一种水相化学发光光源的制备方法与流程

本发明属于化学发光技术领域，涉及一种新型水相化学发光光源的制备方法。

背景技术：

化学发光是化学物质在反应过程中伴随的光辐射现象。化学发光无需外部能量的刺激，仅凭体系内的化学反应就可以获得发光，因此在一些无法供给电能或其他形式能量的环境中，化学发光技术的使用就显得尤为重要。目前，化学发光光源在生物成像、光动力学治疗、野外探险以及在一些商业活动中已经得到了广泛应用。

商业化的化学发光光源主要使用过氧草酸酯类化合物—过氧化氢体系，通过在体系中加入不同的荧光染料来获得多种颜色。由于这类体系一般使用有机溶剂对各个反应物进行溶解并且使用高浓度过氧化氢溶液，因此造成了潜在的危险。近年来，国内外报道了多起因误食过氧草酸酯类化学发光光源中内容物引起中毒的案例。因此迫切需要一种经济且安全的水相体系的化学发光光源，实现对传统化学发光光源体系的替代。作为水相化学发光传统的体系，鲁米诺—过氧化氢体系在辣根过氧化物酶以及对碘苯酚的存在下可以实现长时间的化学发光。但是，考虑到储存以及成本问题，辣根过氧化物酶并不适合作为水相的化学发光光源的催化剂。本发明通过寻找一种新型的催化剂来实现安全、高效、经济的化学发光光源的制备。

技术实现要素：

针对上述情况，为了克服现有技术问题，本发明提供了一种新型水相化学发光光源的制备方法，这种方法设备简单、成本低、发光时间长，具有较高的实际应用前景。

本发明所采用的技术方案是，运用简单的化学发光原理，使用水相鲁米诺—过氧化氢体系作为反应的基底。该方法首先制备了一种三羟甲基氨基甲烷(tris)—钴(co)络合物作为反应的催化剂，利用其与过氧化氢的反应特性，实现长时间的羟基自由基的产生，从而实现水相鲁米诺—过氧化氢体系的长时间高强度发光。

一种三羟甲基氨基甲烷(tris)—钴(co)络合物的制备方法，将六水合硝酸钴溶解到去离子水中配成溶液，超声混合均匀；同时，配制tris水溶液，超声混合均匀；将两种溶液进行混合反应得到tris-co(ii)络合物的混合溶液(优选室温反应不低于15分钟)；离心分离、去离子水洗涤、干燥即可。优选混合溶液中三羟甲基氨基甲烷与硝酸钴的摩尔比为300:1。

本发明所得三羟甲基氨基甲烷(tris)—钴(co)络合物的应用，与双氧水在水溶液中反应生成羟基自由基。

进一步，三羟甲基氨基甲烷(tris)—钴(co)络合物与水相鲁米诺、双氧水反应产生光，即luminol-tris-co(ii)-h2o2发光体系。

进一步一种水相化学发光光源的制备方法，将三羟甲基氨基甲烷(tris)—钴(co)络合物与鲁米诺加入到水中，然后加入双氧水进行反应，即luminol-tris-co(ii)-h2o2发光体系；在水溶液中，首先，过氧化氢分子扩散到tris-co络合物的网状结构中；这种网状结构具有较强的过氧化氢吸附能力，吸附的过氧化氢和中心钴离子发生反应形成具有较强氧化性的羟基自由基，然后，羟基自由基与反应体系中的鲁米诺分子发生氧化反应，形成激发态的3-氨基邻苯二甲酸；激发态回到基态的转化过程中，能量以光的形式释放出来；由于该体系产生羟基自由基的过程是连续的，因此就可以获得较长时间的化学发光。

进一步优选，水相化学发光光源的反应体系中，三羟甲基氨基甲烷(tris)—钴(co)络合物的质量浓度20-30mg/l，鲁米诺的浓度2mm-5mm，双氧水的浓度2.5mm-10mm，上述可以是范围。

在即luminol-tris-co(ii)-h2o2发光体系中，可分别加入8-羟基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐、核黄素、曙红中的一种或几种通过化学发光能量转移现象得到不同颜色的水相化学发光光源。

在溶液状态下，首先，过氧化氢分子吸附到tris-co(ii)络合物的多孔结构，吸附到钴反应位点的过氧化氢分子通过与钴离子发生氧化还原反应生成具有强氧化性的·oh，然后，由于钴离子表面络合物的存在改变了co(iii)/co(ii)的氧化还原电位，导致co(iii)更容易和过氧化氢分子发生反应还原为co(ii)。这样就完成了一个钴离子氧化态还原态的良性循环，从而促进了该反应体系中羟基自由基的持续生成。通过以上过程，就可以实现鲁米诺分子的长时间氧化发光。

与现有技术相比，该发明体系的发光强度与发光时长十分接近商业化的化学发光光源体系。更重要的是，水相化学发光光源使用的过氧化氢浓度仅为传统商业化体系的十分之一，避免了有机溶剂的使用，可以大大减小因误食体系内容物导致的中毒事件，从而实现安全、高效、经济的化学发光光源的制备。

附图说明

图1为tris-co(ii)络合物的x射线光电子能谱谱图。

图2为tris-co(ii)以及tris的红外光谱谱图。

图3为tris-co(ii)-h2o2产生羟基自由基的电子顺磁共振光谱图。

图4为luminol-tris-co(ii)-h2o2与传统过氧草酸酯体系化学发光动力学曲线对比图。

图5为制备不同颜色化学发光光源的荧光光谱图。

图6为制备不同颜色化学发光光源的实物图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：合成tris-co(ii)络合物

向50ml的烧杯中加入0.2906g的tris以及10ml超纯水超声5分钟制得240mm的tris水溶液；另外一100ml烧杯中加入11.6mg的co(no3)2·6h2o并加超纯水至50ml，超声5分钟制得0.8mm的硝酸钴溶液。分别取5mltris溶液与5mlco(no3)2·6h2o于50ml烧杯中，室温下搅拌30分钟，得到灰褐色溶液。取5ml该溶液，使用10000转每分钟的转速离心5分钟，除去上层清液，保留灰褐色固体沉淀物。加入适量的去离子水洗涤，再次离心去除清液保留沉淀物，重复两次。所得的灰褐色固体沉淀放置在25℃的真空烘箱中干燥4个小时，得到干燥的灰褐色固体粉末，用研钵将结块的粉末研细后保存。分别取0.1g灰褐色粉末进行x射线能谱x射线光电子能谱分析(图1)，红外光谱分析(图2)，证明了tris-co(ii)络合物合成成功。

实施例2：tris-co(ii)络合物在水溶液中与过氧化氢发生反应性能

取900μltris-co(ii)络合物溶液，置于1.5ml离心管中，加入10μldmpo(羟基自由基捕获剂)，再加入100μl(50mm)h2o2水溶液启动实验。每5min使用毛细管取两次离心管中反应液使用电子顺磁共振(esr)光谱(图3)测试羟基自由基的含量，经过50分钟的测试并对数据进行分析，我们证明了羟基自由基在该体系中的持续生成。

实施例3：对比luminol-tris-co(ii)-h2o2与传统过氧草酸酯体系化学发光动力学曲线测试方法：

将100μl10mm的luminol溶液，200μltris-co(ii)络合物溶液置于bpcl反应瓶中，混匀。调节bpcl运行电压为-720v，保证bpcl型超微弱化学发光分析仪的稳定运行。关闭bpcl探测器顶盖，向体系中注射100μl20mm的h2o2水溶液，由bpcl采集数据并记录。

对比试验：

将100μl10mm的cppo溶液，100μl40μm的bpea溶液，1m的水杨酸钠溶液置于bpcl反应瓶中，振荡混合，调节bpcl运行电压为-720v。关闭bpcl探测器顶盖，向体系中注射100μl200mm的h2o2水溶液，由bpcl采集数据并记录。

比较两种体系的化学发光动力学曲线(图4)，可以看出在相同体积条件下，luminol-tris-co(ii)-h2o2体系的发光时长及强度可以与传统cppo-h2o2相媲美。同时，水相体系及更少的使用h2o2在节约成本的同时也降低了安全隐患。

实施例4：不同颜色化学发光光源制备

分别取10μl40μm的8-羟基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐，10μl40μm的核黄素以及10μl40μm的曙红加入到实施例3中的luminol-tris-co(ii)-h2o2体系中，通过化学发光能量转移现象得到不同颜色的水相化学发光光源。通过图5得到的不同颜色光源的荧光光谱，可以计算出它们的化学发光能量转移效率分别为74％，55％和14％。同时，图6给出了水相化学发光光源的实物图(从左至右：鲁米诺体系(蓝色)；加入8-羟基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐溶液的鲁米诺体系(黄绿色)；加入核黄素的鲁米诺体系(墨绿色)；加入曙红的鲁米诺体系(紫红色)，可以很明显的观察到不同颜色化学发光光源的实际效果。