CN105510309A - 一种水溶性电化学发光试剂及对其定量检测的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水溶性电化学发光试剂--四(4-磺酸基苯基)卟啉（TSPP），其在与K2S2O8共存时，具有良好的电化学发光性能。本申请人利用该性能研究了一种定量测定四磺酸基苯基卟啉的方法。该方法具有良好的稳定性和专一性，在1.13×10?6mol·L-1到3.39×10?5mol·L-1的线性范围内，电化学发光强度与TSPP的浓度成良好的线性关系，检出限为4.03×10?7mol·L-1。

Description

一种水溶性电化学发光试剂及对其定量检测的方法
技术领域
本发明属于电分析化学技术领域，具体涉及一种水溶性电化学发光试剂及对其定量检测的方法。
背景技术
电化学发光又称为电致化学发光，简称ECL。它是指一些中间体，主要是自由基离子在电的激发下产生于电极表面，继而进行高能电子迁移反应，以形成激发态而产生的一种发光现象。电化学发光是结合电化学和化学发光的分析测试技术，电化学发光分析除了具备荧光分析和化学发光分析的一些特征以外，同时还具有一些电化学的特色。主要有以下特点：
1、线性范围宽，灵敏度高。
2、反应可控性强，有利于发光反应机理的研究。
3、分析速度快，实验装置简单。
4、可进行原位检测，试剂循环使用。
5、分析应用范围广，与多种技术联用。
迄今为止，有很多电化学发光体系被发现，许多试剂可以产生电化学发光，但只有几种类型的电化学发光反应能在实际中得以应用，主要有以下五类。第一类是酰肼类化合物的电化学发光。酰肼类化合物是一类典型的电化学发光物质，其电化学发光行为具有发光效率高。试剂稳定、反应在水相中进行等优点。大多数观察到的酰肼类化合物的化学发光都有过氧化氢参与或中间过程生成过氧化型化合物。第二类是吖啶类化合物的电化学发光。典型的吖啶类电化学发光化合物有光泽精（lucigein）体系及吖啶酯（AE）体系，这类发光剂不需要催化剂的存在，在过氧化氢的稀碱溶液中方可发光。第三类是多环芳香烃类电化学发光。有机物电化学发光物质中研究最多的是芳烃，尤其是多环芳烃（PAH）。多环芳香烃又称稠环芳烃，它的电化学发光反应已被广泛研究。典型的多环芳香烃有机物电化学发光是基于高能量电子转移反应机理进行的。第四类是过氧化草酸酯电化学发光。过氧化草酸酯（PO）的化学发光反应被认为是目前最有效的非生物化学发光反应，该反应最大的量子产率可达34％。由于具有很高的化学发光效率，过氧化草酸酯类化合物除了在分析化学领域被广泛研究和应用以外，还较多的研制开发便携光源。第五类是金属配合物电化学发光。许多金属配合物和簇类化合物都可以产生电化学发光。现有技术中并没有以四(4-磺酸基苯基)卟啉（meso-tetra(4-sulfonatophenyl) porphyrin，TSPP，通过已有文献合成即可）作为电化学发光试剂的报道。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题， 本发明提供了一种水溶性的电化学发光试剂，即四(4-磺酸基苯基)卟啉（TSPP）；本发明还提供对其定量检测的方法。
为达到发明目的本发明提供的技术方案为：
本发明提供一种水溶性电化学发光试剂，所述电化学发光试剂为四(4-磺酸基苯基)卟啉。
作为优选，所述电化学试剂以K2S2O8为共反应剂。
本发明还提供对权利要求1所述的电化学发光试剂进行定量检测的方法，在三电极体系中，以含有K2S2O8、TSPP的磷酸盐缓冲液为溶液，进行电化学发光扫描，并记录信号；将结果代入线性方程：I=422.95+38.54C，得到电化学发光试剂的浓度。
作为优选，所述三电极体系中，工作电极为裸的玻碳电极。
作为优选，电位设置范围为-0.3到-1.5V。
作为优选，所述K2S2O8的浓度为0.1mol/L-0.5mol/L；
更优选地，所述K2S2O8的浓度为0.5mol/L。
作为优选，所述磷酸盐缓冲液的浓度为10mmol/L。
作为优选，所述磷酸盐缓冲液的pH值为7.4。
作为优选，所述电化学发光扫描的扫描速度为0.05-0.5V/s。
更优选地，所述电化学发光扫描的扫描速度为0.1V/s。
本发明公开了一种新型水溶性电化学发光材料，即四(4-磺酸基苯基)卟啉（TSPP），其在与K2S2O8共存时，具有良好的电化学发光性能。本申请人利用该性能研究了一种定量测定四(4-磺酸基苯基)卟啉的方法。该方法具有良好的稳定性和专一性，在1.13×10−6mol·L-1到3.39×10−5mol·L-1的线性范围内，电化学发光强度与TSPP的浓度成良好的线性关系，检出限为4.03×10−7mol·L-1。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为不同溶液在裸的玻碳电极上的循环伏安图；其中，a为TSPP缓冲液，b为K2S2O8缓冲液，c为TSPP+ K2S2O8混合溶液；
图2为不同溶液在裸的玻碳电极上的电化学发光图；其中，a为TSPP缓冲液，b为K2S2O8缓冲液，c为TSPP+ K2S2O8混合溶液；
图3为不同浓度的K2S2O8在裸的玻碳电极上的电化学发光图；图中，a的浓度为0.1mol/L，b的浓度为0.15mol/L，c的浓度为0.2mol/L，d的浓度为0.25mol/L，e的浓度为0.3mol/L，f的浓度为0.4mol/L，g的浓度为0.5mol/L；
图4为裸的玻碳电极在TSPP/K2S2O8体系，0.1 mol·L-1 PBS缓冲溶液（含0.1 mol·L-1KCl）中，在不同扫速下的电化学发光图；
图5为裸的玻碳电极在TSPP/K2S2O8体系，0.1 mol·L-1 PBS缓冲溶液（含0.1 mol·L-1KCl）中，连续扫描20圈的电化学发光图；
图6为不同浓度TSPP溶液的电化学发光扫描图以及TSPP线性方程；其中，a-g的浓度分别为：1.13×10-6 mol·L-1， 5.56×10-6 mol·L-1， 1.13×10-5 mol·L-1， 1.7×10-5 mol·L-1， 2.26×10-5 mol·L-1，2.83×10-5 mol·L-1，3.39×10-5 mol·L-1 。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为市售。实验过程中使用的水均为二次蒸馏水，实验所用的试剂均为分析纯。实验均在室温下进行。
实施例1
a）电极的抛光处理：在进行实验之前，将玻碳电极依次用0.3μm、0.05μm的三氧化二铝悬浊液在麂皮上打磨抛光，然后用体积分数为95﹪的乙醇、二次蒸馏水冲洗数次，再放到超声波清洗器中清洗，用氮气吹干后备用。经以上步骤处理之后，再将电极置于5mL浓度为1mmol· L-1的铁***中，其中含有0.1 mol· L-1的氯化钾电解质，采用三电极体系，其中玻碳电极为工作电极，铂丝为对电极，以Ag/AgCl电极为参比电极在多通道工作站进行循环伏安扫描，对玻碳电极进行表征；
b）制备TSPP缓冲液：移取一定量的TSPP储备液于1.5 mL的塑料离心管中，再移入pH为7.4的0.1 mol·L-1 PBS缓冲溶液(含0.1 mol· L-1 KCl)稀释至1mL，摇匀；制备的TSPP缓冲液中TSPP的浓度为2×10−5 mol·L-1；KCl是缓冲溶液的支持电解质；
制备K2S2O8缓冲液：移取一定量的储备液于1.5 mL的塑料离心管中，再移入pH为7.4的0.1 mol·L-1 PBS缓冲溶液(含0.1 mol· L-1 KCl)稀释至1mL，摇匀；制备的K2S2O8缓冲液中K2S2O8的浓度为0.1 mol·L-1；
制备TSPP+K2S2O8混合溶液：移取一定量的TSPP储备液、储备液于1.5 mL的塑料离心管中，再移入pH为7.4的0.1 mol·L-1 PBS缓冲溶液(含0.1 mol· L-1 KCl)稀释至1mL，摇匀；得到的混合溶液中TSPP的浓度为2×10−5 mol·L-1，K2S2O8的浓度为0.1 mol·L-1；
c）分别移取600μL步骤b）中各种溶液于不同样品池中，静置2min，待体系稳定之后，以玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极、铂丝分别为参比电极和对电极，在-0.3V到-1.5V之间进行循环伏安扫描，结果参见图1。
图1为不同溶液在裸的玻碳电极上的循环伏安图；其中，a为TSPP缓冲液，b为K2S2O8缓冲液，c为TSPP+ K2S2O8混合溶液；从图1中可以看出曲线a是TSPP的循环伏安曲线，在-0.7V出现一个还原峰，且峰电流较弱；曲线b是K2S2O8的循环伏安曲线，在-1.1V左右出现了一个还原峰，此反应为不可逆过程；曲线c是TSPP和K2S2O8同时存在下的循环伏安曲线，混合液在-0.7V和-1.3V同时出现了两个还原峰，其分别对应于TSPP和K2S2O8的还原峰，TSPP的峰电位不变， K2S2O8的峰电位却负移了0.2，原因可能是TSPP的存在对其还原产生了影响。
实施例2
a）电极的抛光处理同实施例1；
b）三种溶液的配制同实施例1；
c）移取600μL上述混合溶液于样品池中，静置2min，待体系稳定之后，以玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极、铂丝分别为参比电极和对电极，在-0.3V到-1.5V之间进行电化学发光扫描，结果参见图2。
图2为不同溶液在裸的玻碳电极上的电化学发光图；其中，a为TSPP缓冲液，b为K2S2O8缓冲液，c为TSPP+ K2S2O8混合溶液；从图2中可以看出在TSPP和K2S2O8单独存在时并没有发光信号，而当两者共存于一个体系时有很强的电化学发光信号。
实施例3
a）电极的抛光处理同实施例1；
b）移取100μL的TSPP溶液到1.5 mL离心管中，再移入100μL不同浓度的K2S2O8（1×10− 1mol·L-1-5×10−1 mol·L-1）到离心管，最后加入800μL pH为7.4的0.1 mol·L-1 PBS缓冲溶液（含0.1 mol·L-1 KCl）使总体积为1mL，摇匀并且静置2min；缓冲溶液中TSPP的浓度为2×10−5 mol·L-1；
c）分别移取600μL上述混合溶液于样品池中，以玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极、铂丝分别为参比电极和对电极，在-0.3V到-1.5V之间进行循环伏安扫描和电化学发光扫描，结果参见图3。
图3为不同浓度的K2S2O8的电化学发光图，可以看到不同浓度时，对其电化学发光强度有一定的影响。图中，a的浓度为0.1mol/L，b的浓度为0.15mol/L，c的浓度为0.2mol/L，d的浓度为0.25mol/L，e的浓度为0.3mol/L，f的浓度为0.4mol/L，g的浓度为0.5mol/L。
实施例4
a）电极的抛光处理同实施例2；
b）移取100μL的TSPP溶液到1.5 mL离心管中，再移入100μL的 K2S2O8到离心管，加入800μL pH为7.4的0.1 mol·L-1 PBS缓冲溶液（含0.1 mol·L-1 KCl）使总体积为1mL，摇匀并且静置2min；得到的缓冲溶液中TSPP的浓度为2×10−5 mol·L-1，K2S2O8的浓度为0.5 mol· L-1；
c）移取600μL上述混合溶液于样品池中，以玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极、铂丝分别为参比电极和对电极，在-0.3V到-1.5V之间设置不同的扫速（0.05 V·s-1-0.8 V·s-1）进行电化学发光扫描，结果参见图4。
图4为不同扫速下的电化学发光图。
实施例5
a）电极的抛光处理同实施例1；
b）用移液枪移取100μL的TSPP溶液到1.5 mL离心管中，接着移入100μL的K2S2O8到离心管，再移入pH为7.4的0.1 mol·L-1 PBS缓冲溶液（含0.1 mol·L-1 KCl）使总体积为1mL，摇匀并且静置2min；得到的缓冲溶液中TSPP的浓度为2×10−5 mol·L-1，K2S2O8的浓度为0.5mol· L-1；
c）移取600μL上述混合溶液于样品池中，以玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极、铂丝分别为参比电极和对电极，在-0.3V到-1.5V之间进行电化学发光扫描，结果参见图5。
图5为裸的玻碳电极在TSPP/K2S2O8体系，0.1 mol·L-1 PBS缓冲溶液（含0.1 mol·L-1 KCl）中的电化学发光图，由图5可以看出，体系连续扫描20圈后，其电化学发光强度具有较好的稳定性，不随扫描的进行呈现不稳定的状态。
实施例6
a）电极的抛光处理同实施例1；
b）用移液枪移取不同浓度（浓度已知）的100μL的的TSPP溶液到1.5 mL离心管中，接着移入100μL的K2S2O8到离心管，再移入pH为7.4的0.1 mol·L-1 PBS缓冲溶液使总体积为1mL，摇匀并且静置2min；得到的缓冲溶液中K2S2O8的浓度为0.5 mol· L-1；
c）移取600μL上述混合溶液于样品池中，以玻碳电极为工作电极，Ag/AgCl电极、铂丝分别为参比电极和对电极，进行电化学发光扫描，结果参见图6。
图6为不同浓度TSPP溶液的电化学发光扫描图以及TSPP线性方程；其中，最上面的曲线不在线性范围内，由上往下数第二个曲线到第八个曲线分别为a-g；a-g的浓度分别为：1.13×10-6 mol·L-1， 5.56×10-6 mol·L-1， 1.13×10-5 mol·L-1， 1.7×10-5 mol·L-1，2.26×10-5 mol·L-1，2.83×10-5 mol·L-1，3.39×10-5 mol·L-1 。
由图6可知：在1.13×10−6mol·L-1到3.39×10−5mol·L-1的线性范围内，电化学发光强度与TSPP的浓度成良好的线性关系，检出限为4.03×10−7mol·L-1；依据图6得到线性方程：
I=422.95+38.54C，R2=0.998；其中，C代表TSPP的浓度，I代表电化学发光强度。
实施例7
对未知浓度的TSPP溶液进行浓度检测的方法如下：将TSPP溶液进行一系列10倍比稀释，按照实施例6的方法进行实验，选择发光强度在0-1800范围内的稀释液，将该稀释液的实验结果代入方程，乘以该稀释倍数，得到TSPP溶液的浓度。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水溶性电化学发光试剂，其特征在于：所述电化学发光试剂为四(4-磺酸基苯基)卟啉。
2.根据权利要求1所述的水溶性电化学发光试剂，其特征在于：所述电化学试剂以K2S2O8为共反应剂。
3.对权利要求1所述的电化学发光试剂进行定量检测的方法，其特征在于：在三电极体系中，以含有K2S2O8、TSPP的磷酸盐缓冲液为溶液，进行电化学发光扫描，并记录信号；将结果代入线性方程：I=422.95+38.54C，得到电化学发光试剂的浓度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述三电极体系中，工作电极为裸的玻碳电极。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：电位设置范围为-0.3到-1.5V。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述K2S2O8的浓度为0.1mol/L-0.5 mol/L；
作为优选，所述K2S2O8的浓度为0.5mol/L。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述磷酸盐缓冲液的浓度为10mmol/L。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述磷酸盐缓冲液的pH值为7.4。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述电化学发光扫描的扫描速度为0.05-0.5V/s。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述电化学发光扫描的扫描速度为0.1V/s。
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