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儿茶酚胺类物质的表面增强拉曼光谱分析

邸佳佳  
【摘要】:表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)效应为在具有纳米结构特征的金属基底材料上所表现出来的特殊表面增强光学现象。SERS光谱具有较高选择性与灵敏度、不破坏样品的优点,使之成为一种重要的表面分析方法。它在表面科学、生物科学、分析化学、材料科学等领域有广泛的应用,且取得了众多的研究成果。但在采用SERS光谱对生物或有机分子进行量测的过程中,生物分子的氧化和碳化现象不可避免。目前,文献中多采用真空、惰性气氛、低温和低功率激光等物理方法来减弱以上干扰。这些方法在实验过程中或难以实现,或以减弱信号强度为代价。目前,对这一难题尚缺少简便而有效的化学解决方法。 通常将多巴胺、肾上腺素与去甲肾上腺素统称为儿茶酚胺类物质。儿茶酚胺作为哺乳动物重要的神经递质和激素,与人们的健康密切相关。它们不仅直接参与行为活动以及参与血压、心率、呼吸和睡眠等植物神经功能的调控,而且还与一些功能性疾病如精神分裂症、忧郁症有关。由于三者具有特殊的药理特性和生理功能,在医学领域得到广泛的关注。所以准确测定血液或尿液等生物样品中儿茶酚胺的浓度变化具有重要的意义。 儿茶酚胺类物质是一种分子结构中含有氨基和邻苯二酚结构的芳香族分子。由于酚羟基与氨基具有水溶性,此类物质可以直接溶于水。邻苯二酚基团具有良好的还原性,因此易于氧化。同时,邻苯二酚结构具有较好的配位性能。铁离子可与儿茶酚胺的两个酚羟基络合形成配合物,可有效阻止儿茶酚胺的氧化与碳化,且通过配位作用可有效富集儿茶酚胺。通过适当调节溶液酸碱性,在对配位作用进行调控的同时,借助分子结构中质子化氨基与银溶胶粒子间存在之静电相互作用,可有效改善表面增强拉曼散射光谱信号质量,为采用SERS光谱方法对儿茶酚胺进行分析提供了保证。 本论文以多巴胺、肾上腺素及去甲肾上腺素作为研究对象。主要是借助SERS光谱手段,以银纳米溶胶作为基底,利用铁离子与儿茶酚胺所形成的络合物,通过化学方法消除了光谱量测中碳化物谱峰背景干扰。考虑到儿茶酚胺在生物体液中往往与抗坏血酸共存,我们在抗坏血酸存在的条件下,开展了对儿茶酚胺类物质的SERS光谱定量分析,最低检测浓度~10-8mol/L,且呈现较好的线性关系。共存的抗坏血酸不会对儿茶酚胺的光谱分析产生干扰。本文所采用的方法可有效消除氧化及其产物的背景干扰,有助于提高分析的准确性。此外,该方法具有操作简单,经济环保的优点。 本论文的主要研究内容包括以下几个方面: (1)讨论了溶液酸碱性调节对儿茶酚胺类物质SERS光谱中碳化物背景干扰的消除效果,获取了用于这些物质SERS光谱表征的适宜的溶液pH值。 (2)在此基础上,通过儿茶酚胺与加入的金属铁离子间之配位作用,结合溶液pH值调节,形成带有特定电荷的配合物,进一步消除SERS光谱量测中碳化物背景峰干扰。结合物质分子结构、物性参数以及光谱特征对相关过程机理做了初步的讨论。在此基础上,进一步优化了对儿茶酚胺类物质SERS光谱定量分析的条件。 (3)考虑到儿茶酚胺在生物体中往往与抗坏血酸共存,作者进一步考察了在抗坏血酸存在的条件下,采用SERS光谱方法对儿茶酚胺类物质进行分析的适宜条件。开展了在抗坏血酸存在条件下多巴胺的SERS光谱定量分析。


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