一種雙波長(zhǎng)檢測(cè)抗壞血酸的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電化學(xué)技術(shù)，特別涉及一種雙波長(zhǎng)檢測(cè)抗壞血酸的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]抗壞血酸又名維生素C?？箟难嵬庥^為白色結(jié)晶，水溶性維生素，大量存在于新鮮的水果蔬菜中。在醫(yī)學(xué)臨床方面主要用來(lái)預(yù)防和治療壞血病，也對(duì)齲齒以及牙齦膿腫、貧血、生長(zhǎng)發(fā)育停滯等疾病輔助治療?？箟难崾侨梭w維持正常生理功能的必備維生素之一，并且人類不能像其他大多數(shù)哺乳動(dòng)物依靠肝臟自身合成只能通過(guò)食物或者藥物攝取。因此越來(lái)越多的科學(xué)家投入到對(duì)抗壞血酸的高效、精確、便捷的檢測(cè)研究中，發(fā)展出了諸如分光光度法、電化學(xué)法和色譜法等檢測(cè)方法。
[0003]光電化學(xué)過(guò)程指的是光敏材料在光照作用下所發(fā)生的經(jīng)由電子激發(fā)及電荷轉(zhuǎn)移的光電轉(zhuǎn)換過(guò)程。電化學(xué)生物傳感器作為一種獨(dú)立的集成檢測(cè)裝置，已經(jīng)對(duì)生化、醫(yī)療領(lǐng)域產(chǎn)生了日益重要的影響。隨著納米技術(shù)和材料化學(xué)的快速發(fā)展，在光電化學(xué)過(guò)程與電化學(xué)生物傳感器結(jié)合的基礎(chǔ)上發(fā)展出了新一代光電化學(xué)生物傳感，從而為探索各類生物學(xué)相互作用提供了一種新的靈敏檢測(cè)方法。本質(zhì)上，和其它已經(jīng)建立的分析技術(shù)如電致化學(xué)發(fā)光一樣，光電化學(xué)分析也是一種基于傳統(tǒng)電化學(xué)的分析技術(shù)。因此，該方法繼承了后者的諸多優(yōu)點(diǎn)，如價(jià)格低廉，設(shè)備簡(jiǎn)單，靈敏度高。但是，兩者之間也存在了很大的差異，光電化學(xué)傳感技術(shù)具有一些在傳統(tǒng)電化學(xué)平臺(tái)上難以實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。在光電化學(xué)檢測(cè)中，光被用作激發(fā)信號(hào)來(lái)激發(fā)光電化學(xué)物質(zhì)，而電信號(hào)則作為檢測(cè)信號(hào)，該過(guò)程與電致化學(xué)發(fā)光正好相反。由于采用了兩種不同形式的激發(fā)和檢測(cè)信號(hào)，該技術(shù)背景信號(hào)較低，故具有很高的靈敏度。實(shí)際上，在使用相同設(shè)計(jì)進(jìn)行同一物質(zhì)檢測(cè)時(shí)，基于光電化學(xué)的方法也比基于電化學(xué)的方法呈現(xiàn)出更好的檢測(cè)性能。
[0004]基于光電化學(xué)為基礎(chǔ)檢測(cè)抗壞血酸的方法種類多種多樣，但是綜合目前存在的各種檢測(cè)抗壞血酸的方法都是選擇一定波長(zhǎng)范圍的光源為激發(fā)光源。其缺點(diǎn)在于一定波長(zhǎng)范圍的光源激發(fā)下，光電化學(xué)檢測(cè)儀的光敏電極的表面只發(fā)生單一電極反應(yīng)，只能利用單一的陽(yáng)極光電流進(jìn)彳丁檢測(cè)，其缺點(diǎn)在于檢測(cè)的選擇性和準(zhǔn)確性有待提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明研究過(guò)程中，偶然發(fā)現(xiàn):在254nm波長(zhǎng)下檢測(cè)抗壞血酸時(shí)，光敏電極表面會(huì)發(fā)生電子的躍迀，產(chǎn)生光生電子和電子空穴；而抗壞血酸則會(huì)轉(zhuǎn)化為某種中間產(chǎn)物而具有較強(qiáng)的吸電子的能力，捕獲上述光敏電極表面的光生電子，使光電流減小，產(chǎn)生陰極光電流。利用上述原理，本發(fā)明提供了一種雙波長(zhǎng)檢測(cè)抗壞血酸的裝置及方法，進(jìn)一步提高對(duì)于抗壞血酸檢測(cè)的準(zhǔn)確性和和可靠性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]波長(zhǎng)為A的光在光電化學(xué)法檢測(cè)抗壞血酸或尿酸含量中的應(yīng)用，其特征在于，A的范圍為240nm-254nm之間。
[0008]波長(zhǎng)為A和B的光在光電化學(xué)法檢測(cè)抗壞血酸或尿酸含量中的應(yīng)用，其特征在于，A的范圍為240nm-254nm之間，B的范圍為365nm-400nm之間。
[0009]—種雙波長(zhǎng)檢測(cè)抗壞血酸的裝置，包括光電化學(xué)裝置，所述光電化學(xué)裝置具有發(fā)射出A波長(zhǎng)和B波長(zhǎng)的雙波長(zhǎng)光源；所述A波長(zhǎng)的范圍為240nm_254nm之間，所述B波長(zhǎng)的范圍為365nm-400nm之間。
[0010]當(dāng)利用本發(fā)明裝置檢測(cè)抗壞血酸時(shí)，先使用波長(zhǎng)在365nm-400nm之間的光源為激發(fā)光源，在此波長(zhǎng)下光敏電極表面發(fā)生的電子的躍迀，從而產(chǎn)生光生電子和電子空穴。電子空穴具有強(qiáng)氧化性，會(huì)得到具有還原性的抗壞血酸提供的電子，從而使光電流增大，產(chǎn)生陽(yáng)極光電流。然后切換到具有高能量的波長(zhǎng)在240nm-254nm之間的光源為激發(fā)光源，在此波長(zhǎng)下光敏電極表面也會(huì)發(fā)生的電子的躍迀，從而產(chǎn)生光生電子和電子空穴。因?yàn)?40nm-254nm波長(zhǎng)的光源具有的能量較高，會(huì)將抗壞血酸轉(zhuǎn)化為某種中間產(chǎn)物而具有較強(qiáng)的吸電子的能力，就會(huì)捕獲光敏電極表面的光生電子，從而使光電流減小，產(chǎn)生陰極光電流。利用兩種激發(fā)光源波長(zhǎng)去檢測(cè)抗壞血酸，進(jìn)一步提高對(duì)于抗壞血酸檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。
[0011]優(yōu)選的，所述光電化學(xué)裝置包括雙波長(zhǎng)光源、暗箱、檢測(cè)池、電極體系、電化學(xué)工作站。檢測(cè)池位于暗箱中，檢測(cè)池內(nèi)有光敏電極、參比電極、對(duì)電極三電極體系。所述電極系統(tǒng)、檢測(cè)池、均放置在暗箱內(nèi)，三電極通過(guò)對(duì)應(yīng)的導(dǎo)線連接到電化學(xué)工作站上，化學(xué)工作站連接計(jì)算機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置與數(shù)據(jù)采集。
[0012]優(yōu)選的，所述暗箱為金屬殼體。將金屬殼體接地，則能夠起到良好的屏蔽作用，屏蔽外界雜亂信號(hào)，減小所測(cè)信號(hào)的噪音，提高靈敏度。
[0013]優(yōu)選的，所述光電化學(xué)裝置采用三電極體系。
[0014]優(yōu)選的，所述雙光電檢測(cè)池材料為石英光學(xué)玻璃。
[0015]優(yōu)選的，所述三電極體系，包括工作電極即光敏電極、參比電極和鉑電極，均放置在光電檢測(cè)池中接觸檢測(cè)池中電解質(zhì)溶液。
[0016]在對(duì)人體血清中抗壞血酸檢測(cè)時(shí)，由于抗壞血酸的氧化產(chǎn)物對(duì)電極產(chǎn)生鈍化污染，造成電極“中毒”，電流減小，電化學(xué)氧化過(guò)程無(wú)法進(jìn)行。同時(shí)，由于它在一般電極上有較高的過(guò)電位，而導(dǎo)致其測(cè)定靈敏度低、重現(xiàn)性差。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，采用C3N4修飾的納米二氧化鈦管光敏電極，該電極有良好的電化學(xué)性能，具有極高析氧過(guò)電位，具備自凈化功能，有利于消除電極表面因生成有機(jī)物氧化膜而使電極失活的現(xiàn)象，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生鈍化污染，無(wú)論在酸性、堿性或中性水溶液中都有較寬的電壓窗口，具有極好的抗污染能力及較長(zhǎng)的壽命。
[0017]優(yōu)選的，所述光敏電極的尺寸為40 X 15mm。
[0018]所述光電傳感器表面的二氧化鈦納米粒子通過(guò)燒結(jié)作用固定于光電極表面，使該傳感器具有更高的穩(wěn)定性，易于保存。所述光電傳感界面上的二氧化鈦具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)，可擔(dān)載更多的抗壞血酸且便于小分子在功能界面上的擴(kuò)散和與抗壞血酸的接觸，因此所述傳感器具有靈敏度高和響應(yīng)快速等優(yōu)勢(shì)。
[0019]優(yōu)選的，所述電化學(xué)工作站的實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定為:初始電壓0V、采樣間隔0.2s、等待時(shí)間0、運(yùn)行時(shí)間2400s、靈敏度選擇10 μ A、濾波參數(shù)選擇10Hz、放大倍率1、電流極性為氧化、基線扣除為關(guān)、IR降補(bǔ)償為關(guān)。
[0020]本發(fā)明還提供了一種用于雙波長(zhǎng)檢測(cè)抗壞血酸的光源，包括燈；光濾波器，所述光濾波器被配制成從所述燈接收光并且允許波長(zhǎng)為A和B的光大量輸出。
[0021]所述雙波長(zhǎng)激發(fā)光源為一種改造光源，所發(fā)出的激發(fā)光的波長(zhǎng)能夠在A和B之間切換。
[0022]本發(fā)明還提供了一種用于雙波長(zhǎng)檢測(cè)抗壞血酸的光發(fā)生器，包括上述的光源。
[0023]本發(fā)明提供了一種雙波長(zhǎng)檢測(cè)抗壞血酸的方法，采用光電化學(xué)裝置分別在A波長(zhǎng)和B波長(zhǎng)的激發(fā)光源下檢測(cè)抗壞血酸。
[0024]優(yōu)選的，所述在A波長(zhǎng)和B波長(zhǎng)的激發(fā)光源下檢測(cè)抗壞血酸的步驟為:在A波長(zhǎng)激發(fā)光源下通氮?dú)猓裙庹占s30min讓光電流信號(hào)趨于穩(wěn)定。然后黑暗3min光照l(shuí)min依次交替，每次往檢測(cè)池加樣都是在黑暗狀態(tài)下加入。加入的樣品濃度依次為IX 10 7M、1X 10 6M、1 X 10 5M、1 X 10 4M、1 X 10 3Mo然后切換為B波長(zhǎng)激發(fā)光源，重復(fù)上述操作。
[0025]一種基于上述裝置的使用方法，包括以下步驟:
[0026](1)連接整個(gè)裝置，進(jìn)行儀器預(yù)熱；
[0027](2)清洗光電檢測(cè)池，將一定濃度的電解質(zhì)溶液加入到光電檢測(cè)池中；
[0028](3)在光電檢測(cè)池中分別放入光敏電極、參比電極和鉑電極，然后將光電檢測(cè)池固定在暗室內(nèi)。電極分別通過(guò)導(dǎo)線與LK2005電化學(xué)工作站相連，關(guān)閉暗箱；
[0029](4)設(shè)定電化學(xué)測(cè)量參數(shù)后分別在A波長(zhǎng)和B波長(zhǎng)的激發(fā)光源下檢測(cè)抗壞血酸；
[0030](5)存儲(chǔ)分析數(shù)據(jù)，清洗電極以及檢測(cè)池。
[0031]所述步驟(2)的具體方法為:用超純水將光電檢測(cè)池清洗干凈；在測(cè)定待測(cè)物質(zhì)含量之前，所有溶液都需要用超純水現(xiàn)配現(xiàn)用；配制好的溶液再通入氮?dú)獬?；將光電檢測(cè)池放入暗室中，每次放置的位置保持一致。
[0032]所述步驟⑵中，電解質(zhì)溶液為PH = 7.4濃度為0.2mol/L的NaHP04?NaH #04緩沖液或者濃度為0.2mol/L的Na2S04溶液。
[0033]所述步驟(3)中，光敏電極為C3N4修飾的二氧化鈦納米管光電極，制備的方法是純度大于等于99.8%的金屬鈦片作為陽(yáng)極，鉑電極為陰極，在5%的氫氟酸溶液中，20V直流電壓下電解20min。然后再450攝氏度下退火30min即得二氧化鈦納米管光電極。參照現(xiàn)有的文獻(xiàn)將C3N4修飾到二氧化鈦納米管光電極上。
[0034]所述步驟(4)中，當(dāng)測(cè)定抗壞血酸含量前，在A波長(zhǎng)的激發(fā)光源下通氮?dú)?，先光照約30min讓光電流信號(hào)趨于穩(wěn)定。然后黑暗3min光照l(shuí)min依次交替，每次往檢測(cè)池加樣都是在黑暗狀態(tài)下加入。加入的樣品濃度依次為1 X 10 9mol/L, 1 X 10 smol/L、1 X 10 7mol/LUX 10 6mol/L、1 X 10 5mol/L、1 X 10 4mol/L等。然后切換為B波長(zhǎng)的激發(fā)光源，重復(fù)上述操作。
[0035]所述步驟(5)中，每次測(cè)定完畢，都要將電極、光電檢測(cè)池用超純水清洗干凈，以便進(jìn)行下一次測(cè)量。
[0036]本發(fā)明的工作原理為:以激發(fā)光波長(zhǎng)分別為254nm和365nm為例，通過(guò)將光電化學(xué)檢測(cè)儀中傳統(tǒng)的氙燈激發(fā)光源改裝為波長(zhǎng)固定的雙波長(zhǎng)激發(fā)光源。365nm的激發(fā)光下對(duì)抗壞血酸的檢測(cè)與傳統(tǒng)的氙燈激發(fā)光源相同，產(chǎn)生陽(yáng)極光電流對(duì)抗壞血酸進(jìn)行檢測(cè)。但是在254nm產(chǎn)生的是陰極光電流對(duì)抗壞血酸進(jìn)行