联吡啶钌体系电致化学发光测定精胺的研究

联吡啶钌体系电致化学发光测定精胺的研究
赵丹;赵叙;徐恩宇;杨梅
【摘要】基于精胺对Ru(bpy)23+电化学发光的显著增强效应,利用池内停流技术,建立了精胺的电化学发光测定法.本方法具有灵敏度高,线性范围宽和分析速度快的特点.在最优条件下,相对电化学发光值与精胺浓度在5×10-8～5×10-5mol/L范围内呈现良好的线性关系,对5×10-8mol/L浓度的精胺进行11次平行测定,其相对标准偏差为3.03%,检出限为2.31×10-8mol/L.
【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2011(039)008
【总页数】3页(P64-65,82)
【关键词】电化学发光;精胺;联吡啶钌
【作者】赵丹;赵叙;徐恩宇;杨梅
【作者单位】辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连116029;辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连116029;辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连116029;辽宁师范大学化学化工学院,辽宁大连116029
【正文语种】中文
精胺 (spermine,Spm)属多胺类化合物,化学名称为[N,N-双 -3丙氨基 ]-1,4-双胺,广泛存在于真核细胞和原核细胞中,在人体新陈代谢过程中发挥着重要作用[1]。

研究发现,精胺水平与肿瘤增长密切相关[2]。

所以,分析和检测精胺具有极其重要的意义。

精胺的检测方法主要有紫外检测法[3]、荧光检测法[4]、色谱法[5]和电泳法[6-7]等。

电化学发光 (ECL)是利用电解技术在电极表面产生某些氧化还原物质而导致的化学发光,所以该方法具有装置简单、重现性好、可进行原位检测以及高灵敏度和高选择性等优点[8]。

联吡啶钌 [Ru(bpy)2+3]是一种常见的 ECL试剂,由于其在水溶液中具有良好的可逆性和稳定性,在生化分析和生物传感器领域得到了广泛的应用[9]。

本实验研究发现精胺对 Ru(bpy)2+3电化学发光有显著的增强效应,且增强程度与精胺浓度呈线性关系。

在此基础上,设计了一种新型电化学发光流通池,利用池内停流技术对精胺的含量进行了测定。

仪器:流动注射化学发光仪 (IFFM-D型),西安瑞迈电子科技有限公司;极谱仪 (XJP-821(C)型),江苏电分析仪器厂。

试剂:精胺(1.0×10-2mol/L),美国 Fluka公司;联吡啶钌(1.0×10-3mol/L),比利时Acros公司;磷酸盐缓冲溶液 (0.1 mol/L),沈阳试剂三厂。

实验中所用化学试剂均为分析纯;所用水为二次蒸馏水;所有的玻璃仪器使用前需用25%(V/V)HNO3浸泡,然后用水冲洗干净备用。

实验装置如图1所示:1个蠕动泵用于液流的驱动;铂电极作工作电极 (WE),银 -氯化银电极作参比电极 (RE),不锈钢电极作辅助电极 (CE)构成三电极体系接入 Z型流通池构成的电解池;XJP-821(C)型新极谱仪用于控制电极电位;用蠕动泵将混合好的溶液推入置于光电倍增管端窗的 Z型流通池中,停流。

启动化学发光仪和极谱仪,记录电化学发光动力学曲线。

实验数据的采集和处理均由W indows 2000操作系统下的 IFFM-D软件完成。

按照图1的装置,在所建立的 ECL分析系统中,利用池内停流技术研究电化学发光性质:用蠕动泵将100μL试液推入电解池中停流;以 50 mV/s的扫速,对工作电极施以0.0 V～2.0 V的正向扫描电压,同时记录电化学发光信号随电压的变化情况。

扫描
完成后,用 0.1 mol/L磷酸盐缓冲溶液将电解池冲洗干净。

以未加精胺的联吡啶钌电化学发光强度 IECL为空白,用相对电化学发光强度ΔIECL 对精胺进行定量分析。

会与氢离子反应形成正离子。

当碱性过强时,OH-易在电极上发生氧化反应产生 O2,从而影响联吡啶钌的氧化效率和体系的稳定性。

与此同时氧对联吡啶钌激发态具有猝灭效应,故缓冲体系的 pH值太低或太高都不利于电极上激发态的形成。

考察了pH值对联吡啶钌 -精胺体系ΔIECL的影响,如图3所示:当 pH值在 7.0～8.5范围内时,ΔIECL随着 pH值增大而增大;当 pH值大于 8.5时,ΔIECL有所降低。

因此确定本实验最适宜 pH值为8.5。

2.2.2 联吡啶钌浓度优化
联吡啶钌作为 ECL试剂,其浓度大小对联吡啶钌 -精胺体系的电化学发光强度有很大的影响。

如图4所示:联吡啶钌浓度在5×10-6～5×10-5mol/L范围内时,由于发光剂自身用量不足导致ΔIECL较小且变化不大;当联吡啶钌浓度达到1×10-4
mol/L时,ΔIECL显著增强;继续增加联吡啶钌浓度,ΔIECL增大趋势减缓。

故选择
1×10-4mol/L作为后续试验中联吡啶钌的用量。

图2为联吡啶钌 -精胺电化学发光信号随电压的变化曲线。

从图中可以看
出,Ru(bpy)23+在 0.0 V～1.15 V范围内时,IECL随着电压值增大而增大,在 1.15 V 后 IECL则随着电压值增大而降低。

可见,在 1.15 V时体系的 IECL有最大值;在精胺存在下,联吡啶钌 IECL增大 10倍左右。

根据以上实验结果可以确定精胺对联吡啶钌的 ECL有增敏作用。

这种增敏作用可能的机理为:当在电极上施加一个合适的氧化还原电位
时,Ru(bpy)23+和精胺同时发生单电子氧化分别生成Ru(bpy)33+和自由基阳离子·寿命很短,很容易在α-C上失去质子形成强还原性的中间产物·CHR还原的过程中形成了激发态的以光辐射的形式回到基态,产生强发光。

因此精胺能增强联吡啶
钌电化学发光强度。

2.2.1 pH优化
由于精胺含有两个伯胺基和两个仲胺基,且每个胺基的氮原子上有孤对电子,孤对电子易与质子结合,因而在酸性溶液中
按照上述优化实验所确定的条件,配制一系列不同浓度的精胺标准溶液测定其电化学发光强度。

随着精胺浓度的增加,联吡啶钌 -精胺体系的ΔIECL也随之增强,且与精胺浓度在5×10-8～5×10-5mol/L范围内呈现良好的线性关系,其线性方程为ΔI=74.05C+162.8(C:mmol/L,R2=0.9886)。

对5×10-8 mol/L的精胺平行测定11次,其相对标准偏差为 3.03%,检出限为2.31×10-8mol/L。

实验表明,基于精胺对钌联吡啶电化学发光强度增强作用所建立的测定精胺的电化学发光新方法,操作简单、灵敏度高、分析速度快,而且耗样量少,为临床诊断上测定精胺提供了一种新方法。

该方法所具有的特点,使得它必将有更多的应用与发展。

【相关文献】
[1] KhuhawarM Y,Qureshib GA.Polyamines as cancer markers:applicable separation methods[J].ChromatographyB,2001,764:385-407.
[2] Bachrach U.Polyamines and cancer:minireview article[J].Amino Acids,2004,26:307-309.
[3] Taibi G,Schiavo M R,Calanni Rindina P,et al.Micellar electrokinetic chromatography of polyamines and monoacetylpolyamines[J].ChromatogrphyA,2001,921(2):323-329.
[4] HitoshiNohta,Hiroshi Satozono,Katsumi Koiso,et al.Highly Selective Fluorometric Deter mination of PolyaminesBased on Intramolecular Excimer-FormingDerivatizationwith a Pyrene-Labeling Reagent[J].A-nal.Chem.,2000,72(17):4 199-4 204.
[5] Lin Meng Shan,Chen Chi Hao,Chen Zen.Development of structurespecific electrochemical sensor and its application for polyamines determination[J].Electrochimica Acta,2011,56(3):1 069-1 075.
[6] Liu Jifeng,Yang Xiurong,Wang Erkang.Direct tris(2,2’-
bipyridyl)ruthenium(II)electrochemiluminescence detection of polyamines separated by capillary electrophoresis[J]. Electrophoresis,2003,24:3 131-3 138.
[7] 于锡娟,牟传芹.毛细管电泳化学发光检测在药物分析中的应用[J].广州化工,2009,37(8):179-180.
[8] Miao Wujian.Electrogenerated Chemiluminescence and Its Biorelated
Applications[J].Chem.Rev.,2008,108:2 506-2 553.
[9] Marquette Christophe A,Blum Loïc J.Electro-chemiluminescent biosensing[J].Analytical andBioanalyticalChemistry,2008,390(1):155-168.。