CN113504221B - 一种茶叶提取物在硫酸根自由基检测中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种茶叶提取物在硫酸根自由基检测中的应用，属于自由基检测技术领域。本发明采用茶叶提取物为发光试剂，对体系中的硫酸根自由基进行检测。本发明的检测方法不受体系pH值限制，在酸、中及碱性条件下均可进行，克服了化学发光技术在检测自由基时受介质pH值限制的困扰，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及自由基检测技术领域，具体涉及的是一种茶叶提取物在硫酸根自由基检测中的应用。
背景技术
高活性自由基(如·OH、O2 ·-、SO4 ·-等)因其反应活性强，在环境与健康领域受到广泛关注，有关高活性自由基的研究方兴未艾。高活性自由基寿命短、在介质中的浓度非常低，给分析检测工作带来极大挑战。化学发光检测技术具有仪器装置简单、操作方便、检测速度快、灵敏度高等优点，被广泛应用于分析检测领域。在自由基检测方面，化学发光技术同样具有独特优势：(1)化学发光反应速度快，具有检测瞬时性的特点，能够克服自由基寿命短的问题；(2)化学发光反应是一种光谱检测技术，检测时不受外来光源干扰，背景信号非常低，使得检测灵敏度非常高。因此，针对某种特定自由基，开发合适的发光试剂可实现自由基的简单快速高灵敏检测。
硫酸根自由基(SO4 ·-)因其具有强氧化性，近年来受到广泛关注和研究。SO4 ·-氧化还原电位可与羟基自由基相媲美，对环境水体中的某些难降解有机污染物具有很好的降解效果，在污染水体净化方面具有独特优势。目前SO4 ·-的检测方法主要依靠电子自旋共振(ESR)技术，然而ESR技术仪器设备昂贵、检测条件苛刻、操作复杂，且捕获探针与SO4 ·-生成的加合物在水相中非常不稳定，增加了SO4 ·-的检测难度，因此现有检测技术无法实现SO4 ·-的快速检测。目前化学发光技术在SO4 ·-检测方面尚无报道，主要原因是现有发光试剂对SO4 ·-检测的特异性差，且易受体系pH的影响。因此开发新型发光试剂用于SO4 ·-的快速高灵敏检测具有很高的科学意义和应用价值。
发明内容
本发明提供了一种茶叶提取物在硫酸根自由基检测中的应用，本发明茶叶提取物与SO4 ·-的化学发光现象属于首次被发现，且该反应不受体系pH值限制，在酸性、中性及碱性条件下均可进行，克服了化学发光技术在检测自由基时受介质pH值限制的困扰。
本发明的第一个目的是提供茶叶提取物在检测硫酸根自由基中的应用。
本发明的第二个目的是提供一种检测硫酸根自由基的方法，包括如下步骤：采用茶叶提取物为发光试剂，对体系中的硫酸根自由基进行检测。
上述的方法中，所述茶叶提取物采用市场上购买得到的商品茶叶或者自己炒制的茶叶制备；所述茶叶具体可为绿茶、黄茶、乌龙茶、红茶、黑茶和白茶中的至少一种。
上述的方法中，所述检测的仪器为微弱发光测量仪。
上述的方法中，所述体系为酸性、中性或碱性体系，其pH值为0～9之间的任意值。
上述的方法中，所述体系为均相催化体系或多相催化体系。
所述均相催化体系为金属离子/K2S2O8体系或金属离子/KHSO5体系；
所述多相催化体系为催化材料/K2S2O8体系或催化材料/KHSO5体系。
所述均相催化体系中的金属离子具体可为Fe2+、Co2+、Cu2+、Mn2+和Ni2+中的任一种；
所述多相催化体系中的催化材料具体可为单金属催化材料、混合金属催化材料或非金属碳基催化材料。
具体的，所述单金属催化材料为FeOCl、Co3O4、CuO或MnO2；所述混合金属催化材料为CoFe2O4、CuFe2O4或MnFe2O4；所述非金属碳基催化材料为活性炭、氧化石墨烯或氮化碳。
上述的方法中，所述均相催化体系为FeSO4/K2S2O8体系；
所述多相催化体系为FeOCl/K2S2O8体系。
上述的方法中，所述茶叶提取物的制备方法，包括如下步骤：将茶叶加入溶剂中进行提取，得到所述茶叶提取物；
具体的，所述溶剂可为甲醇和乙醇中的至少一种；
所述茶叶的质量与所述溶剂的体积比可为1.0g：(10～100)mL；
所述提取可为超声波提取；
更具体的，所述超声波提取的条件如下：冰浴提取，时间为10min～30min，功率为200W～500W。
所述温度具体可为0～4℃。
上述茶叶提取物的制备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。
所述过滤采用滤膜。
所述滤膜为0.45μm的有机相滤膜。
本发明的有益效果如下：
本发明以茶叶提取物为新型发光试剂，实现了SO4 ·-的快速检测；本发明的检测方法不受体系pH值限制，在酸、中及碱性条件下均可进行，克服了化学发光技术在检测自由基时受介质pH值限制的困扰；与现有技术中SO4 ·-的检测方法(如电子自旋共振(ESR))相比，本发明的技术具有操作简单、测定速度快、不受介质pH值干扰等优点，在SO4 ·-快速检测方面具有很好的应用前景。
附图说明
图1为绿茶提取物(2.4mg/mL)与FeSO4(0.1mM)/K2S2O8(10mM)均相催化体系在酸性、中性以及碱性条件下的化学发光动力学曲线；图中，(1)pH＝3，(2)pH＝7，(3)pH＝9。
图2为绿茶提取物(2.4mg/mL)在不同摩尔浓度FeSO4/K2S2O8(10mM)均相催化体系(a)以及不同质量浓度FeOCl/K2S2O8(10mM)多相催化体系中(b)的化学发光动力学曲线；图2中的(a)，Fe2+浓度：(1)0.01mM，(2)0.05mM，(3)0.1mM，(4)0.5mM，(5)1.0mM，(6)5.0mM；图2中的(b)，FeOCl浓度：(1)0.05mg/mL，(2)0.1mg/mL，(3)0.2mg/mL，(4)0.5mg/mL，(5)1.0mg/mL。
图3为绿茶提取物(2.4mg/mL)与FeSO4(0.1mM)/K2S2O8(10mM)均相催化体系未加入和加入不同浓度苯酚后的化学发光动力学曲线；图中，苯酚浓度为：(1)0M(未加入)，(2)0.1M，(3)0.5M。
图4为绿茶提取物(2.4mg/mL)与FeSO4(0.1mM)/K2S2O8(10mM)体系(1)以及FeCl3(0.1mM)/H2O2(10mM)体系(2)的化学发光动力学曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
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。
下述实施例中所用绿茶制作流程如下：茶叶(崂山绿)鲜叶采自青岛崂山景区，采摘后将鲜叶晾制2-3小时，然后在220℃的电动加热滚筒中炒青3-5min，炒青后进行手工揉捻，揉捻完成后晾制干燥，最后装入洁净干燥的广口瓶中备用。
下述实施例中绿茶提取物的制备方法，如无特殊说明，均在自然光条件下的敞开体系、冰浴中进行。
下述实施例所用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。
实施例1、绿茶提取物的制备
称取1.0g绿茶，加入40mL甲醇，超声波处理(400W)20min后，过0.45μm的有机相滤膜，最后收集滤液得到绿茶提取物。
所得绿茶提取物的浓度为2.4mg/mL；
绿茶提取物浓度的检测方法如下：取干燥洁净的玻璃小瓶1只，称其空瓶重，向其加入1.0mL的绿茶甲醇提取液，放置于35℃水浴中进行旋蒸，待甲醇完全挥发后，将玻璃瓶外部擦拭干净后称重，利用该重量减去空瓶重，计算得到绿茶提取物的质量浓度。
实施例2、绿茶提取物与SO4 ·-在不同pH值条件下的化学发光现象
取100μL实施例1制备的绿茶提取物分别放入石英杯中，然后向以上石英杯中分别加入100μL硫酸(1.0mM)、纯水以及氢氧化钠溶液(0.01mM)，调节发光反应体系为酸性(pH＝3)、中性(pH＝7)和碱性(pH＝9)，再分别向石英杯中加入100μL 10mM的K2S2O8溶液。对于一次测量，将石英杯放入测量仪的暗室中并开启仪器，然后使用微量注射器吸取100μL 0.1mM的FeSO4溶液通过暗室顶部的橡胶塞快速注射到石英杯中促发化学发光反应，同时仪器原位快速实时测量发光信号强度的动力学曲线，一次实验结束后停止测量，打开暗室更换石英杯重复上述操作。为保证实验重现性，相同处理条件实验进行平行测定。
图1为绿茶提取物在不同pH条件下与SO4 ·-的化学发光反应。如图1所示，绿茶提取物在酸性、中性及碱性条件下均能与SO4 ·-产生化学发光信号，表明绿茶提取物能够在不同pH值条件下检测SO4 ·-，克服了以往发光试剂检测自由基时受体系pH值制约的不利因素。
实施例3、绿茶提取物与不同浓度SO4 ·-化学发光强度的变化趋势
分别取100μL实施例1制备的绿茶提取物和10mM的K2S2O8溶液加入到石英杯中，将石英杯放入测量仪的暗室中，并开启仪器进行测量。对于均相体系，使用微量注射器分别吸取100μL不同浓度的FeSO4溶液通过暗室顶部的橡胶塞快速注射到石英杯中促发化学发光反应，同时仪器原位快速实时测量发光信号强度的动力学曲线，一次实验结束后暂停测量，打开暗室更换石英杯重复上述操作；对于多相体系，使用微量注射器分别吸取100μL不同浓度的FeOCl通过暗室顶部的橡胶塞快速注射到石英杯中促发化学发光反应，同时仪器原位快速实时测量发光信号强度的动力学曲线，一次实验结束后暂停测量，打开暗室更换石英杯重复上述操作。为保证实验重现性，相同处理条件实验进行平行测定。
图2为绿茶提取物在均相(a)和多相(b)体系中化学发光信号随SO4 ·-生成数量的变化趋势。由图2所示，随着反应体系中FeSO4和FeOCl浓度增大，SO4 ·-生成数量也随之增加，相应地，绿茶提取物的化学发光强度也逐渐升高，表明绿茶提取物的化学发光信号强度与SO4 ·-浓度具有正相关性，可以用于SO4 ·-的半定量测定。
实施例4、绿茶提取物与SO4 ·-化学发光反应的猝灭实验
取100μL实施例1制备的绿茶提取物加入到石英杯中，再分别将100μL水(空白组)和不同浓度的苯酚溶液(实验组，溶剂为水)加入到不同石英杯中，然后分别向石英杯中加入100μL 10mM的K2S2O8溶液，将石英杯放入测量仪的暗室中，并开启仪器进行测量，使用微量注射器吸取100μL 0.1mM的FeSO4溶液通过暗室顶部的橡胶塞快速注射到石英杯中促发化学发光反应，同时仪器原位快速实时测量发光信号强度的动力学曲线，一次实验结束后暂停测量，打开暗室更换石英杯重复上述操作。为保证实验重现性，相同处理条件实验进行平行测定。
图3为绿茶提取物检测SO4 ·-的可靠性。如图3所示，加入SO4 ·-猝灭剂苯酚后，化学发光信号强度受到抑制，且抑制程度随猝灭剂浓度增加而增大，当苯酚浓度为0.5M时，发光信号几乎被完全抑制，表明化学发光信号来自于绿茶提取物与SO4 ·-的化学发光反应，证明茶叶提取物可用于SO4 ·-的快速检测。
实施例5、绿茶提取物与SO4 ·-、O2 ·-的化学发光实验比较
取100μL实施例1制备的绿茶提取物加入到石英杯中，分别向石英杯中加入100μL浓度为10mM的K2S2O8和10mM的H2O2，将石英杯放入测量仪的暗室中，并开启仪器进行测量。对于SO4 ·-测定，使用微量注射器吸取100μL 0.1mM的FeSO4溶液通过暗室顶部的橡胶塞快速注射到盛有绿茶提取物和K2S2O8的石英杯中促发化学发光反应，同时仪器原位快速实时测量发光信号强度的动力学曲线；对于O2 ·-测定，使用微量注射器吸取100μL 0.1mM的FeCl3溶液通过暗室顶部的橡胶塞快速注射到盛有绿茶提取物和H2O2的石英杯中促发化学发光反应，同时仪器原位快速实时测量发光信号强度的动力学曲线。为保证实验重现性，相同处理条件实验进行平行测定。
图4为绿茶提取物与其它常见自由基的化学发光反应情况。如图4所示，绿茶提取物与FeSO4/K2S2O8体系中的SO4 ·-具有很强的化学发光反应，而与FeCl3/H2O2体系中的O2 ·-化学发光信号强度很弱，说明茶叶提取物对自由基的化学发光反应有其选择性。
Claims (6)
1.一种检测硫酸根自由基的方法，包括如下步骤：采用茶叶提取物为发光试剂，对体系中的硫酸根自由基进行检测；
所述体系为酸性、中性或碱性体系，其pH值为0~9之间的任意值；
所述体系为均相催化体系或多相催化体系；
所述均相催化体系为金属离子/K2S2O8体系或金属离子/KHSO5体系；
所述多相催化体系为催化材料/K2S2O8体系或催化材料/KHSO5体系；
所述均相催化体系中的金属离子为Fe2+、Co2+、Cu2+、Mn2+和Ni2+中的任一种；
所述多相催化体系中的催化材料为单金属催化材料、混合金属催化材料或非金属碳基催化材料；
所述单金属催化材料为FeOCl、Co3O4、CuO或MnO2；所述混合金属催化材料为CoFe2O4、CuFe2O4或MnFe2O4；所述非金属碳基催化材料为活性炭、氧化石墨烯或氮化碳。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述茶叶提取物采用绿茶、黄茶、乌龙茶、红茶、黑茶和白茶中的至少一种制备。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述均相催化体系为FeSO4/K2S2O8体系；
所述多相催化体系为FeOCl/K2S2O8体系。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述茶叶提取物的制备方法，包括如下步骤：将茶叶加入溶剂中进行提取，得到所述茶叶提取物。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述溶剂为甲醇和乙醇中的至少一种；
所述茶叶的质量与所述溶剂的体积比为1.0 g：10~100mL；
所述提取为超声波提取。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述超声波提取的条件如下：温度为0~4℃，时间为10 min~30 min，功率为200 W~500 W。
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