（检测技术与自动化装置专业论文）淀粉自由基的发光现象研究.pdf

摘要 摘要 天然高分子( 淀粉、纤维素、壳聚糖) 接枝共聚物是天然高分子深加工领域 中的高科技产品。它是天然高分子经引发剂引发成自由基后，再与具有不饱和键 的单体起连锁反应，接枝共聚形成的一种薪型合成物。自由基是由予分子在物理 或化学因素作用下产生含有一个或一个以上的不配对电子，处于种不稳定的高 能激发态。目前检测淀粉工业中检测自由基含量的方法都不能随时检测反应过程 中自由基的含量，制约了变性淀粉工业的发展。由于天然高分子接枝共聚反应中 产生的自由基具有发光特性，为实现淀粉接枝共聚反应的随时检测监控及国动控 制提供了条件，为实现这一目的，对淀粉自由基发光规律的实验与理论研究显得 由为重要与紧迫。 本学位论文使用物理方法，用麓p l 咄多参数化学发光分析系统检测了由鹾n + 3 引发的淀粉自由基的光子辐射强度变化曲线，阐述了自由基光子辐射强度的变化 规律；为了寻找m n + 3 引发的淀粉自由基的弛豫发光规律和淀粉自由基湮没规律间 的关系，作者选取了几条典型衰减函数与发光鞠线进行拟合；通过对各次拟合的 参数的比较和物理意义分析，作者发现用l o g i s t i c 模型描述其弛豫发光规律能 更好的解释相关现象与数据，并通过分析褥出公式中南馨为自由基的半衰期， a 。为x 呻0 时样品的光子辐射强度，a ：表示x 呻+ a o 时样品的光子辐射强度，p 为 发光样品中影响自由基湮灭因素的系数表示。 在前面的研究基础上，根据a r r h e n i u s 方程与自由基发光理论，本文推导出 了单位质量淀粉自由基光子辐射强度与反应温度之间的关系方程，给出了方程中 各系数的物理意义与测量方法，然后又溺m p l 一蠢多参数化学发光分析系统测得不 同温度时对应的自由基光子辐射强度，并用方程对实验值进行拟合，我们对结果 进行? 比较分析，找到了导致实验值与理论值存在差异的原因，并给出了合理的 解释，说明用此方程描述自由基光子辐射强度与反应温度之间的关系是合理可靠 的。 为了进一步欲理论上论证淀粉自由基的变化规律，本文又根据化学发光的动 力学模型，建立了淀粉自由基的发光动力学方程，并根据自由基光子辐射强度与 自由基浓度的关系，通过分析得到了淀粉自由基的湮灭方程，得到了光强随时闻 的变化函数。通过拟合发现，涵数在不同温度下随时间的变化曲线与实验曲线的 相关系数都在o 9 8 以上，能很精确的刻画自由基的弛豫发光规律。 由于淀粉鑫由基光子辐射强度很弱，直接测量箕发射光谱非常困难，本文试 图为淀粉自由基的光谱研究提供前期实验基础，选择了跟淀粉工业密切相关的产 品( 自酒) 进行了光谱研究，本文对当前市场上比较流行的洋溺蓝色经典系歹| 自 酒( 梦之蓝、天之蓝、海之蓝) 进行了比较研究，测定了三种酒的吸收光谱、三 维荧光光谱。实验结果表明，梦之蓝、天之蓝、海之蓝有着特有的吸收光谱和荧 摘要 光光谱：吸收光谱表明，三种酒在2 1 2 n m 和2 7 5 n m 有较强烈的吸收，但吸收强度 不同；荧光光谱表明，在2 4 5 n m 的近紫外光激发下，三种酒在3 1 0 n m 、4 2 0 n m 和 6 1 0 n m 附近都有明显的荧光发射，但强度各自不同；当激发波长增大为3 1 0 n m 和 3 4 5 n m 时，依然有两个荧光峰产生，强度差别依然很大。据此，本文对五个典型 的荧光峰的产生机理做了详细的分析，给出了合理的解释。本研究可以快速准确 的区分三种洋河酒及其晶质，为蠹酒的品质检测和品牌识别提供一种崭新的途 径，更为后续的淀粉自幽基发射光谱研究提供了实验数据。 本研究丰富了自由基发光的理论，从理论上推导出了淀粉自由基的弛豫发 光所遵循的规律，为淀粉自由基湮灭规律提供了数学模型，并且测量了淀粉工业 的重要产品白酒的光谱。本研究论文是光电检测技术在淀粉工业中的新的应用， 为进一步对自由基发光机理与规律的研究、生物超弱发光研究提供理论与实验上 的参考，为淀粉自由基发射光谱以及自由基的其他方面的后续研究提供了实验基 础，更为实现变性淀粉工业中的融动控制提供了思路。 关键词：淀粉自由基、l o g i s t i c 、a r r h e n i u s 、化学发光、弛豫、湮没、半衰期、 绝对温度、拟合、生物光子、接枝共聚反应、荧光光谱、吸收光谱、洋 河酒、晶质。 i l 摘要 a b s t r a c t g r a f tc o p o l y m e ro fn a t u r a lp o l y m e ri sak i n d o fs y n t h e t i c st h a tc o u l db e s y n t h e s i z e dt h r o u g hn a t u r a lp o l y m e r sa c t i v a t e dt o b ef r e e r a d i c a l s b yi n i t i a t o r c h a i n r e a c tw i t hu n s a t u r a t e dm o n o m e r s f r e er a d i c a li sag r o u po fo n eo rm o r et h a n o n eu n p a i r e de l e c t r o n ss t a y e dh i g he n e r g ye x c i t e ds t a t ew h i c hm o l e c u l ei n d u c e db y p h y s i c a lo rc h e m i c a lf a c t o r sp r o d u c e t h e r ea r et w om a i nm e a n st od e t e c tc o n t e n to f f r e er a d i c a l sa tp r e s e n tt i m e b u tt h et w om e a n sc a n ta p p l yi nd e t e c t i n gc o n t e n to f f r e er a d i c a l si nt h er e a c t i o na t a n yt i m e ，s o a u t o m a t i o no fs t a r c h g r a f t c o p o l y m e r i z a t i o nc a n tr e a l i z e f r e er a d i c a l sp r o d u c e di ng r a f tc o p o l y m e r i z a t i o no f n a t u r a lh i g hp o l y m e ra r eo ft h el u m i n e s c e n c ec h a r a c t e r , w h i c hm a ym a k ei tr e a l i s t i ct o a c h i e v ed e t e c t i o n ，m o n i t o r i n ga n da u t o m a t i o no fs t a r c h 伊a f 【c o p o l y m e r i z a t i o n t o a c h i e v et h i sp u r p o s e ，f i r s tt h em e c h a n i s mo fc h e m i l u m i n e s c e n c ep r o d u c i n gb yf r e e r a d i c a l si ng r a f tc o p o l y m e r i z a t i o no fn a t u r a lp o l y m e rm u s tb es t u d i e d a c c o r d i n gt ot h et h e o r yt h a ts t a r c hf r e er a d i c a l sc o u l dp r o d u c el i g h tw h e nt h e y w e r ei n i t i a t e db ym n + a , t h el i g h ti n t e n s i t yc u r v ei sm e a s u r e dw i t hm p l - a ，a n dt h el a w o f l i g h ti n t e n s i t yi se x p l a i n e di nt h i sp a p e r f o rl o o kf o rt h er e l a t i o nb e t w e e nl i g h t d i s a p p e a r a n c ea n dt h ef r e er a d i c a l sd i eo u t ，t h ea u t h o rf i t t i n gt h ec u r v ew i t hs e v e r a l c l a s s i cd e c a yf u n c t i o n ；a n df i n dt h er e l e v a n tp h e n o m e n o na n de x p e r i m e n td a t ac a nb e e x p l a n e ds u c c e s s f u l l yb yl o g i s t i c f u n c t i o n a n dt h ep h y s i c sm e a n i n go f e a c h c o e f f i c i e n ti nt h ef o r m u l a ei se x p l a n e dc o n v i n c e db ya u t h o r b ya n a l y s i sb a s e do nt h e r e s u l to ft h ee x p e r i m e n t ，t h ep a p e rp o i n t st h a t t h e x 0 i st h eh a l fl i f e ，t h ea 1i sd e f i n e d a sl i g h ti n t e n s i t yw h e n 工一o ，t h ea 2i sd e f i n e da sl i g h ti n t e n s i t yw h e nx 一+ ，a n d t h epi st h ec o e f f i c i e n tw h i c hr e s p o n s e st h ed i s a p p e a r a n c eo ft h ef r e er a d i c a l s b a s e do nt h ea r r h e n i u se q u a t i o na n dt h et h e o r yt h a tf r e er a d i c a l sc o u l dp r o d u c e l i g h t ，w eg o tae q u a t i o nb e t w e e nt h et e m p e r a t u r ea n dt h el i g h ti n t e n s i t y , i nt h i sp a p e r t h e n ，w ef i t t e dt h ee x p e r i m e n tr e s u l t sw i t ht h ee q u a t i o n ：w ef o u n dt h ee x p e r i m e n t r e s u l t sw e r er e f l e c t e dm o r ea c c u r a t e l yw h e nw ea d d e dap a r a m e t e r - pi nt h ee q u a t i o n ， a n dt h er e a s o nw a sa l s oe x p l a n e dl o g i c a l l y m o r eo v e r , t h ep a p e rt e l lu st h ep h y s i c a l m e a n i n g o fe a c hp a r a m e t e ra n dm e a s u r i n gm e t h o d t h er e s u l to ft h i sp a p e rp r o m o t e d t h et h e o r yo ff r e er a d i c a l s ，a n di ta l s oo f f e r e dae x p e r i m e n tc o n s u l tf o r t h et h e o r y b a s e do nt h eb i o p h o t o n i c st h e o r ya n dt h ed y n a m i c sm o d e lo fe l e c t r o c h e m i s t r y ， t h el u m i n e s c e n c ed y n a m i c se q u a t i o na b o u ft h es t a r c hf r e er a d i c a l sw a ss e t t e du pi n t h i sp a p e r a c c o r d i n gt ot h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nl u m i n o u si n t e n s i t ya n dd e n s i t yo ft h e f r e er a d i c a l s ，w eg o tt h ea n n i h i l a t i o nl a wa b o u tt h es t a r c hf r e er a d i c a l s f u r t h e r m o r e ，a i i i 摘饕 f u n c t i o nw a s g o ti n t h i sp a p e r b y f i t t i n g t h el u m i n e s c e n c ec u r v ea td i f f e r e n t t e m p e r a t u r e ，w ef o u n dt h er e l a t i v ec o e f f i c i e n ta b o u tt h ef u n c t i o na l la b o v e0 9 8 i tw a s s h o w e dt h a tr e l a x a t i o nl a wa b o u tt h ef r e er a d i c a l sc o u l db ed e s c r i b e da c c u r a t e l y i no r d e rt os t u d yt h es p e c t r u mo ft h es t a r c hf r e er a d i c a l s ，t h el i q u o r so fh a iz h i l a n 、t i a nz h il a na n dm e n gz h i l a nw e r es e l e c t e da st h eo b j e c t s ，b yu s i n ge q u i p m e n t 醛毯v 叠耱u l t r a - v i o l e t s p e c t r o p h o t o m e t e r a n ds 峭5 8m u l t i f u n c t i o n a l s p e c t r o m e t e rs y s t e m ，t h e i ra b s o r p t i o na n dt h r e e - d i m e n s i o n a lf l u o r e s c e n c es p e c t r a i n d u c e db yu wl i g h th a v eb e e ns t u d i e dr e s p e c t i v e l y t h eb i g g e s ta b s o r p t i o n w a v e l e n g t hf o ra l lo ft h e ml o c a t ea t2 1 2 n ma n d2 7 5 n m ，b u te a c hh a v ed i f f e r e n t i n t e n s i t ya t2 1 2 n m m o r e o v e r , t h e i rt h r e e d i m e n s i o n a lf l u o r e s c e n c es p e c t r ah a sb e e n d e t e c t e dw h e nt h e ya r ei n d u c e db ys u i t a b l eu v - l i g h t ，t h er e s u l t ss h o wt h a te a c ho f t h e mc a ne m i tt h r e es t r o n gf l u o r e s c e n c ea t3 1 0 n m 、4 2 0 n ma m d6 1 0 n mw h e ne x c i t e d b yl v v - l i g h ta t2 4 5 n m 。f u r t h e rm o r e ，w ef o u n de a c ho ft h e mc a ne m i ta n o t h e rt w o s t r o n gf l u o r e s c e n c e sw h e nt h e ya b s o r bt h eu v - l i 荫ta t3 1 0 n ma n d3 4 5 n m w ef i n d t h e ya l lh a v ef i v ed i f f e r e n tf l u o r e s c e n c ep e a k s ，b u te a c hh a v ed i f f e r e n ti n t e n s i t y a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a lp h e n o m e n o n ，t h r o u g hac a r e f u la n a l y s i s ，t h ep a p e rp o i n t o u tt h a tt h ed i f f e r e n c e so ff i v ef l u o r e s c e n c ep e a k sb a s i c a l l yr e f l e c tt h ea g i n g p r o c e s s i n ga n dd i f f e r e n tc o n t e n to ft h el i q u o r i nt h i sp a p e rt h et h r e ed i f f e r e n tb r a n d l i q u t o r so fy a n g h ec l a s s i c a lw e r ei d e n t i f i e df a s ta n da c c u r a t e l y , t h ep a p e ra l s oo f f e r e d ak i n do fw a yf o rm e a s u r i n gt h eq u a l i t ya n db r a n do fw h i t es p i r i ta n di ti st h en e w a p p l i c a t i o no fs p e c t r a la n a l y s i sa n dd e t e c t i o nt e c h n i q u e s t h i sr e s e a r c hd e d u c e dt h er e l a x a t i o nl a wa b o u tp h o t o n sr a d i a t i o ni n t e n s i t yo f t h es t a r c h f r e e r a d i c a l st h e o r e t i c a l l y , a n do f f e ram a t h e m a t i cm o d e lf o r t h e d i s a p p e a r a n c eo fs t a r c hf r e er a d i c a l s ，t h er e s u l th a v eh i g h e rp r e c i s i o nt h a ns i m i l a r s t u d y f u r t h e r m o r e ，i ti sa l s oan e wa p p l i c a t i o no fp h o t o e l e c t r o nd e t e c t i o ni ns t a r c h i n d u s t r y a l lo ft h i sc o n t r i b u t et ot h et h i n k i n gf o rr e a l i z i n gt h ea u t o m a t i cc o n t r o li nt h e s t a r c hi n d u s t r y i tc a np r o v i d et h er e f e r e n c eo ft h e o r i e sa n de x p e r i m e n tf o rt h er e l a t e d r e s e a r c h 。t h er e s e a r c hr e s u l t sc o u l ds u p p l yt h e o r e t i c a la n de x p e r i m e n t a lp r o o ft os t u d y t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dm e c h a n i s m so ff r e er a d i c a l sc o m i n gi n t ob e i n g ，e m i t t i n ga n d d i s a p p e a r i n g , t od e t e r m i n et h ew a v e l e n g t ho fl i g h te m i t t e db yf r e er a d i c a l s , a n dt o c a l c u l a t ec h a n g eo fi t sr e l a t i v ec o n t e n tt h r o u 曲m e a s u r i n gc h a n g eo fr e l a t i v ei n t e n s i t y o ft h ee m i t t e dl i g h t k e 羚v o r d ：s t a r c hf r e er a d i c a l s ，l o g i s t i c ，a r r h e n i u s ，c h e m i l u m i n e s c e n c e ，r e l a x a t i o n ， a n n i h i l a t e 、h a l fl i f e 、a b s o l u t e t e m p e r a t u r e ，f i t t i n g 、b i o p h o t o n i c s ，g r a f t c o p o l y m e r i z a t i o n f l u o r e s c e n ts p e c t r a 、a b s o r p t i o ns p e c t r a 、d i s t i l l e ds p i r i to fy a n g h e q u a l i t y 。 i v 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，论文中不包含其他入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：殛望! 五： 日期：溯年蝴日 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：冱逝导师签名： 一日期：沙8 年月伸日 第1 章绪论 1 1 引言 第一章绪论 天然高分子( 淀粉、纤维素、壳聚糖) 接枝共聚物是天然高分子深加工领域 中的高科技产品。它是天然高分子经引发剂引发成自由基后，再与具有不饱和键 的单体起连锁反应，接枝共聚形成的一种新型合成物；它既有天然高分子的特性， 又有合成高分子的特性，并具有一定的生物可降解性；它可以被广泛应用于农业 播种、精细化工、石油堪探、医药、食品加工、纺织浆料、造纸等领域中，是具 有高附加值的产品。 早在2 0 世纪4 0 年代便有关天然高分子接枝共聚物反应方面文章和专利的报 道。7 0 年代之后，天然高分子接枝共聚物( 特别是淀粉接枝共聚物) 的研究非 常活跃，绝大部分研究工作集中在有关天然高分子引发成自由基的方法、引发剂 的开发、接枝反应规律和应用工作的探索等方面，先后开发了引发天然高分子成 自由基的物理和化学方法瞳1 。并相继将产品试用于农业、纺织、医药、精细化工、 食品等领域，取得了一定的效果口。8 1 。同时，对天然高分子接枝共聚物反应的研 究仍是当今天然高分子深加工领域中的热门话题之一。 对天然高分子接枝共聚物的国内研究只有2 0 年左右的历史口1 。但有关天然 高分子引发成自由基的方法、引发剂的开发、接枝共聚反应规律等方面的报道较 多，也有少量有关天然高分子接枝共聚物应用研究的报告d 9 h0 1 。同时，少量科 研院所和高校将研究成果进行过中试和扩大试验。但总的来说：国内外研究对天 然高分子接枝共聚反应理论探讨不深，技术还不够成熟，应用领域还远远没有开 发出来。 另一方面，无论是国内还是国外，还都未建立一种简单易行的检测天然高分 子接枝共聚反应体系中反应进行程度的方法和体系，而对天然高分子接枝共聚反 应规律的研究手段还主要局限于通过接枝共聚反应产物分析来研究其动力学过 程，这样既费时，又费力，多少阻碍了天然高分子接枝共聚反应的进一步研究， 也不利于实现天然高分子接枝共聚反应的自动控制，因此引发剂引发高分子成自 由基的能力检测和随时检测反应体系中自由基的含量，研究接枝反应中自由基产 生、传递和消失的规律，控制反应进行的程度是制备天然高分子接枝共聚物的关 键。 1 2 淀粉自由基发光国内外研究现状 目前，自由基发光在化学、生物、医学、农学等方面有广泛的应用：如超氧 阴离子自由基( o - 2 ) 能发光，但它极不稳定，在极短时间内发光即消失；又如鲁米 诺被单电子氧化产生鲁米诺自由基，当它从激发态回到基态时，则发出波长在 江南大学硕士毕业论文 4 2 0 4 3 0 n m 的光；根据自由基的发光的原理来研究肉鸡血液氧自由基代谢；以及 在酸性条件下基于羟自由基( 0 h ) 反应的流动注射一化学发光检测水中焦性没食 子酸的新方法，主要根据羟自由基由f e 3 + 和过氧化氢在线混合产生，它能氧化罗 丹明6 g 产生微弱的光；在医学上利用化学发光剂l u m i n o l 与自由基反应，使之激 活，当其返回基态时就向外发光，用发光光度计可计数的间接测量方法。 从2 0 世纪8 0 年代中期开始，分步双激光技术开始应用与光化学领域中，特别 是在凝聚相化学中为研究反应中间体及其激发态以及敏感分子的高级激发态的 物理和化学性质，提供了一种方便有效的方法在这方面s c a i a n o 等人已经进行 过较为全面的评述在对自由基研究上分步双激光技术与普通光化学方法相比 较：激光激发可以得到相当高浓度的激发态或中间体。典型情况下，每一个脉冲 可获得的浓度为1 0 一l o o u m o l ，这样高的浓度，为研究中间体进一步激发、光解、 衰减和其他光物理和光化学提供了方便。 根据分步双激光技术利用光裂解反应形成自由基或者双自由基，研究自由基 的荧光光谱，到目前为止已有不少研究结果发表，测得最大的荧光发射波长，荧光 量子产率以及荧光寿命等结果发表。例如激发态二苯甲基自由基最大荧光发射波 长为5 7 7 n m ，荧光量子产串为o 3 ，荧光寿命为2 5 5 n s ，甲苯中杜基自由基分 支的最大荧光发射波长为5 0 0 n m ，苯中( c 。d 。) 。c h 的最大荧光发射波长为5 4 5 n m ， 环已烷中卜萘甲基自由基的最大荧光发射波长为6 0 1 n m 目前有关淀粉自由基的研究见之报道的主要是顾正彪课题组的相关研究 c l o - 1 5 其论证了用化学发光仪测量自由基相对含量的的可行性，并通过实验比较 了不同种类、不同状态的淀粉以及不同引发剂用量对自由基产率的影响，并且详 细研究了加入引发剂以后的发光强度变化。文献 4 曾用生物化学发光测量仪证 明反应体系中自由基的存在。并研究了m n + 3 引发下，各工艺参数对淀粉丙烯腈接 枝共聚反应的影响( 原理见图1 - 2 ) ： + m n ( h 2 p 2 0 7 ) 3 】事5 5 2 2 。己2 一 c o m p l e x ( i i ) 1 一 c o m p l e x ( i i ) h + + m n ( h 2 p 2 0 7 ) 3 】玉 ho f r e er a d i c a i 图卜2y n + 3 引发淀粉生成淀粉自由基的机理 f i g l - 2 ：t h es t a r c hf r e er a d i c a l sw h i c hi n i t i a t e db ym n + 3 2 第1 章绪论 结果表明：m n + 3 配制中，m n + 2 与m n + 7 的摩尔比对接枝百分率和单体转化率影响 最显著，反应体系p h 值对接枝效率影响最明显，而反应温度对它们的影响相对较 小，三者对接枝百分率，单体转化率和接枝效率的影响均呈二次项关系，且它们相 互问交互作用不大，它们的最佳范围分别为：m n + 2 与m n + 7 摩尔比为4 左右，p h 为1 4 左右，温度为3 8 左右。田汝川等人通过研究发现，引发剂加入方式对产率和接 枝百分率影响不大，对接枝链平均分子量和接枝效率有一定影响，一次加入的平 均分子量低，接枝频率高。但是研究没有测得淀粉自由基发光的光谱，而且也没 有得到自由基数量和光强之间的数学关系，没有建立起数学模型，因此为了尽快 实现在工业上自动控制，进一步进行理论与实验研究显得非常重要与紧迫1 1 3 本文的主要研究工作 本学位论文使用物理方法，用m p l a 多参数化学发光分析系统检测了由m n + 3 引发的淀粉自由基的光子辐射强度变化曲线，阐述了自由基光子辐射强度的变化 规律；在此研究基础上，根据a r r h e n i u s 方程与自由基发光理论，推导出了单 位质量淀粉自由基光子辐射强度与反应温度之间的关系方程，给出了方程中各系 数的物理意义与测量方法：为了进一步从理论上论证淀粉自由基的变化规律， 本文又根据化学发光的动力学模型，首次建立了淀粉自由基的发光动力学方程， 得到了光强随时间的变化函数。本研究丰富了自由基发光的理论，是光电检测技 术在淀粉工业中的新的应用，为进一步对自由基发光机理与规律的研究并为生物 超弱发光研究提供理论与实验上的参考，更为实现变性淀粉工业中的自动控制提 供了思路。全文共分七个章节来介绍我们的研究工作。 第一章、引言。 本章简单的介绍了变性淀粉工业中淀粉自由基研究的重要意义，阐述了 变性淀粉的应用范围与领域以及对人们同常生产生活的影响，并对自由 基的研究现状及取得的研究成果做了简单的说明与介绍。指出对淀粉自 由基进行进一步理论与实验研究的重要性与紧迫性! 第二章、自由基的物理化学性质与研究仪器。 简单的介绍了自由的物理化学性质，以及目前的几种测量方法，并对实 验中用到的实验仪器的工作原理与方法进行了详细的说明。另外，本章 还对实验中化学试剂等进行了说明，给出了初步的测量结果，证明用本 实验仪器与实验方法的可行性。 第三章、淀粉自由基发光弛豫规律的拟合结果分析。 本章用m p l - a 多参数化学发光分析系统检测了由m n + 3 引发的淀粉自由基 的光子辐射强度变化曲线，阐述了自由基光子辐射强度的变化规律；为 了寻找m n 竹引发的淀粉自由基的弛豫发光规律和淀粉自由基湮灭规律间 的关系，作者选取了几条典型衰减函数与发光曲线进行拟合；通过对各 3 江南大学硕士毕业论文 次拟合的参数的比较和物理意义分析，发现用l o g i s t i c 模型描述其弛 豫发光规律能更好的解释相关现象与数据，并通过分析得出公式中即 为自由基的半衰期，a 。为x 呻0 时样品的光子辐射强度，a ：表示x 呻+ 时样品的光子辐射强度，p 为发光样品中影响自由基湮灭因素的系数表 示。本章的研究结果为后续研究提供了实验与数学依据。 第四章、淀粉自由基的光子辐射强度与反应温度的关系研究。 本章在前面的研究基础上，根据a r r h e n i u s 方程与自由基发光理论，推 导出了单位质量淀粉自由基光子辐射强度与反应温度之问的关系方程， 给出了方程中各系数的物理意义与测量方法，然后又用m p l - a 多参数化 学发光分析系统测得不同温度时对应的自由基光子辐射强度，并用方程 对实验值进行拟合，我们对结果进行了比较分析，找到了导致实验值与 理论值存在差异的原因，并给出了合理的解释，说明用此方程描述自由 基光子辐射强度与反应温度之间的关系是合理可靠的。本章的研究找 到了单位淀粉自由基的发光强度跟温度的关系，为实现工业控制提供了 实验与理论参考。 第五章、淀粉自由基弛豫发光结果的理论研究 为了进一步从理论上论证淀粉自由基的变化规律，本章又根据化学发光 的动力学模型，建立了淀粉自由基的发光动力学方程，并根据自由基光 子辐射强度与自由基浓度的关系，通过分析得到了淀粉自由基的湮灭方 程，得到了光强随时间的变化函数。通过拟合发现，函数在不同温度下 随时间的变化曲线与实验曲线的相关系数都在0 9 8 以上，能很精确的 刻画自由基的弛豫发光规律。本章的研究工作从理论上论证了淀粉自由 基的湮灭规律、弛豫发光规律，为第三、第四章的研究提供了重要的理 论依据。 第六章、洋河蓝色经典系列酒的三维荧光光谱研究。 本章对当前市场上比较流行的洋河蓝色经典系列白酒( 梦之蓝、天之蓝、 海之蓝) 进行了比较研究，测定了三种酒的吸收光谱、三维荧光光谱。 实验结果表明，梦之蓝、天之蓝、海之蓝有着特有的吸收光谱和荧光光 谱：吸收光谱表明，三种酒在2 1 2 n m 和2 7 5 n m 有较强烈的吸收，但吸收 强度不同；荧光光谱表明，在2 4 5 n m 的近紫外光激发下，三种酒在3 1 0 n m 、 4 2 0 n m 和6 1 0 n m 附近都有明显的荧光发射，但强度各自不同；当激发波 长增大为3 1 0 n m 和3 4 5 n m 时，依然有两个荧光峰产生，强度差别依然很 大。据此，本文对五个典型的荧光峰的产生机理做了详细的分析，给出 了合理的解释。本研究可以快速准确的区分三种洋河酒及其品质，为白 酒的品质检测和品牌识别提供一种崭新的途径，是对乙醇等团族大分子 研究领域的拓展，是光谱分析与检测技术的新的应用。 第七章、总结与展望。 4 第1 章绪论 对本文的研究工作进行了总结，并对淀粉工业中有关淀粉自由基的理论 研究方向与适时检测手段与方法进行了简单的展望。 5 江南大学硕士毕业论文 第二章自由基的物理化学性质和实验仪器 2 1 自由基发光基本原理及探测技术的发展 由于自由基本身及不稳定，存在时间短，人们对自由基的认识经历了漫长的 过程：1 8 世纪末的化学家在研究化学反应时提出来的，当时只猜测有一些不稳定 的基团如甲基( - c h 。) 等存在。到了2 0 世纪初提出自由基具有奇数个电子，应当是 顺磁性的。2 0 世纪5 0 年代末，随着电子自旋共振( e l e c t r o n s p i nr e s o n a n c ee s r ) 技术的发明和发展，对自由基的研究又进入了一个新的阶段。人们重新提出了一 个更为明确的对自由基的定义：“一个分子或分子的一部分，它的化学键经过修 饰后，一个未成对电子留在这个体系”。随着分析手段的不断进步，对自由基的 研究也越来越深入。 目前已经建立起的测定自由基的光学方法主要有n 铲4 7 1 ：分光光度法、化学发 光法( c l ) 、荧光法、电化学方法等。 分光光度法操作简单：活性氧的分光光度测定，最常用的方法有细胞色素 c ( c y t o c h r o m e c ) 的超氧自由基还原法啪删和硝基四氮哗篮( n it r ob l u e t e t r a z o li u m ，n b t ) 还原法啪3 。但是，活性氧的细胞色素c 还原法存在着其它还原 性物质，如h a d p a 和还原性酶的干扰，一般情况下无法直接用于0 一：的定性分析， 需要比较在s o d 的存在下，是否还有o 一：与细胞色素c 发生反应的结果，从而判 断o 一：的生成与否，此外，它的灵敏度也较低。荧光分光光度法灵敏度高，操作 简单，但是可用于选择的荧光试剂不多，因此，利用荧光光度发测定活性氧的报 道不多期。 化学发光是由高能量、不放热、不作电功或其它功的化学反应所释放的能量 激发体系中某种化学物质分子而产生的次级光发射。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。利用发光的相对强度对待测试样进 行定量和定性的分析方法就称为化学发光分析法。化学发光分析法不需要外部光 源，消除了杂散光及因光源发光不稳定而导致波动的缺点，从而降低了噪声，提 高了信噪比，再加上灵敏的光电检测技术，使该法具有灵敏度高、线性范围宽等 优点。化学发光分析法是一种有效的微量和痕量分析法，广泛应用于无机分析、 有机分析、生物活性氧研究、免疫分析、环境生物医药科学和临床化学等。9 0 年代以来，化学发光分析法的发展呈现以下两个主要特点：一是化学发光新体系 研究活跃，新体系的不断建立、经典体系的应用范围不断拓宽。二是化学发光与 其他分析技术联用多样，与毛细管电泳、流动注射、纳米技术、微透析和分子印 迹等技术联用都使化学发光分析显示出了灵敏、快速的特点，使得化学发光应用 范围同趋广泛。 6 第2 章自由基的物理化学性质和实验仪器 翻由基发光可以看成化学反应产生光辐射。其机理怒反应体系中某种物质 ( 反应物、产物、中间体) 的分子在反应中吸收了能量，由基态跃迁至激发态，然 后返回基态，能量以光辐射的形式释放出来，产生发光。发光的必须具备掰个条 件，是该反应释放出定的能量，且释放出的能量可以被某种反应产物或中间 体所吸收，使之处于激发态：二是这种激发态产物应具有一定的化学发光量子产 率，或者可以将其麓量有效的转化给某种荧光物质，产生光辐射。基于此，其发 光过程可表示为： ( 1 ) 直接化学发光： a + 露墨哼c + d ( 2 1 ) 激发态c 掌是不稳定的，它然后向基态的c 跃迁从而发射一个光子 e 呻c + h v ( 2 2 ) ( 2 ) 间接化学发光： c + f c + f 。 ( 2 3 ) 激发态f 枣是不稳定的，它然后向基态的f 跃迁从而发射一个光子 f + _ f + h v ( 2 4 ) 霾前，对豳由基的测定，大多采用间接方法栗研究胁迫条件下生物体嚏自由 基的变化与生物体损伤之间的关系。这种间接方法不能测定出生物体内的融由基 含量变化。流动注射分析法重现性好，分析速度快，可以实现样最的实时、在线 分祈及分析过程的自动化。将流动注射与高灵敏度的化学发光法结合起来用于测 定自由基，有望实现生物样品中自由基的实时、在线分析，方法不仅具有很高的 灵敏度和选择性，丽且能够实现分析过程的自动化。到目前为止，用于化学发光 研究自由基的体系主要有以下几种口m 1 ： ( 圭) 鲁米诺化学发光体系：鲁米诺( 5 - a m i n o - 2 ，3 一d 强y d r o 曲专h a 王a z i n e 一圭， 4 - d i o n e ) 是为化学发光研究中最常用的试剂之一。在催化剂，如酶，f e 2 + ，c 0 2 + ， n ，2 + ，c u 2 + 等过渡金属离子或者金属络合物的催化下能加快鲁米诺的化学发光反 应。鲁米诺在碱性介质既可以与明自由基反应引起发光，也可以与0 ：一融由基 或者单线态氧1 0 。以及h 。0 。发生化学发光。反应的事实己经基本上得到公认。 ( 2 ) 光泽精化学发光体系：光泽精( n ，n d i m e t h y l - 9 ，9 - d i a c r i d i n u m ) 也 是广泛获得使用的化学发光试剂之一。与鲁米诺相比，光泽精的发光体n 一甲基 叮吮酮比鲁米诺的发光体3 一氨基邻苯二甲酸发光更强、发光效率更高、光泽精的 化学发光对某些还原剂非常敏感。 ( 3 ) 荧光素化学发光体系：荧光素简称c l a ，c l a 的特点是不与生物机体内 的嚣。0 。或者渊发生反应，只与o 。一或者1 0