电化学循环放大策略用于几种微量元素的检测

摘要

铁、铜、钴作为体内必不可少的几种微量元素，参与基本生命过程，每一种元素必须保持在适量的范围，虽然它们在体内含量极低，但都有特定的存在方式和特定含量，既相互依存，又相互制约，过量和缺乏都会在某种程度上导致机体平衡状态失调，容易产生各类疾病。因此，对它们在体内含量的监控和检测变得至关重要。目前，有多种方法用于分析检测微量元素，大多存在复杂的合成过程、分析流程长和样品的处理过程繁琐的不足，由于微量元素含量极低，且受取样量的限制等因素使得多种方法不具有广泛的应用前景。本论文的研究工作主要是设计电化学循环反应对含量低的微量元素进行信号放大处理，然后利用光学方法进行定量检测。具体的研究内容包括： （1）通过设计简便的电化学芬顿反应（Fe2+-H2O2），在-0.4V电位下预富集400s，利用在电极上Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)单电子转移过程，产生羟基自由基和Fe(Ⅲ)，而后Fe(Ⅲ)再次在电极表面被还原为Fe(Ⅱ)，过量的过氧化氢立即与产生的Fe(Ⅱ)发生芬顿反应，如此反复进行，促使信号被放大，由于羟基自由基存活寿命短，通过加入捕获剂极弱荧光的对苯二甲酸（TA），使暂态的信号转变为强稳态的荧光信号（425nm）的2-羟基对苯二甲酸（TAOH）荧光信号。最后，采用荧光光度法进行检测TAOH荧光强度的变化量即可间接得到微量铁的含量，检出限为0.02nM,并实现对血细胞中铁含量的测定。 （2）在O2存在条件下，Cu(Ⅱ)可以催化氧化L-半胱氨酸产生L-胱氨酸和Cu(Ⅰ)。而L-半胱氨酸能够与CDNB（1-氯-2,4-二硝基苯）共轭特异性产生黄色产物DNPC(2,4-二硝基苯基半胱氨酸)，在355nm处有明显的紫外吸收峰。通过加入Cu(Ⅱ)从而抑制了L-半胱氨酸与CDNB的反应，促使DNPC吸光度降低。在电极上通过预富集方法实现Cu(Ⅱ)/Cu(Ⅰ)的不断循环转换加快反应的进行，最终通过电化学与紫外光度法结合的方法大大缩短化学方法DNPC紫外吸光度的降低时间，利用吸光度降低程度间接实现对铜的可视化检测，检出限为1.3nM。 （3）利用电化学预处理类芬顿反应（Co(Ⅱ)-H2O2）促使循环产生羟基自由基，羟基自由基的氧化能力促进聚多巴胺纳米粒子分解，使其表面引入羟基官能团，从而产生荧光聚多巴胺纳米粒子，然后，采用荧光光度法实现对PDs的检测间接用于不同浓度钴的检测。利用电化学结合荧光检测提供了一种对低浓度钴的放大检测方法,检出限达14.7nM,进一步考察对维生素B12药品片中钴的检测。

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