CN105628728B - 一种检测反应过程中溶液中羟基自由基浓度变化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种检测反应过程中溶液中羟基自由基浓度变化的方法。该方法包括以下步骤：1）配制羟基自由基螯合剂溶液；2）构建生成羟基自由基的反应体系，确定好取样时间点，待反应开始后，按所确定的取样时间点取样，将取得的样品溶液加入到羟基自由基螯合剂溶液中，混合均匀，得到混合溶液；3）将步骤2）的混合溶液置于电子顺磁共振仪中进行测试，得到羟基自由基特征吸收谱图；4）对比各羟基自由基特征吸收谱图，确定反应体系中的羟基自由基的浓度变化。本发明的方法既可检测反应过程中不同反应时刻羟基自由基的浓度，又可检测反应过程中羟基自由基浓度的变化情况，跟踪反应进程，本方法的检测效率高、成本低、结果准确、重复性好。

Description

一种检测反应过程中溶液中羟基自由基浓度变化的方法
技术领域
本发明涉及一种检测反应过程中溶液中羟基自由基浓度变化的方法，属于化学分析领域。
背景技术
许多化学反应在反应过程中会生成大量的羟基自由基，如芬顿反应、类芬顿反应，这类反应被广泛应用于环境保护、化工、制药等领域。然而，由于羟基自由基极其活泼，检测困难，难以对这类反应进行深入研究。
目前，国内外采用较多的能够检测溶液中羟基自由基浓度的方法有两种：荧光分光光度法和电子顺磁共振法（EPR）。
荧光分光光度法是利用羟基自由基与显色剂发生化学反应产生颜色变化，通过颜色变化间接测得羟基自由基的浓度，如专利“一种检测溶液中羟基自由基浓度的方法（中国专利公开号CN103983592A）”就是先利用二甲基亚砜将羟基自由基捕捉，再与有机染料发生显色的重氮化反应，最后测定溶液的吸光度来检测溶液中的羟基自由基浓度。此类方法的检测结果准确性差，数据重复性差。
EPR是近年来才开发的检测羟基自由基的方法，如专利“一种植物体内羟基自由基的测定方法”（中国专利公开号CN102297875A），首先采用羟基自由基螯合剂使极不稳定的羟基自由基短暂稳定存在，在此期间快速检测样品溶液中的单电子信号强度来表征羟基自由基的浓度。此类方法检测数据较为稳定，检测结果重现性较高，但需预先将羟基自由基螯合剂加在溶液中，即羟基自由基还未生成之前，羟基自由基螯合剂就已经加在溶液里了，这样每份待测样品只能检测一个羟基自由基的浓度。也就是只能检测反应初始生成的羟基自由基的浓度，无法检测待测样品溶液在反应过程中各阶段的羟基自由基浓度。
本发明开发了一种新的羟基自由基检测方法，该方法可以检测同一反应过程中任意时刻反应体系（反应液）中羟基自由基的浓度，可以检测反应过程中羟基自由基浓度的变化情况，可以跟踪反应进程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种检测反应过程中溶液中羟基自由基浓度变化的方法。
本发明所采取的技术方案是：
一种检测反应过程中溶液中羟基自由基浓度变化的方法，包括以下步骤：
1)将羟基自由基螯合剂溶解在缓冲溶液中，得到羟基自由基螯合剂溶液；
2)构建生成羟基自由基的反应体系，确定好取样时间点，待反应开始后，按所确定的取样时间点取样，将取得的样品溶液加入到羟基自由基螯合剂溶液中，混合均匀，得到混合溶液；
3)将步骤2）的混合溶液置于电子顺磁共振仪中进行测试，得到羟基自由基特征吸收谱图；
4)对比各取样点测得的羟基自由基特征吸收谱图，根据峰强度确定反应体系中的羟基自由基的浓度变化。
步骤1）所述的羟基自由基螯合剂为5，5-二甲基吡啶N-氧化物、二甲基亚砜中的一种。
步骤1）所述的缓冲溶液用于将羟基自由基螯合剂溶液的pH值稳定在7.0～8.0之间。
所述的缓冲溶液为磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲溶液。
步骤1）所述的羟基自由基螯合剂溶液的物质的量浓度为0.05～0.10mol/L。
所述的生成羟基自由基的反应体系为芬顿反应体系、类芬顿反应体系中的一种。
步骤2）到取样时间点时每次取样0.5～1.5mL，加入到100～200μL的羟基自由基螯合剂溶液中。
本发明的有益效果是：
（1）本发明的方法可以检测反应过程中不同反应时刻羟基自由基浓度；
（2）本发明的方法可以检测反应过程中羟基自由基浓度的变化情况，跟踪反应进程；
（3）本发明的方法检测效率高、成本低、结果准确、重复性好。
附图说明
图1为实施例1芬顿反应5s体系中的羟基自由基特征吸收谱图；
图2为实施例1芬顿反应30s体系中的羟基自由基特征吸收谱图；
图3为实施例1芬顿反应1min体系中的羟基自由基特征吸收谱图；
图4为实施例1芬顿反应5min体系中的羟基自由基特征吸收谱图；
图5为实施例1芬顿反应15min体系中的羟基自由基特征吸收谱图；
图6为实施例1芬顿反应30min体系中的羟基自由基特征吸收谱图。
具体实施方式
一种检测反应过程中溶液中羟基自由基浓度变化的方法，包括以下步骤：
1)将羟基自由基螯合剂溶解在缓冲溶液中，得到羟基自由基螯合剂溶液；
2)构建生成羟基自由基的反应体系，确定好取样时间点，待反应开始后，按所确定的取样时间点取样，将取得的样品溶液加入到羟基自由基螯合剂溶液中，混合均匀，得到混合溶液；
3)将步骤2）的混合溶液置于电子顺磁共振仪中进行测试，得到羟基自由基特征吸收谱图；
4)对比各取样点测得的羟基自由基特征吸收谱图，根据峰强度确定反应体系中的羟基自由基的浓度变化。
优选的，步骤1）所述的羟基自由基螯合剂为5，5-二甲基吡啶N-氧化物、二甲基亚砜中的一种。
优选的，步骤1）所述的缓冲溶液用于将羟基自由基螯合剂溶液的pH值稳定在7.0～8.0之间。
优选的，所述的缓冲溶液为磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲溶液。
优选的，步骤1）所述的羟基自由基螯合剂溶液的物质的量浓度为0.05～0.10mol/L。
优选的，所述的生成羟基自由基的反应体系为芬顿反应体系、类芬顿反应体系中的一种。
优选的，步骤2）到取样时间点时每次取样0.5～1.5mL，加入到100～200μL的羟基自由基螯合剂溶液中。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1：
1）按照国标配置pH值为7.4的磷酸盐缓冲溶液：称取1.36g磷酸二氢钾，加入79mL物质的量浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液，用水稀释至200mL；
2）称取1.97g 5，5-二甲基吡啶N-氧化物（DMPO）加入到步骤1）的缓冲溶液中，得到物质的量浓度为0.08mol/L的DMPO溶液；
3）待测芬顿反应液的配置：量取200mL质量体积浓度为250mg/L的邻苯二甲酸二甲酯（DMP）水溶液，加入0.061g七水合硫酸亚铁固体，搅拌溶解后加入90μL质量分数为30%的过氧化氢溶液，即开始芬顿反应；
4）芬顿反应计时，分别于5s、30s、1min、5min、15min和30min吸取1mL芬顿反应液，加入到120μL步骤2）制得的DMPO溶液中，摇晃均匀，DMPO捕捉芬顿反应液中的羟基自由基，生成稳定的DMPO-OH；
5）用内径0.5mm毛细管吸取半管步骤4）中生成的稳定的DMPO-OH溶液，用打火机灼烧封住毛细管底部，***ERP（Kepler-16）的谐振腔中检测羟基自由基的信号强度，羟基自由基的特征吸收峰是1:2:2:1的四个峰。图1～图6分别为芬顿反应开始5s、30s、1min、5min、15min和30min体系中的羟基自由基特征吸收谱图；
6）根据上述羟基自由基特征吸收峰的峰强度，通过对比，即可测定不同反应时刻的羟基自由基浓度的变化，分析判断反应进程。
由图1可知：反应时间5s，峰强度为28000；
由图2可知：反应时间30s，峰强度为3100；
由图3可知：反应时间1min，峰强度为2100；
由图4可知：反应时间5min，峰强度为1400；
由图5可知：反应时间15min，峰强度为1250；
由图6可知：反应时间30min，峰强度为1700。
综合图1～图6可知：羟基自由基特征吸收谱图中的曲线均呈现四个尖峰，并且峰高比例大致为1:2:2:1，是羟基自由基在EPR中的特征吸收谱图，可认定溶液中含有羟基自由基。由于吸收峰的峰强度和羟基自由基浓度成严格的正比关系，因此根据每张特征吸收谱图中吸收峰的峰值强度即可得到不同溶液中羟基自由基的相对浓度，也可通过对比不同图谱比较羟基自由基浓度大小。
实施例2：
1）按照国标配置pH值为7.0的磷酸盐缓冲溶液200mL；
2）称取2.34g二甲基亚砜（DMSO）加入到步骤1）的缓冲溶液中，得到物质的量浓度为0.15mol/L的DMSO溶液；
3）待测类芬顿反应液的配置：量取200mL质量体积浓度为250mg/L的DMP水溶液，加入0.081g七水合硫酸亚铁固体，加入1mL质量体积浓度为4g/L的硫酸铜溶液，搅拌溶解后加入120μL质量分数为30%的过氧化氢溶液，即开始类芬顿反应；
4）类芬顿反应计时，在反应过程中任意想要测试的时刻，吸取1.5mL类芬顿反应液，加入到100μL步骤2）的DMSO溶液中，混合均匀，DMSO捕捉类芬顿反应液中的羟基自由基，生成稳定的DMSO-OH；
5）用内径0.5mm毛细管吸取半管步骤4）中生成的稳定的DMSO-OH的溶液，用打火机灼烧封住毛细管底部，***ERP（Kepler-16）的谐振腔中检测羟基自由基特征吸收峰的峰值强度；
6）对比测定得到的不同时刻羟基自由基特征吸收峰的峰强度，即可确定反应过程中生成的羟基自由基浓度的变化，从而跟踪反应进程。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种检测反应过程中溶液中羟基自由基浓度变化的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将羟基自由基螯合剂溶解在缓冲溶液中，得到羟基自由基螯合剂溶液；
2）构建生成羟基自由基的反应体系，确定好取样时间点，待反应开始后，按所确定的取样时间点取样，将取得的样品溶液加入到羟基自由基螯合剂溶液中，混合均匀，得到混合溶液；
3）将步骤2）的混合溶液置于电子顺磁共振仪中进行测试，得到羟基自由基特征吸收谱图；
4）对比各取样点测得的羟基自由基特征吸收谱图，根据峰强度确定反应体系中的羟基自由基的浓度变化；
步骤1）所述的缓冲溶液用于将羟基自由基螯合剂溶液的pH值稳定在7.0～8.0之间；步骤2）所述的生成羟基自由基的反应体系为芬顿反应体系、类芬顿反应体系中的一种；步骤2）到取样时间点时每次取样0.5～1.5mL，加入到100～200μL的羟基自由基螯合剂溶液中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）所述的羟基自由基螯合剂为5，5-二甲基吡啶N-氧化物、二甲基亚砜中的一种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）所述的缓冲溶液为磷酸二氢钾-氢氧化钠缓冲溶液。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1）所述的羟基自由基螯合剂溶液的物质的量浓度为0.05～0.10mol/L。
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