CN109957393B - 一种具有化学发光性质的烟叶提取物及其化学发光体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有化学发光性质的烟叶提取物及其化学发光体系。该烟叶提取的制备方法，包括如下步骤：将烟叶加入试剂中进行提取，得到所述烟叶提取物。本发明烟叶提取物具体可通过向烟叶中加入甲醇试剂后超声提取得到的。该提取物的化学发光性质属于首次被发现，对氧气、光照及温度等因素不敏感，化学性质十分稳定，在酸性、中性或碱性环境中都可以产生化学发光现象，克服了以往发光物质性质不稳定且发光反应对介质pH值依赖性强的缺点。由此可见，该烟叶提取物独特的化学发光性质在今后的化学发光分析检测中有很好的应用前景。

Description

一种具有化学发光性质的烟叶提取物及其化学发光体系

技术领域

本发明涉及化学发光物质，尤其涉及一种具有化学发光性质的烟叶提取物及其化学发光体系。

背景技术

化学发光是指在化学反应中吸收了反应释放的化学能而处于电子激发态的反应中间体或反应产物由激发态回到基态过程中产生的一种光辐射现象。化学发光作为一种优异的分析检测技术，具有反应条件温和、仪器装置简单、操作方便、灵敏度高等优点，在环境监测、药物分析、食品检验、生物分析和临床医学等领域得到了广泛应用。然而，随着公众健康安全意识的不断提高，现有化学发光分析技术无法满足目前各领域日益增长的分析需求。因此开发新的分析方法成为拓展化学发光技术在各个领域分析应用的当务之急。化学发光物质是构建化学发光分析技术的核心要素，而现有发光物质经常存在以下不足：(1)数量有限导致很难围绕现有发光物质构建新型发光体系用于分析检测；(2)现有发光物质大多化学性质不稳定，使用时易受氧气、光照及温度等外界条件干扰；(3)发光反应对体系pH值的依赖性强，从而限制了其应用范围，例如鲁米诺化学发光反应只能在碱性环境中，而在中性和酸性介质中难以进行，从而无法将其应用在中性和酸性体系中。因此发掘新型发光物质是目前开拓化学发光分析检测应用的重要途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有化学发光性质的烟叶提取物及其化学发光体系，该烟叶提取物化学性质稳定，对光照、氧气及温度等因素不敏感；对介质pH值的发光响应范围宽，在酸性、中性或碱性条件下都可以发生化学发光反应。

本发明提供的一种烟叶提取物的制备方法，包括如下步骤：将烟叶加入试剂中进行提取，得到所述烟叶提取物。

上述的制备方法中，所述烟叶为烤烟型卷烟用烟叶，可直接从商业途径购买烤烟型卷烟得到，也可从田间采集烟叶后经烘烤调制后得到；在本发明的具体实施例中，所述烘烤调制可采用“三段式(变黄、定色及干筋三个阶段)”烘烤工艺，具体步骤如下：在变黄阶段，将田间采集的烟叶编绑、装炕，点火后以每小时1℃的速率将烤房温度升至36～38℃(如38℃)，保持湿球温度比干球温度低1～2.5℃(如1.5℃)，直到底棚烟叶80％以上变到八成黄左右，然后将烤房温度升高到40～42℃(如42℃)，保持湿球温度36～37℃(如37℃)，并适当排湿，确保烟叶达到变黄变软状态；在定色阶段，加大排湿量，以2～3小时(如2小时)升1℃的速率将烤房温度升至54～55℃(如55℃)，湿球温度缓慢升高保持在37～40℃(如38℃)，使叶片干燥并将黄色固定下来；在干筋阶段，以每小时1℃的速率将烤房温度升至67～69℃(如69℃)，保持湿球温度在41～42℃(如42℃)左右，保证叶片定色干燥后停火。

上述的制备方法中，所述方法在加入所述试剂之前还可包括对烟叶进行烘干并研磨成粉末的步骤。所述烘干后的含水率≤3％，如3％。所述烘干的温度可为40～60℃，具体可为60℃；所述烘干的时间可为2～4h，具体可为2h。所述研磨的时间不超过2分钟，如2分钟。所述粉末的粒径为20～100目，如40目。所述方法在所述烘干之前还包括将所述烟叶去除主脉并剪成片的步骤。

上述的制备方法中，所述试剂可为甲醇、水、乙酸乙酯、乙醇、丙酮和氯仿中的至少一种。

上述的制备方法中，所述烟叶的质量与所述试剂的体积比可为1.0g：(10～100)mL，具体可为1.0g：40mL。

上述的制备方法中，所述提取可为超声波提取。

所述超声波提取的条件可如下：温度为小于70℃(如15～30℃、25℃)，时间为10min～30min(如20min)，功率为200W～500W(如400W)。

上述的制备方法中，所述方法在所述提取之后还可包括对得到的提取液进行过滤并收集滤液的步骤。所述过滤采用滤膜。所述滤膜为有机相滤膜或水相滤膜。所述滤膜的孔径小于420μm，具体可为实验室常用的0.22μm或0.45μm。

本发明进一步提供了一种由上述制备方法制备得到的烟叶提取物。

上述的烟叶提取物作为化学发光物质或者在制备化学发光体系中的应用，也在本发明的保护范围内。

本发明还提供了一种化学发光体系，它包括上述的烟叶提取物。

上述的化学发光体系中，所述烟叶提取物的质量浓度可为4.0mg/mL～64.0mg/mL，具体可为16.3mg/mL。

所述化学发光体系为下述A)-D)中的任一种：

A)包括所述烟叶提取物与氧化剂或氧化体系；

B)由所述烟叶提取物与氧化剂或氧化体系构成；

C)包括所述烟叶提取物与酶-H₂O₂体系；

D)由所述烟叶提取物与酶-H₂O₂体系构成。

所述氧化剂可为H₂O₂、NBS(N-溴代琥珀酰亚胺)、KIO₄和NaClO中的任一种；所述氧化体系可为Fenton体系(Fe²⁺-H₂O₂体系)。所述酶-H₂O₂体系可为HRP-H₂O₂体系(辣根过氧化物酶-H₂O₂体系)。

具体地，所述化学发光体系A)可为下述A1)-A3)中的任一种：

A1)包括所述烟叶提取物与H₂O₂；

A2)包括所述烟叶提取物与NBS(N-溴代琥珀酰亚胺)、KIO₄或NaClO；

A3)包括所述烟叶提取物与Fenton体系；

所述化学发光体系B)可为下述B1)-B3)中的任一种：

B1)由所述烟叶提取物与H₂O₂构成；

B2)由所述烟叶提取物与NBS(N-溴代琥珀酰亚胺)、KIO₄或NaClO构成；

B3)由所述烟叶提取物与Fenton体系构成。

上述的化学发光体系中，包括所述烟叶提取物与H₂O₂的化学发光体系或由所述烟叶提取物与H₂O₂构成的化学发光体系中，所述烟叶提取物的质量浓度可为4.0mg/mL～64.0mg/mL，具体可为16.3mg/mL，H₂O₂的摩尔浓度可为0.1mmol/L～1.0mol/L，具体可为1.0mmol/L。

上述的化学发光体系中，包括所述烟叶提取物与NBS、KIO₄或NaClO的化学发光体系或由所述烟叶提取物与N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)、KIO₄或NaClO构成的化学发光体系中，所述烟叶提取物的质量浓度可为4.0mg/mL～64.0mg/mL，具体可为16.3mg/mL，所述N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)、KIO₄或NaClO的摩尔浓度可为0.1mmol/L～1.0mol/L，具体可为1.0mmol/L。

上述的化学发光体系中，包括所述烟叶提取物与Fenton体系的化学发光体系或由所述烟叶提取物与Fenton体系构成的化学发光体系中，所述烟叶提取物的质量浓度可为4.0mg/mL～64.0mg/mL，具体可为16.3mg/mL，Fenton体系中Fe²⁺的摩尔浓度可为10μmol/L～0.01mol/L，具体可为0.1mmol/L，H₂O₂的摩尔浓度可为0.1mmol/L～0.1mol/L，具体可为1.0mmol/L。

上述的化学发光体系中，所述烟叶提取物与酶-H₂O₂体系的化学发光体系或由所述烟叶提取物与酶-H₂O₂体系构成的化学发光体系中，所述烟叶提取物的质量浓度可为4.0mg/mL～64.0mg/mL，具体可为16.3mg/mL，酶-H₂O₂体系中酶的质量浓度可为0.01mg/mL～0.1mg/mL，具体可为0.1mg/mL，H₂O₂的摩尔浓度可为1.0mmol/L～0.1mol/L，具体可为1.0mmol/L。

上述的烟叶提取物、化学发光体系在酸性、中性或碱性介质中的检测应用，也在本发明的保护范围内。

本发明具有如下有益效果：

本发明具有化学发光性质的烟叶提取物是通过向烟叶中加入甲醇试剂后超声提取得到的。该提取物的化学发光性质属于首次被发现，对氧气、光照及温度等因素不敏感，化学性质十分稳定，在酸性、中性或碱性环境中都可以产生化学发光现象，克服了以往发光物质性质不稳定且发光反应对介质pH值依赖性强的缺点。由此可见，该烟叶提取物独特的化学发光性质在今后的化学发光分析检测中有很好的应用前景。

附图说明

图1为实施例中烟叶提取物对不同浓度的强酸和强碱的化学发光动力学曲线，其中图1(a)为不同浓度的H₂SO₄，各标号表示如下：(1)1×10^-5mol/L，(2)1×10^-4mol/L，(3)1×10^-3mol/L，(4)1×10^-2mol/L，(5)0.1mol/L，(6)1.0mol/L；图1(b)为不同浓度的NaOH，各标号表示如下：(1)1×10^-5mol/L，(2)1×10^-4mol/L，(3)1×10^-3mol/L，(4)1×10^-2mol/L，(5)0.1mol/L，(6)1.0mol/L。

图2为实施例中烟叶提取物分别在酸性和碱性条件下与H₂O₂的化学发光动力学曲线，其中图2(a)为不同浓度的H₂SO₄，各标号表示如下：(1)1×10^-5mol/L，(2)1×10^-4mol/L，(3)1×10^-3mol/L，(4)1×10^-2mol/L(5)0.1mol/L，(6)1mol/L；图2(b)为不同浓度的NaOH，各标号表示如下：(1)1×10^-5mol/L，(2)1×10^-4mol/L，(3)1×10^-3mol/L，(4)1×10^-2mol/L，(5)0.1mol/L，(6)1.0mol/L。

图3为实施例中烟叶提取物与三种常用试剂在酸性、中性和碱性介质中的化学发光动力学曲线，其中图3(a)的试剂为NaClO，各标号表示如下：(1)0.1mol/L H₂SO₄，(2)H₂O，(3)1×10^-5mol/L NaOH；图3(b)的试剂为NBS，各标号表示如下：(1)0.1mol/L H₂SO₄，(2)H₂O，(3)1×10^-5mol/L NaOH；图3(c)的试剂为KIO₄，各标号表示如下：(1)0.1mol/L H₂SO₄，(2)H₂O，(3)1×10^-5mol/L NaOH。

图4为实施例中烟叶提取物在不同pH值条件下与Fe²⁺-H₂O₂试剂反应的化学发光动力学曲线，各标号表示如下：(1)1.0mol/L H₂SO₄，(2)0.1mol/L H₂SO₄，(3)0.01mol/L H₂SO₄，(4)1×10^-3mol/L H₂SO₄，(5)1×10^-4mol/L H₂SO₄，(6)1×10^-5mol/L H₂SO₄，(7)1×10^-6mol/LH₂SO₄，(8)纯水，(9)1×10^-6mol/L NaOH，(10)1×10^-5mol/L NaOH，(11)1×10^-4mol/L NaOH，(12)1×10^-3mol/L NaOH，(13)0.01mol/L NaOH，(14)0.1mol/L NaOH，(15)1.0mol/L NaOH。

图5为实施例中烟叶提取物与HRP-H₂O₂体系在酸性、中性和碱性介质中的化学发光动力学曲线，各标号表示如下：(1)1×10^-4mol/L H₂SO₄，(2)H₂O，(3)1×10^-5mol/L NaOH。

具体实施方式

下述实施例中所使用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材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例中所用的有机相滤膜的生产厂家为上海安谱实验科技股份有限公司，型号为SCAA-103。

下述实施例中的发光动力学曲线是在微弱发光测量仪中(BPCL-GP15-TGC)通过静态注射的方法得到的，负高压为-1000V。

下述实施例中的具有化学发光性质的烟叶提取物的制备方法，如无特殊说明，均在在自然光条件下的敞开体系、室温条件下(25℃)进行。

下述实施例中的烤烟型卷烟用烟叶(烘烤调制后的烟叶)可采用“三段式(变黄、定色及干筋三个阶段)”烘烤工艺制备得到，具体步骤如下：在变黄阶段，将田间采集的烟叶编绑、装炕，点火后以每小时1℃的速率将烤房温度升至38℃，保持湿球温度比干球温度低1.5℃，直到底棚烟叶80％以上变到八成黄左右，然后将烤房温度升高到42℃，保持湿球温度37℃)，并适当排湿，确保烟叶达到变黄变软状态；在定色阶段，加大排湿量，以2小时升1℃的速率将烤房温度升至55℃，湿球温度缓慢升高保持在38℃，使叶片干燥并将黄色固定下来；在干筋阶段，以每小时1℃的速率将烤房温度升至69℃，保持湿球温度在42℃左右，保证叶片定色干燥后停火。

实施例1、制备具有化学发光性质的烟叶提取物

一、制备方法

按照如下步骤制备烟叶提取物：

将烤烟型卷烟用烟叶(烘烤调制后的烟叶)去除主脉，剪成片，放入60℃烘箱里烘干2h，此时其含水率为3％左右，取出烟叶后迅速研磨，持续时间2min，磨碎后过筛(40目)，过筛后迅速将粉末装入洁净干燥的广口瓶密封备用。称取1.0g烟叶粉末，加入40mL甲醇，超声波(功率为400W)处理20min后，过0.45μm的有机相滤膜，最后收集滤液得到烟叶提取物。

二、化学发光性质

1、烟叶提取物对强酸和强碱的化学发光现象

分别测定上述制备得到的烟叶提取物在不同浓度的H₂SO₄和NaOH中的化学发光动力学曲线(烟叶提取物的质量浓度为16.3mg/mL)，实验结果见图1。如图1(a)所示，在硫酸浓度为1×10^-5mol/L～1.0mol/L的范围内，烟叶提取物都有化学发光响应，信号强度随硫酸浓度的增加呈先增大后减小的趋势。在强碱性介质中(图1(b))，在氢氧化钠浓度为0.01mol/L～1.0mol/L的范围内，烟叶提取物有化学发光响应，且发光强度随氢氧化钠浓度的增加而增大。该实验表明烟叶提取物在强酸和强碱介质中都有化学发光响应。

2、烟叶提取物分别在酸性和碱性条件下与H₂O₂的化学发光现象

分别测定上述制备得到的烟叶提取物与H₂O₂构成的化学发光体系(烟叶提取物的质量浓度为16.3mg/mL，H₂O₂的摩尔浓度为1.0mmol/L)在不同浓度的H₂SO₄和NaOH中的化学发光动力学曲线，实验结果见图2。如图2(a)所示，当硫酸浓度在1×10^-2mol/L～1.0mol/L范围时，烟叶提取物与过氧化氢有明显的化学发光信号。如图2(b)所示，在碱性介质中，当氢氧化钠浓度分别为1×10^-5mol/L和1.0mol/L时烟叶提取物与过氧化氢有明显的发光信号。该实验表明烟叶提取物在酸性和碱性环境中均能与H₂O₂发生化学发光反应。因此，可以基于烟叶提取物-H₂O₂建立化学发光体系用于酸性和碱性介质中的物质检测。

3、NBS、KIO₄和NaClO在酸性、中性和碱性介质中与烟叶提取物的化学发光现象

分别测定上述制备得到的烟叶提取物与NBS、KIO₄或NaClO构成的化学发光体系(烟叶提取物的质量浓度为16.3mg/mL；NBS的摩尔浓度为1.0mmol/L，KIO₄的摩尔浓度为1.0mmol/L，NaClO的摩尔浓度为1.0mmol/L)在H₂SO₄、H₂O和NaOH中的化学发光动力学曲线，实验结果如图3所示。如图3所示，三种试剂分别在H₂SO₄(0.1mol/L)、H₂O和NaOH(1×10^-5mol/L)介质中与烟叶提取物都可以产生化学发光现象。因此，基于烟叶提取物与以上三种反应试剂的发光体系在分析检测方面也有潜在应用价值。

4、烟叶提取物在不同pH值条件下与Fenton体系的化学发光现象

分别测定上述制备得到的烟叶提取物与Fenton体系构成的化学发光体系(烟叶提取物的质量浓度为16.3mg/mL；Fe²⁺-H₂O₂体系中Fe²⁺的摩尔浓度为0.1mmol/L，H₂O₂的摩尔浓度为1.0mmol/L)的化学发光强度在不同浓度的H₂SO₄和NaOH中的化学发光动力学曲线，实验结果见图4。如图4所示，在介质pH值0～14范围内烟叶提取物与Fe²⁺-H₂O₂体系都有化学发光信号，表明烟叶提取物在酸性、中性及碱性条件下均能与Fenton体系产生化学发光现象，而在Fenton体系中羟基自由基是主要活性物种，因此羟基自由基可能是导致烟叶提取物发光的反应物种。

5、酶(HRP)-H₂O₂体系与烟叶提取物在酸性、中性及碱性条件下的化学发光现象

分别测定上述制备得到的烟叶提取物与酶(HRP)-H₂O₂体系构成的化学发光体系(烟叶提取物的质量浓度为16.3mg/mL；酶(HRP)-H₂O₂体系中HRP的质量浓度为0.1mg/mL，H₂O₂的摩尔浓度为1.0mmol/L)的化学发光强度在H₂SO₄、H₂O和NaOH中的化学发光动力学曲线，实验结果如图5所示。如图5所示，烟叶提取物与HRP-H₂O₂体系在H₂SO₄(1×10^-4mol/L)、H₂O及NaOH(1×10^-5mol/L)介质中均能产生化学发光现象，因此可以基于烟叶提取物-HRP-H₂O₂建立发光体系用于酸性、中性和碱性介质中的分析检测。

综上，以上实验表明本发明烟叶提取物特有的化学发光性质在今后的化学发光分析检测领域具有很好的应用前景。

Claims (5)

1.一种化学发光体系，其特征在于：所述化学发光体系为下述A）或B）：

A）由烟叶提取物与氧化剂或氧化体系构成；

B）由烟叶提取物与酶-H₂O₂体系构成；

所述烟叶提取物的制备方法，包括如下步骤：将烟叶加入试剂中进行提取，得到所述烟叶提取物；

所述试剂为甲醇、水、乙酸乙酯、乙醇、丙酮和氯仿中的至少一种；

所述氧化剂为H₂O_2、NBS、KIO₄和NaClO中的任一种；所述氧化体系为Fenton体系；所述酶-H₂O₂体系为HRP-H₂O₂体系。

2.根据权利要求1所述的化学发光体系，其特征在于：所述烟叶为烤烟型卷烟用烟叶；和/或，

所述方法在加入所述试剂之前还包括对烟叶进行烘干并研磨成粉末的步骤；和/或，所述烘干后的含水率≤3%；所述烘干的温度为40~60℃，时间为2~4 h；所述粉末的粒径为20~100目。

3.根据权利要求1或2所述的化学发光体系，其特征在于：所述烟叶的质量与所述试剂的体积比为1.0 g：（10~100）mL；和/或，

所述提取为超声波提取；和/或，所述超声波提取的条件如下：温度为小于70℃，时间为10 min~30 min，功率为200 W~500 W。

4.根据权利要求1或2所述的化学发光体系，其特征在于：所述方法在所述提取之后还包括对得到的提取液进行过滤并收集滤液的步骤；和/或，

所述过滤采用滤膜；和/或，

所述滤膜的孔径小于420 μm。

5.权利要求1-4中任一项所述的化学发光体系在酸性、中性或碱性介质中的检测应用。

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