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荧光光谱法在分析化学的应用

作者:dqwlunwen 分类:理工论文 时间:2021-03-02

关键词:职称论文发表,学术论文,著作出版,理工论文发表
 
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摘要:环境中有机污染物的加重以及生物科学的飞速发展,均需要有效的分析检测方法推动研究的继续前进,荧光光谱技术由于其特殊的优越性,被选择用于环境中有机污染物的分析检测和生物科学中化学成分的定性与定量分析。本文从研究背景以及荧光光谱技术特点出发,综合论述了同步荧光光谱技术在分析化学中的应用研究进展。
 
关键词:荧光光谱技术;分析化学;生物科学
 
荧光分析法诞生于19世纪60年代,由于该方法的选择性较好、测定参数多(比如荧光的寿命、荧光的量子产率、激发波长、发射波长和荧光的各向异性等等)、灵敏度高、检测方法多样化,可根据样品的实际测量条件适当调整方法,对其加以选择,故而总结出该方法的适用性较强、选择性高和线性范围较宽等特点,是一种简便又实用的化学分析技术[1]。近年来,生物科学的快速发展对分析化学领域的要求更加严格,也创造了更多机遇,大量的新课题集中出现,尤其是对多肽、核酸以及蛋白质等生物大分子的研究分析,还有其他生物药物分析,以及超微量和超痕量生物活性分析,微生物分析也被研究。荧光光谱除了以上谈到的用于生物科学领域的分析研究以外,还多被用于多环芳烃的分析研究。上世纪中后期,随着工农业的飞速发展,大量的煤炭、石油不仅在工业生产和交通运输中广泛应用,连百姓日常生活也经常使用,这类燃料的使用会产生大量多环芳烃类物质,经研究发现该类物质是导致目前癌症发病率居高不下的原因之一,现已成为全球各国共同关注的有机污染物[2]。该类有机污染物不仅具有毒性,而且可在环境中持续累积,以及它的半挥发性使得其可在环境中长久的存在下去,因此这种多环芳烃也被归纳到持久性有机污染物(POPs)中。多环芳烃即为2个或2个以上的苯环连在一起的有机化合物。苯环会以2种方式连在一起:其一,非稠环型,每个苯环提供一个碳原子来使得苯环之间相连,典型的有联苯、联三苯等;其二,稠环型,2个苯环共同拥有2个碳原子,例如萘、蒽等。通常说的多环芳烃一般是指第2种,稠环型化合物。这类多环芳烃的数量多、分布范围广,人类长期暴露在这类化合物中,免疫系统和生殖系统都会被破坏,还会致癌。现在已经有400余种多环芳烃及其衍生物被确定为具有致癌性,占致癌物总数的三分之一以上[3]。因此,寻找有效的分析检测方法(荧光光谱技术)测定出环境中、食物中的该类物质,可最大限度地减少该类有机污染物对人类以及其他生物的危害。目前,我国非常注重环保材料的生产和使用,比如,绿色健康环保型建筑材料的研发和使用[4]。
 
1荧光光谱技术及其优点
 
荧光光谱技术是基于荧光分光光度剂的分子层面上的光谱分析方法,定量和定性分析皆可。由于一些物质具有荧光性质,这类物质被紫外光或可见光照射之后可以发射出荧光,荧光光谱中就刚好反映了该物质独特性质,该技术目前被众多领域的研究人员广泛使用,而且发展空间较大。一般来说,物质处于稳定态时电子均处于单重态中的基态,若是受到外界刺激,则会引发基态中的电子向高能级跃迁,此时的电子处于激发态,会通过内部转换作用和振动弛豫等非辐射方式回到基态。与此同时,伴有能量损失,发射出荧光光子,捕捉这些光子绘出光谱图,即可用来分析物质的性质。荧光光谱技术的优点主要有以下几点:灵敏度高、选择性强、需要样品量极少、光谱包含信息量较大、操作方便快捷,而且环保[5,6]。荧光光谱技术主要分为几大类:(1)常规的荧光光谱技术,这类方法简单有效又直接,使用率极高。(2)三维荧光光谱技术,就是激发波长、发射波长和荧光强度。结果的表现方式为等角三维投影图和等高线图,光谱中所包含的信息更完整。(3)导数荧光光谱技术。(4)时间分辨荧光光谱技术。(5)空间分辨荧光光谱技术。(6)同步荧光光谱技术,基于三维荧光光谱技术发展起来的,同时扫描激发波长和发射波长来测定荧光强度。同步荧光光谱技术又细分为四种类型:固定波长同步荧光光谱、固定能量同步荧光光谱、可变波长同步荧光光谱、恒基体同步荧光光谱。
 
2同步荧光光谱法在分析化学中的应用研究
 
近年来我国相关领域的研究者也积极将同步荧光光谱法应用于化学分析中,主要集中于生物科学分析领域。朱西挺[7]等人以同步荧光光谱法研究了肌红蛋白与药物间的相互作用。实验得出,肌红蛋白的铁吓琳环荧光光谱的发射峰所处位置并没有移动,发生峰的强度却随着盐酸洛美利嗪含量的增多而减小,表明蛋白质与药物之间产生了作用。而且,肌红蛋白中酪氨酸的荧光光谱激发峰的强度呈现先减弱后增强的趋势,峰的位置也产生了红移,表明蛋白质的构象和结构均发生了改变,缔合作用在蛋白质的分子间发生,形成了氢键。张源[8]等人利用同步荧光光谱法研究了肿瘤芳香族氨基酸残基(Tyr和Trp)含量的变化,所测结果显示肿瘤患者血液中的残基荧光峰的强度都比健康实验者的,该结果与用动物所测的数据一致。若是采取肿瘤中蛋白质来进行实验,结果却与用血浆作为样本时相反,肿瘤组织中残基的荧光峰强度会随着肿瘤产生的时间增加而减弱。由此,作者推测残基的蛋白质极有可能与肿瘤的恶化或减轻有关。并分析具体原因为癌细胞在病变的过程中极有可能会降低对芳香氨基酸的摄取,结果会致使Tyr或Trp残基合成蛋白质的量大大减少;另一个原因,肿瘤中Tyr或Trp残基对蛋白质的分解代谢能力增加。李道金[9]利用荧光法、同步荧光光谱法、三维荧光光谱法和圆二色谱法研究了头孢吡肟盐酸盐与牛血清白蛋白的相互作用。作者借助分子光谱研究了头孢吡肟盐酸盐和牛血清白蛋白在pH值不同时二者之间的相互作用,结果表明,当pH=7.4,中性条件下结合力达到最强。通过计算得到的猝灭速率常数与结合常数的值表明了明该类体系的荧光猝灭为静态猝灭,且结合力处中等水平,于此同时,利用荧光光谱法也探索了头孢吡肟盐酸盐对牛血清白蛋白构象是否有影响,若是有,又是影响了什么。牛血清白蛋白若是变性,则会导致其与头孢吡肟盐酸盐之间的结合力减小。最后,还研究了金属离子是否对头孢吡肟盐酸盐与牛血清白蛋白之间的结合结合常数有影响。吴晓红[10]等人利用同步荧光光谱法探究了竹红菌甲素(HA)对肌红蛋白和血红蛋白构象的影响。实验结果表明,当加入HA后,肌红蛋白与血红蛋白的荧光光谱都发生了红移现象,这表明HA与二者均发生了相互作用,改变了肌红蛋白与血红蛋白的构象,使得蛋白质中的氨基酸残基的暴露程度加大,所存在的微环境发生了显著的改变,导致其疏水性减弱,后来转变成了亲水性,进而有了荧光猝灭。



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