(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202110010129.0
(22)申请日 2021.01.05
(71)申请人 中国科学院生态环境研究中心
地址 100085 北京市海淀区双清路18号
(72)发明人 吕继涛 张淑贞
(74)专利代理机构 中科专利商标代理有限责任
公司 11021
代理人 王江选
(51)Int.Cl.
G01N 21/76(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
一种利用化学发光检测羟基自由基的方法。
系中加入过量的探针分子香豆素，
以使产生的羟基自由基与香豆素反应生成羟基化香豆素；将生
系混合注入化学发光检测池以实时检测产生的
化学发光；根据化学发光值确定所述羟基自由基
产生反应体系中产生的羟基自由基的含量。本发
明的方法不仅灵敏度高，而且能够实现传统方法
难以实现的化学反应过程中羟基自由基的实时
在线监测。权利要求书1页 说明书6页 附图3页CN 112683886 A 2021.04.20
C N 112683886
A
1.一种利用化学发光检测羟基自由基的方法，包括以下步骤：
在羟基自由基产生反应体系中加入过量的探针分子香豆素，以使产生的羟基自由基与香豆素反应生成羟基化香豆素；
将生成羟基化香豆素的反应体系与过硫酸盐氧化体系混合注入化学发光检测池以实时检测产生的化学发光；
根据化学发光值确定所述羟基自由基产生反应体系中产生的羟基自由基的含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述羟基自由基产生反应体系中所述香豆素的初始浓度为50‑1000μmol/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述羟基自由基产生反应体系包括芬顿反应体系、类芬顿反应体系或光催化体系。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将生成羟基化香豆素的反应体系与过硫酸盐氧化体系混合注入化学发光检测池的方式为注射法或动态在线检测法。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述过硫酸盐氧化体系为过硫酸盐或者过硫酸盐和双氧水的组合，过硫酸盐优选为单过硫酸氢钾。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在将生成羟基化香豆素的反应体系与过硫酸盐氧化体系混合时还包括：加入pH调节剂对所述生成羟基化香豆素的反应体系的pH 值进行调整。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
在采用动态在线检测法的情况下，过硫酸盐的浓度为100‑300mmol/L，双氧水的浓度为100‑400mmol/L，NaOH浓度为1‑2mol/L；
在采用注射法的情况下，以总体积5mL为例，NaOH浓度为100‑1000mmol/L，过硫酸盐的浓度为20‑60mmol/L，双氧水的浓度为20‑80mmol/L。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
所述注射法为分别将一预设体积的所述生成羟基化香豆素的反应体系通过手动或自动方式与过硫酸盐氧化体系混合，并实时测定化学发光；
所述动态在线检测法为采用连续流动进样的模式将所述生成羟基化香豆素的反应体系与过硫酸盐氧化体系混合，并实时测定化学发光。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成羟基化香豆素的反应体系为纯溶液体系或颗粒物悬浊液体系；
在所述生成羟基化香豆素的反应体系为颗粒物浓度大于1000mg/L的颗粒物悬浊液时，在将生成羟基化香豆素的反应体系与过硫酸盐氧化体系混合之前还包括：对所述生成羟基化香豆素的反应体系进行在线或离线过滤以去除颗粒物干扰。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据化学发光值确定所述羟基自由基产生反应体系产生的羟基自由基的含量包括：利用标准曲线法将化学发光值转化为羟基自由基的浓度。
权 利 要 求 书1/1页CN 112683886 A
利用化学发光检测羟基自由基的方法技术领域
[0001]本发明涉及自由基检测方法，尤其涉及一种利用化学发光检测羟基自由基的方法。
背景技术
[0002]羟基自由基(以下简称为·OH)是一种最活泼的活性氧自由基，由于其具有很强的氧化性能够非选择性的高效氧化众多有机化合物，目前已被广泛用于污染物的高级氧化处理当中。很多反应都能产生·OH，其中最为经典的就是亚铁与双氧水(H 2O 2)在酸性条件下反应生成·OH的过程(Fenton反应)，其他过渡金属也能与H 2O 2反应发生类似的Fenton反应。TiO 2、ZnO等光敏材料在光照下也能够产生·OH，进而可用于污染物的催化降解。一些自然过程也能产生·OH，比如氧化还原界面亚铁矿物的氧化过程已被报道能够产生·OH，这是污染物在自然介质中降解转化的一个重要驱动力。·OH具有很高的化学活性，寿命短，很难直接测定，目前关于·OH的分析方法都是采用间接的方法，核心思想就是通过向体系中添加探针化合物或者捕获剂，通过定量·OH与探针化合物或者捕获剂反应形成的特征转化产物或者加和物来间接测定·OH的含量。由于选择的探针不同，检测方法也有很多种，常见的有电子自旋共振法、高效液相谱法、荧光或紫外分光光度法等。这些方法均是离线分析方法，通常需要让探针化合物或者捕获剂与样品反应一段时间，然后和基质分离进行测定。由于·OH的产生和反应过程往往是十分快速的过程，如何原位监测·OH的产生和反应过程是目前分析方法的一大挑战，如果能够实现·OH的原位在线监测将有助于我们深入认识·OH 的产生及其与污染物反应的过程和机制。
发明内容
[0003]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种利用化学发光检测羟基自由基的方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少一种。
[0004]为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
[0005]一种利用化学发光检测羟基自由基的方法，包括以下步骤：在羟基自由基产生反应体系中加入过量的探针分子香豆素，以使产生的羟基自由基与香豆素反应生成羟基化香豆素；将生成羟基化香豆素的反应体系与过硫酸盐氧化体系混合注入化学发光检测池以实时检测产生的化学发光；根据化学发光值确定所述羟基自由基产生反应体系中产生的羟基自由基的含量。
[0006]基于上述技术内容，本发明的利用化学发光检测羟基自由基的方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
[0007]本发明以香豆素为探针，通过香豆素与羟基自由基形成的羟基化香豆素在特定种类和浓度的过硫酸盐氧化体系中的化学发光效应，从而利用化学发光法完成对羟基自由基的实时检测。
[0008]将香豆素应用于本发明的检测方法中，相较于其他探针分子，羟基化香豆素的前
述发光效应强烈且实时发生，速率甚至可以达到毫秒级别，而香豆素本身的发光效应并不明显，由此确保本发明的快速检测而适用于·OH的在线监测，且检测限较低，表现出很高的灵敏度和时间分辨率。
附图说明
[0009]图1是本发明实施例1实时动态在线化学发光测定·OH的装置示意图；
[0010]图2是本发明实施例1‑1利用构建的动态在线检测法测定不同PMS和H 2O 2浓度对化学发光信号的影响结果，其中：
[0011]A是不同PMS浓度下相同Fenton反应体系的化学发光信号；
[0012]B是不同H 2O 2
浓度下相同Fenton反应体系的化学发光信号；[0013]图3是本发明实施例1‑2利用构建的动态在线检测法测定不同Fe 2+剂量下Fenton反应体系的结果，其中：
[0014]A是不同Fe 2+剂量下Fenton反应体系的化学发光信号；
[0015]B是Fe 2+浓度与化学发光信号之间的线性相关性；
[0016]图4是本发明实施例1‑2利用化学发光法测定的化学发光值与[·OH]之间的相关曲线；
[0017]图5是本发明实施例1‑3利用构建的动态在线检测法对Fenton反应产生·OH的原位在线测定结果，
其中：
[0018]A是在线化学发光信号随时间的变化曲线；
[0019]B是化学发光信号转化的·OH浓度信号随时间的变化曲线；
[0020]图6是本实施例1‑4利用构建的动态在线检测法对TiO 2
光催化过程产生·OH的原位在线测定结果，其中：
[0021]A是在线化学发光信号随时间的变化曲线；
[0022]B是化学发光信号转化的·OH浓度信号随时间的变化曲线。
[0023]图7是本发明实施例1‑5利用构建的动态在线检测法对土壤溶液中Fenton反应产生·OH的原位在线测定结果，其中：
[0024]A是黑土的在线化学发光信号随时间的变化曲线；
[0025]B是黑土的化学发光信号转化的·OH浓度信号随时间的变化曲线；
[0026]C是红壤的在线化学发光信号随时间的变化曲线；
[0027]D是红壤的化学发光信号转化的·OH浓度信号随时间的变化曲线；
[0028]图8是本发明实施例2利用构建的注射法对Fenton反应产生·OH的离线测定结果，其中：
[0029]A是不同Fe 2+剂量下Fenton反应体系的化学发光信号；
[0030]B是[·OH]与化学发光信号的峰面积之间的线性相关性；
[0031]C是[·OH]与化学发光信号的峰高之间的线性相关性。
具体实施方式
[0032]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。需要说明的是，实施例中无特殊说明的百分比为质量
百分比。
[0033]香豆素(苯并吡喃酮，COU)是一种常用于·OH测定的探针分子，其原理是COU与·OH反应生成羟基化香豆素(h‑COU)，其中7羟基香豆素(7h‑COU)能够在350nm波长光的激发下产生波长为460nm的荧光，因而能够利用液相谱监测7h‑COU来测定·OH的产生。但是液相谱的方法，分析一个样品需要
十几分钟，而且需要对样品进行前处理，只能用于离线的·OH检测。申请人首次发现COU的羟基化转化产物(h‑COU)能够被过硫酸盐氧化体系氧化而产生强烈的化学发光，该过程实时发生，所产生的化学发光信号可被实时监测。
[0034]
[0035]基于上述发现，本发明建立了一种利用化学发光检测羟基自由基的方法，是基于化学发光的利用COU作为探针分子的·OH检测方法，该方法不但能够离线监测而且能够实时在线监测·OH的产生。利用该方法可以实现Fenton反应、类Fenton反应、光催化反应等过程中·OH的实时在线监测。
[0036]具体而言，根据本发明的一些实施例，提供了一种利用化学发光检测羟基自由基的方法，包括以下步骤1至步骤3：
[0037]步骤1：在·OH产生反应体系中加入过量的探针分子COU，以使产生的·OH与COU反应生成h‑COU。
[0038]在本发明的一些实施例中，在·OH产生反应体系中，香豆素的初始浓度为50‑1000μmol/L，但并不以此为限，可基于体系中·OH的量而选择合适浓度。
[0039]在本发明的一些实施例中，·OH产生反应体系包括芬顿反应体系、类芬顿反应体系或光催化体系，由此实现多种场景下反应过程中·OH的离线或在线监测。
[0040]步骤2：将生成h‑COU的反应体系与过硫酸盐氧化体系混合注入化学发光检测池以实时检测产生的化学发光。
[0041]在本发明的一些实施例中，过硫酸盐氧化体系为过硫酸盐或者过硫酸盐和双氧水的组合，更优选为过硫酸盐和双氧水的组合，二者的协同作用可大幅提高化学发光强度，增加检测灵敏度。
[0042]在本发明的一些实施例中，将生成h‑COU的反应体系与氧化试剂混合注入化学发光检测池的方式为注射法和动态在线检测法。化学发光检测池中设置有化学发光检测器光电倍增管PMT。
[0043]更具体的，以所述生成羟基化香豆素的反应体系作为待测样品，注射法为分别将一定体积(一般为微升级)的待测样品通过手动或自动(自动进样阀)方式与氧化剂混合，同时进行化学发光的测定，结果表现为单峰模式，适合用于离线检测，优点在于样品消耗量低、检测灵敏度高；
[0044]动态在线检测法采用连续流动进样的模式将待测样品与氧化剂在线混合并实时检测化学发光信号，
优点在于可以在线实时监测反应过程中羟基产生和消除的动态变化过程。
[0045]在本发明的一些实施例中，在将生成h‑COU的反应体系与过硫酸盐氧化体系混合时还包括：加入pH调节剂对生成h‑COU的反应体系的pH值进行调整。pH调节剂例如为NaOH溶液，通过pH调整而有利于提高过硫酸盐氧化体系的反应活性。
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