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表面等离子共振技术在分析化学中的应用及功能吸附材料富集分离痕量元素的研究

黄新平  
【摘要】: 30年前人们首次发现了表面等离子共振现象(SPR),这种方法使我们在传感仪器设备和应用上得到了快速迅猛的发展。SPR传感器现在已经商业化并且SPR生物传感器已经成为主要研究和表征生物分子相互作用的有力工具。本论文主要阐述了SPR传感器在抗蛋白非特异性吸附和研究生物分子相互作用方面的应用。同时我们还研究了SPR与电化学技术的关系,并且用EC-SPR技术检测了化学反应过程中产生的中间体。最后,我们还研究了自合成的新型吸附材料对痕量组分进行预富集和选择性的分离。具体工作如下: 1.研究了通过在金片表面固定不同聚合度的聚乙二醇(n=3,4,6)自组装单分子膜(PEG-SAMs)来阻止蛋白在表面的非特异性吸附的方法。在SAMs紧密有序的排列的情况下,末端为羟基的PEG-SAMs有良好的亲水性。分别用原子力显微镜,偏振椭圆光度法和红外光谱技术对裸金和PEG-SAMs进行了表征。用SPR技术测量了蛋白在PEG-SAMs表面的吸附情况,相对于PEG2-和PEG4-SAMs来说,PEG6-SAMs具有最好的抗蛋白非特异性吸附的能力。 2.研究讨论了在不同比例的混合巯基烷烃自组装单分子膜表面固定IgG的方法。固定蛋白的步骤主要包括2步:首先用N-乙基二甲氨基丙基碳化二亚胺(EDC)和羟基琥珀酸亚胺(NHS)活化SAM表面的羧基,形成的NHS-酯再与蛋白的氨基发生偶联反应。因为这种方法的活性反应中间体很容易制备,所以它为在SAMs表面固定蛋白提供了一种新的途径。更重要的是这种混合SAMs具有良好的抗蛋白非特异性吸附的能力。同时还研究了蛋白溶液的pH值在偶联反应中对表面固定密度的影响。最后计算和分析了IgG和Anti-IgG反应的动力学。 3.通过研究电化学(EC)反应,建立了一种电化学和SPR定量关系。反应的EC-SPR信号来自于电化学电流的卷积积分。因此EC-SPR是一种可以提供类似于传统电流信息的有力工具。我们以扫描电势EC-SPR为例分析了各种情况,发现了一种不需要进行积分计算来测量卷积积分伏安法的新途径。除此之外,EC-SPR还有许多独特的优点:1)具有很好的空间分辨率可以用来研究非均相反应;2)反应体系光学性质的研究有利于理解反应机理;3)高灵敏度。我们以三氯六铵合钌体系为模板进行了理论和实验的研究,并对实验结果进行了模拟,二者非常一致。 4.用流动EC-SPR技术测量了乙腈溶液中对苯醌-对苯二酚体系的电化学反应。半醌自由基第一次通过EC-SPR技术被检测到具有很大的负SPR信号。实时的SPR信号监测到了半醌自由基从产生、转化到消失变化的全过程。同时还计算了半醌自由基的半衰期。这个研究证明流动EC-SPR技术不仅仅能检测物质在表面发生结合,也能检测溶液的化学反应。此外,它还能用于检测传统方法很难检测到的不稳定的反应中间体产物。 5.合成了一种新型的三乙基氨基胺修饰的硅胶吸附剂,并通过电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)研究了该吸附剂对痕量Cr(Ⅲ).Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的选择性固相萃取。用红外光谱对其表面结构进行了表征,并且详细讨论了溶液pH值、振荡时间、流速、溶液体积、洗脱和离子干扰等条件。最后将此方法应用到自然水样品的检测中,取得了良好的结果。


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