化学行为，并对这些物质的一些电化 d n a 损伤；羟自由基；抗氧化剂；粘附剂 a b s t r a c t d n a p l a y sa l li m p o r t a n tr o l ei nb i o l o g i c a ls y s t e m , w h i c hs t o r e st h eg e n e t i ci n f o r m a t i o na n d c o n t r o l sc e l lp r o l i f e r a t i o n m a n yb i o l o g i c a lp r o c e s s e s ，s u c ha sd i s e a s e sa n da g i n g ，h a v ea c l o s er e l a t i o n s h i pw i t hd n ad a m a g e t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yt of i n dt h ef i g h ts y s t e mf o r s t u d y i n gd n ad a m a g e i ti sv e r yi m p o r t a n tf o ri n v e s t i g a t i n gt h em e c h a n i s mo fb i o l o g i c a l p r o c e s s e sa n dt r e a t m e n to f d i e a s e s a san o v e lg r e e nn o n a q u e o u se l e c t r o l y t e ，r o o mt e m p e r a t u r ei o n i cl i q u i d s ( i l s ) h a v em a n y u n i q u ee l e c t r o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ：h i g hi o n i cc o n d u c t i v i t y , w i d ee l e c t r o c h e m i c a lw i n d o w , l e s sv o l a t i l e ，h i g hv i s c o s i t y , n o n f l a m m a b l e ，g o o ds o l u b i l i t y , g o o dc h e m i c a la n dt h e r m a l s t a b i l i t y , a n ds oo n i l sc o u l du s e a sn o n - a q u e o u ss o l v e n t sf o rs t u d y i n gt h ep r o d u c t i o no ff r e e r a d i c a l i te s t a b l i s h e san e wm e t h o dt o i n v e s t i g a t ed n ad a m a g ea n dt h e i n h i b i t i o no f a n t i o x i d a n t so nd n ad a m a g e i to f f e r st h et h e o r e t i c a lb a s i sf o rd r u gs c r e e n i n ga n da n a l y s i s i l sc o u l du s ea sab i n d e rt op r e p a r ec a r b o np a s t ee l e c t r o d e ，w h i c hc o u l de n h a n c et h e e l e c t r o c h e m i c a lp e r f o r m a n c eo fc a r b o np a s t ee l e c t r o d ea n de x p a n di t s a p p l i c a t i o n t h em a i nc o n t e n t sa n dr e s u l t sa r es u m m a r i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) i l sw e r es y n t h e s i z e dv i at h er e a c t i o no f n ，n - d i a l k y l i m i d a z o l i u mc a t i o na n dp f 6 。a n i o n , a n dc h a r a c t e r i z e di t ss t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e s i ti s n e c e s s a r yt oc h o o s ei l s w i t hg o o d b i o - a f f i n i t y ，g o o ds o l u b i l i t yo fs o m eb i o m o l e c u l a r ，w i d ep o t e n t i a lw i n d o wi no r d e rt om e e t t h er e q u i r e m e n t so fe l e c t r o c h e m i c a lr e s e a r c h 一 ( 2 ) t h ef e n t o nr e a g e n t s ( f e 2 + a n dh 2 0 2 ) i ni l sg e n e r a t e dh y d r o x y lr a d i c a lb yt h ef e n t o n r e a c t i o nt h a tc o u l di n d u c eo x i d a t i v ed a m a g et od n a a ne l e c t r o a c t i v ei n d i c a t o rc o ( b p y ) 3 3 + w a se m p l o y e di nd e t e c t i o nd n a d a m a g eb ys q u a r ew a v ev o l t a m m e t r y ( s w t h ed a m a g e d d n ab o n d e dl e s sa m o u n t so fc o ( b p y ) 3 ”t h a nt h ei n t a c td n a t h eo x i d a t i v ep e a kc u r r e n to f c o ( b p y ) 3 3 + d e c r e a s e dw i t ht i m eo fd n af i l mi n c u b a t i o nw i t hf e n t o nr e a g e n t si ni l i tw a s f o u n dt h a tt h e r ew a sn os i g n i f i c a n tc h a n g ei ns w v s i g n a l sf o rc o n t r o li n c u b a t i o n sw i t hf e 2 + i i li l ，h 2 0 2i ni l ，a n di la l o n e t h em e c h a n i s mw a st h a tf e 2 + b o n d e dw i t hd n af i l ma n d t o o kp a r ti nt h er e a c t i o no fd n a d a m a g e t h ee x p e r i m e n tr e s u l t st e s t i f i e dt h a ta s c o r b i ca c i d c o u l di n h i b i to x i d a t i v ed n ad a m a g eb yh y d r o x y lr a d i c a l t h em e t h o dw a sp r o m i s i n gf o r i i i r a p i d ，s e n s i t i v e ，a n di n e x p e n s i v ed e t e c t i o no fd n ad a m a g e ( 3 ) as i m p l ep r o c e d u r eb a s e do nt h ea b o v ee l e c t r o c h e m i c a lm e t h o d st oi n v e s t i g a t et h e e f f e c to fa n t i o x i d a n t s ( r u t i n ，a l o e e m o d i n ，a s c o r b i ca c i d ) w a sr e p o r t e d t h ei n f l u e n c eo f a n t i o x i d a n t so nd n ao x i d a t i v ed a m a g er e a c t i o n sw e r em o n i t o r e db ye l e c t r o c h e m i c a l 目录 第一章绪论1 1 引言? 1 ! 2 室温离子液体的研究进展1 2 1 室温离子液体的种类1 2 2 室温离子液体的性质：2 2 3 室温离子液体的合成方法- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 2 4 室温离子液体在电分析化学中的应用4 2 4 1 离子液体作溶剂在电分析化学中的应用”5 2 4 2 离子液体作固定材料在电分析化学中的应用”5 2 4 3 离子液体作气体传感器在电分析化学中的应用一6 3 自由基与d n a 损伤的研究进展6 3 1 自由基的研究进展”6 3 1 1 自由基：誓黑”6 3 1 1 1 自由基的产生：7 3 1 1 2 自由基与健康一”7 3 1 2 氧自由基8 3 1 2 1 氧自由基的产生8 3 1 2 2 氧自由基的危害9 3 2d n a 损伤的研究进展：”1 0 3 2 1d n a 损伤的原因1 1 3 2 2d n a 损伤的类型及其生物效应1 l 3 2 3d n a 损伤的检测1 2 4 抗氧化剂的研究进展”13 4 1 抗氧化剂的种类1 3 4 1 1 酶类抗氧化剂1 4 4 1 2 非酶类抗氧化剂1 6 v 4 2 抗氧化剂的电化学研究2 0 。 5 论文的指导思想和主要内容2 1 一- ， 参考文献2 2 第二章f e n t o n 试剂在室温离子液体中产生羟自由基及其对d n a 损伤的电化学研究 ”3 3 。 1 引言。3 3 2 实验部分一3 4 2 1 试剂- 3 4 2 2 实验方法3 4 2 2 1 电极的制备3 4 2 2 2d n a 的损伤：3 4 2 3 仪器3 5 3 结果与讨论3 5 3 1 检测d n a 损伤3 5 3 2e s r 检测o h 3 6 3 3 研究d n a 损伤的机理3 7 3 4 研究a a 对d n a 损伤的影响3 8 3 5 研究浸泡时间的影响_ ”3 8 。- - - 。 一 一 一 4 结论4 0 参考文献4 0 第三章抗氧化剂对d n a 损伤的抑制作用的电化学研究4 3 1 引言4 3 2 实验部分4 4 2 1 试剂4 4 2 2 实验方法”4 4 2 2 1 电极的制备一4 4 2 2 2 抗氧化剂对d n a 损伤的抑制4 4 2 3 仪器4 5 3 结果与讨论4 5 3 1 研究芦丁、a e 、a a 的抗氧化活性”4 5 v i 3 2 研究芦丁、a e 、a a 浓度的影响4 6 3 3 研究芦丁抑制d n a 损伤的机理4 7 3 4 研究a e 、a a 抑制d n a 损伤的机理4 8 3 5 研究c a t 的抗氧化活性4 8 3 6 研究浸泡时间的影响4 9 4 结论一一j 5 0 参考文献一5 0 第四章芦丁和芦荟大黄素在基于离子液体和石蜡油作粘附剂的碳糊电极上的电化学行 为及其应用”5 3 1 引言5 3 2 实验部分5 4 2 1 试剂5 4 2 2 电极的制备：5 4 2 3 仪器”5 4 3 结果与讨论5 5 3 1 碳糊电极的s e m 表征5 5 3 2 芦丁在d n a - c p i e 上的电化学行为及其分析应用5 5 3 2 1 芦丁的电化学行为5 5 ， 3 2 2p h 的影响5 6 3 2 3 扫速的影响”5 6 3 2 4 富集时间和富集电位的影响5 7 3 2 5 离子液体的影响- ：5 7 3 2 6 分析应用5 9 3 3a e 在c p i e 上的电化学行为及其分析应用6 0 3 3 1a e 的循环伏安图6 0 3 3 2 支持电解质和p h 影响6 0 3 3 3 扫速的影响6 2 3 3 4 富集时间和富集电位的影响6 3 3 3 5 离子液体的影响”6 3 3 3 6 分析应用6 3 v t i 4 结论：6 5 参考文献6 5 i i 9 o 6 7 录谢附致 第一章绪论 1 引言 第一章绪论 生命过程往往伴随着电子的传递，因此，从某种意义上讲，生命过程实质上就是一 种电化学过程。电化学方法是研究生命科学的一种方法。d n a 是重要的生物大分子， 其分子结构的完整性对于正常的生命活动具有非常重要的意义。人类许多疾病以及人体 的免疫功能、衰老等生物过程与体内自由基等不稳定的活性物种对d n a 的损伤作用有 着密切的关系。发展灵敏、快速、低能耗、简便的分析方法研究d n a 损伤，这对于阐 述疾病及衰老等生物过程的发生机制、疾病的诊断、环境保护、药物筛选等都具有极其 重要的指导意义。 2 室温离子液体的研究进展 _ 2 1 室温离子液体的种类 室温离子液体( r o o mt e m p e r a t u r ei o n i cl i q u i d s ，i l s ) 又名离子液体或室温熔融盐， 也称非水离子液体，液态有机盐，它是全部由离子组成的在室温或室温附近温度范围内 呈液态的物质。关于离子液体的研究，最早可以追溯到1 9 1 4 年，s u d g e n 等【1 】合成了第 一个在室温下呈液体的有机盐类硝酸乙基胺盐，其熔点为1 2 0 c ，但在当时没有引起 人们的注意。1 9 4 8h u r l e y 掣2 1 合成了第一个氯铝酸盐离子液体体系。但由于这种离子 液体对水和空气极不稳定，这在一定程度上限制了其应用范围。直到1 9 9 2 年，w i l k e s 等【3 1 合成了1 乙基3 甲基咪唑四氟磷酸盐离子液体( e m i m b f 4 ) ，该离子液体熔点低， 稳定性好，受空气和水影响小，使得离子液体的研究和应用得到了突破性的发展。 离子液体和传统溶剂相比，具有很多独特的电化学性质：( 1 ) 宽的电化学窗口，良 好的导电性，无明显的蒸气压，不易挥发；( 2 ) 是许多无机物、有机物、甚至高分子材 料的良好溶剂；( 3 ) 根据不同的用途和场合，可以有针对性的对阴阳离子进行设计和调 节，以适应不同的研究体系；( 4 ) 具有较好的热稳定性和化学稳定性，不易燃，一般可 回收，循环使用；( 5 ) 液体状态的温度范围宽，最高可至4 0 0 0 c 。 离子液体的种类大体可分为三类：a i c l 3 型离子液体，非a 1 c 1 3 型离子液体和其他特 殊的离子液体。 湖北大学硕士学位论文 1 9 8 2 年，w i k e s 等【4 】发现了 e m i m c 1 a 1 c 1 3 后，a 1 c 1 3 型离子液体开始被重视。这 种类型的离子液体的一个重要特征是组成不是固定的。例如 e m i m c 1 a i c l s ，当a 1 c 1 3 的摩尔分数x = 0 5 时为中性，负离子主要是以a 1 c h 形式存在；当x 0 5 时为酸性，负离子主要是a 1 c h - 和c l - 。它主要用于 电化学和化学反应中，可同时用做溶剂和催化剂，但由于其热稳定性和化学稳定性较差， 一 对水及其敏感，要在真空或惰性气氛下操作，这使它的研究和应用前景受到限制。 自1 9 9 2 年发现对水、大气稳定且组成固定的 b m i m b e 4 后，非a 1 c 1 3 型离子液 体才逐渐发展起来。其后人们对离子液体的研究不断深入，品种已经达到几百种。概括 的说，组成这一类离子液体的阳离子可以分为四类：烷基季铵离子 n r x h 4 x 】+ 、烷基季 鳞离子 p r 。h 4 。】+ 、n , n 一二烷基取代的咪唑离子【r l r 3 i m + 、n - 烷基取代的吡啶离子 r p f l + 。阴离子为p f 6 - ib f 4 、c f 3 c o o 、n 0 2 等。这种类型的离子液体对水和空气很 稳定，且克服了组成不固定的缺点，是目前研究较多的离子液体。 除了以上两类常用的离子液体外，目前一直有性能、结构、应用特殊或成本较低的 离子液体被合成和研究。如h a 峦w a r a 等【5 】报道了e m i f 2 3 h f ，在2 9 8 k 时电导率高 达1 0 0m sc m 1 。l a o n e 等人【6 】合成了以d n a 为阴离子的离子液体，用来研究电信息的 传导。 2 2 室温离子液体的性质 离子液体的物理化学性质如熔点，粘度，溶解性，亲水性等，会随着组成的阳离子 和阴离子的不同而发生明显的改变。 ( 1 ) 熔点 熔点是评价离子液体特性的一个重要参数，它与离子液体结构的关系还不非常明 确。一般来说，阳离子结构的对称性越低，阳离子电荷分布越均匀，分子间作用力越弱， 离子液体的熔点就越低。随着烷基侧链碳原子数目的增加，分子对称性降低，熔点也降 低，但当碳原子的数目增加到一定程度( n 9 ) 时，由于分子间的的色散力增加，引起 熔点的升高。阴离子的种类也会对离子液体的熔点产生影响。通常阴离子尺寸越大，离 子液体的熔点就越低，如【e m i m c 1 、【e m i m 】【p f 6 】、 e m i m 】【c f 3 c o o 】的熔点依次降低。 离子液体的熔点除了与阴离子的大小有关外，还与氢键，电子离域作用，氟原子作用及 结构对称性等因素有关。 ( 2 ) 密度 2 第一章绪论 一一离子液体的密度比水大，常温下的密度介于1 1 6 9c m - 3 之间。离子液体的密度与阴 阳离子有很大的关系。对咪唑型离子液体来说，离子液体的密度随咪唑阳离子上n 烷 基链的长度的增加而减小，二者之间呈线性关系。阴离子对密度的影响更加明显，通常 一： 阴离子的配位能力越弱，体积越大，离子液体的密度越大。 ( 3 ) 粘度 一- 常温下离子液体的粘度很大，是水和一般有机溶剂的几十倍甚至上百倍。离子液体 的粘度主要由氢键和范德华力决定。对于含咪唑阳离子的氯铝酸类的离子液体来说，当 a i c l 3 摩尔分数小于o 5 时，由于大量氯离子的存在，使得咪唑阳离子中的氢原子和氯原 子之间氢键作用加强，从而导致离子液体粘度增大；当a 1 c 1 3 摩尔分数大于0 5 时，由 于存在的氯离子很少，使得咪唑阳离子中氢原子与氯原子间的氢键作用得到削弱，粘度 因此降低。对于阴离子为p f 6 的咪唑盐来说，其粘度随着阳离子上烷基链的增长而增加， 这主要是由于增加了范德华力所致。对于阳离子一定的离子液体，阴离子的的大小和几。 何形状对粘度也有很大的影响。如 b m i m 】 t f 2 n 】的粘度比 b m i m 】【p f 6 】小，这是因为 t f 2 n 。具有很好的的对称性而导致其粘度的减小。 此外，离子液体的粘度随着温度的升高而减小。一些溶剂的加入对离子液体的影响 也较大。一般来说，介电常数大的溶剂可明显降低氯铝酸类离子液体的粘度，而介电常 数较小的溶剂则可大大增加离子液体的粘度7 1 。 ( 4 ) 溶解性 离子液体具有很强的极性，能够溶解有机物，无机物以及聚合材料等不同物质，是 很多反应的优良溶剂。阴阳离子的组成对离子液体的溶解性有较大的影响。当将离子液 体p k 取代b f 4 。，它的溶解性降低。改变阳离子可以影响离子液体的水溶性，随着烷 基链长度的增加，离子液体的溶解度降低。因此可以通过阴、阳离子的选择来调整离子 液体的溶解性。通常离子液体与介电常数较大的溶剂有较好的溶解性。 ( 5 ) 导电性 一般来说，离子液体具备良好的离子导电性，在常温下其导电率在o 1q 1m 1 级， 其大小主要与离子液体的密度、粘度、分子量和离子大小等有关，其中粘度的影响最为 明显。通常离子液体的粘度越小，导电性越好；而密度越小，导电性越差。对于密度和 粘度相近的离子液体，其导电性由离子大小和分子量决定，通常离子越小或分子量越低， 其导电性越好。 ( 6 ) 电化学窗口 3 湖北大学硕士学位论文 离子液体的电化学稳定窗口是指离子液体开始发生氧化反应的电位和开始发生还 原反应的电位的差值。大部分的离子液体的电化学稳定电位窗口一般为4 v 左右，这比 一般有机溶剂和水的要宽，表明离子液体在电化学中的应用前景。 ( 7 ) 热稳定性 离子液体具有很好的热稳定性，能为很多反应提供一个较大的操作温度范围。离子 液体的热稳定性一般取决于碳二杂键和氢键之间的作用力，也与组成的阴阳离子的结构 和性质密切相关。例如当阴离子相同时，咪唑类离子液体的阳离子2 位上的烷基被取代 时，其起始的热分解温度会明显提高。 2 3 室温离子液体的合成方法 离子液体的合成方法按反应的步骤可分为：一步合成法和两步合成法。 ( 1 ) 一步合成法 + 一 一步合成法也称直接合成法，就是通过酸碱中和反应或季铵化反应一步合成离子液 体。这种方法操作简便，没有副产物，产品易纯化。将咪唑鳐盐与所需阴离子的酸发生 中和反应，可以得到设计的离子液体，如可以通过季铵化反应合成一系列的不同阳离子 的四氟硼酸盐离子液体。 ( 2 ) 两步合成法 目前制备的大部分离子液体一般采用两步合成法。第一步是由叔胺类与卤代烷通过 季胺化反应制备出含目标阳离子的卤盐，第二步反应是用目标阴离子丫通过离子交换 的方法置换出卤阴离子x 来得到目标离子液体。在第二步反应中，根据使用的离子交 换物质的不同可分为银盐法【8 1 、非银盐法【9 】、离子交换树脂法【1 0 1 ，使用的是金属盐m y 。 ( 常用的为a g y 或n h 4 y ) ，产生a g x 沉淀或n h 3 、h x 气体而容易除去。两步合成法 的优点是普适性好、收率高。 在离子液体的合成中，常常会用到卤代烃，配位能力较强的卤离子很难从离子液体 中完全地除掉。离子液体的纯化一般采用真空干燥的方法，但这种方法很难彻底除去水 u 1 1 ，因此离子液体中水和卤素离子的含量已经成为考察离子液体纯度的重要指标。 2 4 室温离子液体在电分析化学中的应用 近年来，随着离子液体研究的日益深入，离子液体已经被广泛的应用到化学各领 域中，如分离科学【1 2 1 、电化学【1 3 】、有机合成【1 4 1 、生物催化【1 5 】、功能材料【1 q 等。由于离 4 第一章绪论 子液体具有电化学窗口宽、导电能力强、不易挥发、溶解性好、易回收等优点，离子液 一q 体在电分析化学中的应用已经取得了较大的突破和成果。 2 4 1 离子液体作溶剂在电分析化学中的应用 由于离子液体具有稳定的电化学窗口，不易挥发，很好的溶解性和导电性等独特的 性质，使得离子液体成为传统溶剂的代替品。离子液体作为溶剂主要用于研究一些氧化 还原体系。y a n g 等【1 7 】利用多孔金电极的催化作用在离子液体 b m i m b f 4 】中检测n 一 亚硝基二苯胺( n d p h a ) ，它提供了一种灵敏的方法用于环境样品的检测。z h a n g 等【1 8 】 考察了碘化物在 b m i m b f 4 】中的氧化行为。研究结果表明，离子液体增加了碘化物 的扩散系数，并且碘化物的峰电流与浓度之间存在线性关系。c o m p t o n 等【l9 】考察了氯 化血红素在咪唑箱盐类离子液体中的电化学行为，并研究了配体配位能力的强弱和离子 液体的疏水性强弱对其电化学行为的影响。实验结果表明，氯化血红素的氧化还原式电 位与离子液体的种类有关。 2 4 2 离子液体作固定材料在电分析化学中的应用 用离子液体作固定材料一般可采用两种方式：一种是离子液体作为粘附剂，和其它 物质混合后修饰到碳糊电极上，一种是离子液体作为修饰剂，固定在电极表面。 将离子液体与其它物质混合后修饰到碳糊电极上能明显的提高电极的电化学性能。 与一般的碳糊电极相比，离子液体修饰碳糊电极的背景电流小，电子传递速率快，能明 显的降低被测物质的过电位。m a l e k i 【2 0 】等用正丁辛烷吡啶六氟磷酸盐( o p p f 6 ) 代替石 蜡油制备了高性能的碳糊电极，这种电极不仅具备碳纳米管和热解石墨电极的优点，而 且还具备碳糊电极花费低和金属电极性能好的优点。所制备的电极显著的提高了各种有 机和无机电活性物质的电子转移速率，并且降低了各种生物分子如烟酰胺腺嘌呤二核苷 酸( n a d h ) 、多巴胺、抗坏血酸等生物分子的过电位。随后，m a l e k i 小组【2 l 】又以o p p f 6 为粘合剂制备了一种离子液体修饰碳糊电极，用于研究酚类物质的电化学氧化行为。研 究结果表明，与其它电极相比，酚类物质在所制备的电极上的电化学氧化是非常稳定的， 并且不会对电极造成污染。我们课题组【2 2 1 将血红素蛋白质分散在 b m i m 】 p f 6 】和碳粉、 石蜡油均匀混合的糊中，制备了一种碳糊生物电化学传感器并研究了对h 2 0 2 的生物电 催化行为。所制备的电极对h 2 0 2 的催化还原表现出很高的灵敏度、很宽的线性范围和 很好的稳定性。 离子液体作为修饰剂可以直接修饰在电极表面，也可以和其它物质混合后修饰到电 5 湖北大学硕士学位论文 极表面。w a d h a w a n 等【2 3 】用离子液体 m d i m b f 4 】对热解石墨电极进行修饰，研究了 f e ( c n ) 6 4 4 3 。在离子液体层中的分散效果。发现沉积在电极表面上的离子液体可以选择性 的吸收f e ( c n ) 6 3 ，利用计时电流法计算了f e ( c n ) 6 3 。在离子液体中的浓度和扩散系数。 最近研究发现，离子液体与聚合物、纳米材料形成的凝胶具有很好的电化学性能。l u 等 阱】将血红素包埋在壳聚糖和离子液体( c h i b m i m b f 4 】) 的凝胶中，实现了血红素的 直接电化学和对氧气、三氯乙酸的电催化作用。通过研究发现，此凝胶有很好的热稳定 性和相容性，能明显的提高血红素的电催化活性。d u 等【2 5 】采用研磨的方法制备了咪唑 类离子液体和单壁碳纳米管的凝胶，这种凝胶提高了单壁碳纳米管在水中的分散能力， 并且能够包裹蛋白质。研究发现离子液体与单壁碳纳米管之间通过“阳离子一兀 相互作 第一章绪论 性质是生物体利用自由基的基础，又使自由基在其产生部位及远离产生部位的其它部 位，攻击蛋白质、d n a 、脂类等生物分子【3 2 】，造成相关细胞的结构与功能发生变化【3 3 】。 。 一自由基是生物体内有关酶系统催化的需氧代谢和电子传递链电子传递的中间产物， 正常细胞内每天能产生高达1 0 1 1 的自由基分子【蚓。生物体内一定的自由基水平是维持 正常的生命活动所必须的。大量研究结果表明，自由基参与了许多重要的生命过程，与 细胞增殖、分化、凋亡、肿瘤的诱发与抑制、肌肉收缩、神经传导、细胞吸附、基因表 达等多种病理、生理现象有着密切的关系。正常情况下，生物体内的氧化与抗氧化处于 一种动态的平衡之中，生物体会及时清除过多的自由基，使生物体维持低水平、稳定平 衡的生理性自由基含量，对生物体不会造成严重的损掣3 5 1 ，但由于各种原因，如某些外 源性化合物、电离辐射或生物体的抗氧化功能衰弱等，平衡被打破，会使生物体内的自 由基得不到及时的清除而明显的增加，机体的氧化与抗氧化失衡，导致各种病理现象的 出现。 3 1 1 1 自由基的产生 自由基是生物体在代谢过程中不断产生的中间产物。在生物体正常代谢过程中，引 起体内自由基产生的原因很多。根据生物体内自由基的来源可将自由基分为内源性自由 基和外源性自由基。 ( 1 ) 内源性自由基的产生 在生物体内，由各种代谢反应所产生的自由基称为“内源性自由基 【3 6 1 。内源性 自由基是生物体内自由基的主要来源。组织细胞的新陈代谢、过量运动、心理因素等， 都可以引发自由基的产生。如线粒体、叶绿体在电子传递的过程会产生以0 2 为主的 活性氧自由基；生物体吞噬细胞的呼吸爆发过程，是生物体产生0 2 。的最主要的来源 【3 7 】 o ( 2 ) 外源性自由基的产生 侵犯生物体的各种外源性化合物或某些物理因素( 如电离辐射、大气污染、紫外线 照射、某些药物等) ，引起分子裂解后形成的自由基称为“外源性自由基 【3 8 1 。电离辐 射主要产生水合羟自由基，紫外线照射则先产生臭氧，进而再产生羟基自由基( o h ) 【3 9 】 o。 3 1 1 2 自由基与健康 ， 自由基对生物体的影响具有双重性。在正常的生理状况下，生物体内的自由基不断 7 湖北大学硕士学位论文 的产生，也不断的被清除，处于一种动态平衡中。当生物体内自由基的浓度在生理范围 ， 内，不但对生物体不会造成损害，而且还对生物体正常功能的维持起到非常重要的作用 4 0 l 。自由基的功能可归纳为三个方面：参与生物体内很多重要物质的生成，如0 2 。和 o h 与前列腺素的生成有关、0 2 。与三磷酸腺苷( a t p ) 的生成有关等；可防止病原 体的侵犯，有杀菌、抑菌的作用，如刺激白细胞，具有杀灭细菌的功能，吞噬细胞会吞 噬异物，会发生呼吸爆发，形成大量氧自由基和过氧化氢等，杀死或破坏被吞噬的异物 - 或细菌；可参与神经细胞的传递过程，如n o 自由基是神经传递的信使。 当生物体内的自由基产生过多，或生物体抗氧化防御体系功能受损时，过多的自由 基就会使生物体处于应激状态，并攻击d n a 、蛋白质等生物大分子，从而破坏了细胞、 d n a 和蛋白质结构，使组织、器官及各种生物分子不同程度的损伤，导致各种疾病的 产生，如肿瘤、心血管疾病、关节炎、组织老化等，甚至死亡【4 1 】。如自由由基可以使蛋 白质变性，从而