高等分析化学读书报告

1、.高等分析化学读书报告 一、紫外/可见光谱多元校正来进行水杨酸电化学氧化的动态研究Nelson Matyasovszky;Min Tian;Aicheng Chen. J.Phys.Chem.A.2009,113, 93489353 传统水净化工艺的低效率问题，水杨酸和水杨醛是造成环境污染的两种很常见的物质。因此迫切地需要一种新的检测废水中水杨酸和水杨醛的含量以及处理方法。这篇文章，报道了一种在Ti/IrO2-SnO2-Sb2O5电极上以水杨酸和水杨醛作为典型有机污染物的电化学氧化过程。并探究了一些因素对电化学氧化过程的影响。紫外光谱法和多元校正被用来评估SA和SH氧化混合物在整个过程中的电化

2、学竞争效果。 水杨酸和水杨醛是从Sigma-Aldrich采购的且未经过任何纯化，所用的水经过了纳米水处理系统的纯化，电极是用热分解法制备的。结果与讨论：(A) 30 ppm s水杨酸在置于0.5摩尔40摄氏度硫酸中，电流是100 mA的Ti/IrO2-SnO2Sb2O5 电极中的电化学氧化吸收光谱 (B) 相对应的C/Co对时间(c/co - t) 的数据曲线 (A) 30 ppm s水杨醛在置于0.5摩尔40摄氏度硫酸中，电流是100 mA的Ti/IrO2-SnO2Sb2O5 电极中的电化学氧化吸收光谱 (B) 相对应的C/Co对时间(c/co - t) 的数据曲线 其中A图对应的是温度对

3、水杨酸的影响情况，B图对应的是温度对水杨醛的影响因素 温度对电化学氧化程度的影响如下图所示： 总之，我们利用原位紫外/可见光谱多元校正研究了水杨酸，水杨醛，以及他们的混合物在IrO2-SnO2-Sb2O5电极上的电化学氧化的动态过程。就我们所知，Plackett - Burman设计第一次被用于自发地研究电流密度，温度，传质，电极材料的分解，原始聚集，以及污染源电化学处理支撑电极的分解对电化学分解过程的影响。我们的研究表明，温度和电流密度是影响水杨醛的电化学氧化的最重要的两个因素。我们还测到水杨酸和水杨醛的活化能依次是17.2和24.8千焦每摩尔。随着电流密度的增加，电化学氧化程度也在增加。二

4、、耦合反stokes拉曼散射微谱：生物及药物的化学成像参考文献：Evans , C. L. ; Xie ,X. S. Annu. Rev. Anal. Chem. 2008 光学成像技术的发展极大的增强了我们研究微观世界的能力。简单的显微技术，例如明视场和差别干涉对比显微技术，在细胞学和分子生物学中扮演着重要的角色，但是缺乏化学专一性。实现鉴别特定分子的成像极大的促进了我们在微观尺寸里了解微观过程。然而，许多这样的技术需要外来的标记物，会对内部体统有干扰。内部成像技术，像原位荧光成像具有化学专一性，但是体系内部的荧光团的种类屈指可数。振动微谱技术具有内部化学选择性，因为不同的分子具有特定的振动

5、频率。红外微谱技术有了较大的发展，但是也存在的局限性，包括：低选择性（由于不是背景自由的检测）、低空间分辨率（红外被较长）、水对红外光有吸收。拉曼微谱被广泛的研究，发现其可用于葡萄糖检测、肿瘤诊断、DNA检测、微观内部光谱等（图1）。然而，拉曼微谱也存在局限性。拉曼效应极弱（光子转化效率低于1/108），因此，数据的获得需要很长时间。拉曼微谱成像需要高激光能量和长的积分时间（100ms到1s每像素）。这些因素严重束缚了拉曼微谱在活体研究中的应用。通过耦合反stokes拉曼散射(coherent anti-Stokes Raman scattering ,CARS)，可以获得更强的振动信号。该现

6、象首先由Maker 和Terhune在Ford Motor公司发现。可惜，刚开始并未命名为CARS，直至10年以后。CARS过程由频率为p的脉冲光束和stokes频率s通过波叠加相互作用在样品上，当频率p-s和拉曼活性分子的振动频率匹配时，共振振荡器为激发场所驱使，从而产生强的反stokes信号，频率as=p-s（图2）。 Naval研究室的Reintjes小组首先使用CARS作为微谱的对照机制。1999年，CARS微谱技术在太平洋西北国家实验室有了新进展。再此之前，由于技术困难而进展缓慢。此后，CARS微谱技术通过比较不同振动模式被用于活体细胞的可视化，包括：磷酸酯的伸缩振动（DNA）、酰胺

7、带振动（蛋白质）、羟基的伸缩振动（水）、CH基团的伸缩振动（脂质）。在这些模式当中，脂质的信号最强以至于单个双磷脂层能可视化。同时，CARS微谱也是一种极为有效的研究活体组织的成像技术。CARS微谱技术的优点总结如下：1、 提供了一种基于样品的内部分子振动的对比，免除了外加标记物。2、 其灵敏度远远高于瞬时拉曼微谱，在更加温和的激发源下实现实时成像。3、 CARS过程的非线性本质使之拥有三维剖面，这对于厚的组织或细胞结构的成像是非常重要的。4、 反stokes信号相比脉冲波和stokes波有蓝移，因此在单光子荧光存在下更易于检测。5、 当使用近红外激发波时，CARS微谱可穿透0.4mm，实现厚

8、组织成像。6、 由于CARS过程发生在电子基态，样品的光子损耗最小化，尤其是在用皮秒脉冲减少多重光子效应时。三、距离决定的电化学发光增强和熄灭：CdS:Mn纳米晶体膜联合金纳米颗粒用于检测DNA参考文献：Shan,Y.; Xu,J.J; Chen,H.Y. Chem. Commun., 2009, 905907GC：玻碳电极 EDC/ NHS: N-(3-dimethylaminopropyl)-N-ethylcarbodiimide hydrochloride/ N-hydroxysuccinimide所观察到的荧光熄灭，是因为当荧光团和金纳米颗粒空间距离靠近时，发生F ö rst

9、er共振能量转移。电化学发光增强，是由于当两者相互远离时，激发态的CdS:Mn纳米晶膜与电化学发光诱导的金纳米颗粒表面等离子共振有相互作用。两者结合，可以完成高选择性的DNA检测。用掺杂1.34%Mn的CdS纳米晶体修饰玻碳电极（直径3mm）表面，厚度为5nm，并组装上3-巯基丙酸(MPA)。CdS:Mn膜在共反应物S2O82-存在下，产生强且稳定的电化学发光现象。在 CdS:Mn /S2O82-体系中，ECL的产生是CdS:Mn 和S2O82-还原的伴随现象。具体过程如下：当不加Mn时，ECL谱中只有500nm的峰，而掺有Mn的CdS膜有584.5nm的峰和660nm峰。显然，CdS:Mn

10、膜的ECL发射（584.5 nm）纳米颗粒的表面等离子波吸收有很大的谱图重叠 (如下图所示).这有利于光致发光体系与电致发光体系的能量转移。CdS:Mn 纳米晶膜的ECL 谱：0.05M K2S2O8 + 0.1 M PBS (pH 8.3) ，电压由0 到 -1.5 V. 插入图: MCH-包裹的Au 纳米颗粒UV-Vis吸收光谱 如若，将发夹型DNA探针在EDC和NHS的作用下，通过6-巯基-1-己醇交联上金纳米颗，然后杂交到CdS纳米晶膜上。此时ECL峰高降低。理论上及实验上都说明，近距离的荧光团-金属体系，染料不能产生荧光，因为所有的激发能通过F ö rster共振能量转移被

11、耗散了。 若发夹型DNA与目标DNA结合，荧光团和金纳米颗粒距离迅速增大。ECL峰高增强。若不加金纳米颗粒，则无增强现象，S2O82-也无大影响，故，可能的原因是：ECL激发的金纳米颗粒表面等离子与邻近CdS纳米晶膜之间的能量转移导致CdS纳米晶体辐射和非辐射速率的改变。四、利用拉曼光谱和表面增强散射分析圆珠笔墨水中的合成染料Geiman, I.; Leona, M.; Lombardi, J.R. J Forensic Sci. 2009, 54. 4拉曼光谱和表面增强拉曼光谱（SERS）用于分析圆珠笔墨水中合成染料的适用性已在对比实验中有所研究。用散射体系（633nm 785nm激光）和傅

12、里叶变换体系（1064nm激光）在不同分析条件下（如粉末状颜料、溶液、薄层色谱点TLC），发现了大概10染料。尽管一般的染料拉曼光谱研究具有较高的荧光背景和较差的谱图质量，SERS确能发挥较好作用。此外，染料标样和单种墨水可以通过传统的分析手段用TLC板制备，因此是一种具有法医鉴定价值的技术。 实验结果表明，用1064的NdYAG激光源的傅里叶变换体系的实验结果具有较好的一致性。用633nm和785nm的激光源所得的各种染料的谱图有较大的差异。此外，所有的633nm谱图中都有较强的荧光。只有橙色的酸10（Fig. 2），对这两种波长的激发源下有一致的峰和强度。对于天蓝色(Fig. 4)、苏丹黑

13、(Fig. 9)、紫罗蓝(Fig. 10)这些染料，633nm激光比785nm激光源有较好的性能。这些结果可以用拉曼共振增强来解释，因为这三种染料都有类似的深蓝色。785nm激光源对于其他的分析物，像蓝色酸1(Fig. 1)、红色染料、红色酸(Fig. 3)、罗丹明B(Fig. 8)，都可以给出较清晰的谱图。总之，这些结果包含了足够用于区分不同染料的特征峰。其中一个例外是结晶紫(Fig. 5)和甲基紫(Fig. 6)较难区分，因为两者结构极为相似，仅仅是甲基数量的差别。 用633nm和785nm激光源，可以获得相当好各种染料的SERS谱图。633nm激光源下，信号响度大约翻了4翻，副品红碱在7

14、85nm激光源下表现出了更高的信号强度。普通拉曼谱图和SERS谱图对于各个峰，信号强度有所差别（例如 Fig. 4917 cm-1 peak），特征峰只有在一种类型的谱图中出现(例如 Fig. 2. 1618 cm-1 peak)。此外，对比普通烂漫谱图和SERS谱图，还发现了一些峰位移(例如Fig. 8, 12801284 cm-1 peak)。这种峰的变化可以选律解释，分子键是拉曼活性还是表面增强拉曼活性。需注意的是，SERS谱的是通过染料的稀释溶液获得的，而普通的拉曼谱图是固体样品。TLC分析表明，甲基紫标样在板上分离出三个点。颜色、Rf值、和SERS谱显示，墨水提取物只验出甲基紫中相应

15、的两个点。此结果可能是标样和墨水中都存在的脱甲基五甲基副品红碱的不同结合态造成的。墨水染料的SERS谱通过TLC平板获得（图11），强度高且与甲基紫标样的SERS谱吻合（图6和11）。五、一步法均相免疫分析：金纳米微粒探针结合动态光散色用于检测癌症标记物Xiong Liu, Qiu Dai, Lauren Austin, Janelle Coutts, Genevieve Knowles, Jianhua Zou, Hui Chen, andQun Huo*J. AM. CHEM. SOC. 2008, 130, 2780-2782动态光散色（Dynamic light scattering

16、，DLS)通常用于聚合物、蛋白质、胶体和纳米颗粒的尺寸和尺寸分布的分析。由于金纳米颗粒的强散色性质，自然可以想象DLS是检测低浓度纳米颗粒定量测定和分析的一种非常有效的技术。根据尺寸的差异，DLS可以将单个纳米颗粒从二聚、多聚及聚集态的颗粒中分辨出来。DLS的这种功能使之成为一种潜在的定量免疫分析技术。FDA所建议，PSA（Prostate specific antigen）是的前列腺癌症诊断的标志物。健康人体中PSA的浓度在ng/ml，游离的PSA（f-PSA）浓度一般少于1ng/ml,占PSA总浓度的10%范围内。研究表明，患有前列腺癌或者良性前列腺增生患者，f-PSA的比例浓度低于普通人

17、。测定f-PSA对总PSA的比，可以用于医学诊断。如下图所示：当键合了anti-PSA 检测源的见纳米颗粒和键合了anti-PSA捕获剂的金纳米棒这两种颗粒与含有抗原f-PSA的溶液混合时，f-PSA与两种纳米颗粒上抗体的键合引起纳米颗粒的二聚，多聚和聚集（依据浓度而定）。通过DLS分析，纳米二聚体、多聚体、聚集态对单个纳米颗粒的比例可以定量得到。Scheme 1. A Schematic Illustration of a Homogeneous Immunoassay Using Antibody-Conjugated Nanoparticles and Nanorods Coupled

18、with Dynamic Light Scattering MeasurementAbbreviations: GNP, citrate-protected gold nanoparticles; dAb, anti-PSA detector antibody; GNR, gold nanorods; cAb, anti-PSA capture antibody.Figure 1. TEM micrographs of (a) gold nanoparticles (scale bar: 50 nm), (b) gold nanorods (scale bar: 60 nm), and (c)

19、 their dynamic light scattering intensities and linear regression curves.Figure 2. TEM micrographs of (a) nanoparticle-nanorod conjugate oligomers formed from the binding of primary antibody-conjugated gold nanoparticles (GNP-dAb) and gold nanorods (GNR-cAb) nanoprobes with antigen f-PSA (concentrat

20、ion 2 ng/mL); and (b) nanoparticle-nanorod pair after further conjugation with antimouse secondary antibody-conjugated 5 nm gold nanoparticles (scale bar: 20 nm).通过发挥金纳米微粒具有大的散色截面以及DLS的高灵敏度，利用金纳米探针可以检测低浓度的生物标记蛋白和其他靶向分子。跟传统的免疫分析相反，这种分析方法在溶液中进行，抗体和抗原能更好的相互作用。并且，不涉及任何洗涤过程，结果只要纳米探针结合就可迅速得到。再者，此方法需要极少量的样

21、品（这里仅需3.3l样品溶液）。若采用更先进的DLS技术，样品的用量可以更少。六、利用表面等离子共振生物传感器检测环境样品的微囊藻毒素Chenlin Hu; Nanqin Gan; Yuanyuan Chen;Lijun Bi; Xianen Zhang; Lirong Song. C. Hu et al. / Talanta .2009,80, 407410用于微囊藻毒素检测的间接禁阻表面等离子共振（surface plasmon resonance ，SPR）免疫分析方法已然建立。生物结合的MC-LR和牛血清蛋白（BSA）被固定在CM5传感芯片上。一系列MC-LR标样预混合物和单克隆抗体（

22、mAb）注入功能化的传感表面，随后的特异性免疫反应可通过BIAcore 3000生物传感器监测到，随着MCs浓度的降低，可观察到信号的增强。新发展的SPR免疫分析法具有较宽的线性范围，1-100gL1。尽管灵敏度相比传统酶联免疫吸附分析法较差，SPR生物传感器具有一些独特优势：（1）生物传感器可重新利用。经50个循环分析也无明显的键合活性的降低。（2）单个分析可以50min内完成（30min预处理，20min BIAcore分析）。（3）此法无需多个步骤。SPR生物传感器也可用于检测环境样品中的MCs，所得的结果与ELISA分析较为一致。作者认为，SPR生物传感器提供了检测MCs的独特优势，可能会进一步发展区域便携式传感器，用于实时检测邻近区域的MCs。Fig. 2. (A) Sensorgram generated by injecting the solution mixture of monoclonal antibody and MC-LR a