[發明專利]光催化反應產生超氧自由基的實時動態檢測系統

有效

• 申請號: 201410158002.3
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN103954612A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 趙利霞;王大彬;郭良宏;耿方蘭
• 申請（專利權）人: 中國科學院生態環境研究中心
• 主分類號: G01N21/76
• 分類號: G01N21/76
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;王春霞

技術領域

本發明涉及一種光催化反應產生超氧自由基的實時動態檢測系統。?

背景技術

超氧自由基（O₂^·-）是一類重要的活性氧物質，廣泛存在于生物體和環境介質中。在生物體內，O₂^·-是一種重要的小分子物質，參與了一系列的生理生化過程，如免疫反應、信號傳導和氧化應激等過程。在環境介質中，目前O₂^·-的遷移轉化等環境行為尚不十分清楚，但是越來越多的證據表明O₂^·-介導了環境介質中許多的氧化還原反應。如最新研究證實，在環境水體中，溶解性有機質（如腐植酸等）在光照下發生光敏化反應還原溶解氧生成O₂^·-，O₂^·-能夠還原水體中的Ag⁺生成納米Ag。因此測定O₂^·-能夠更好的理解其在環境中的遷移和轉化行為。在工程領域，特別是近年發展的高級氧化技術（AOT）中，O₂^·-也是人們關注的一種重要的活性氧。其中，光催化技術由于其綠色、節能、環保等優點引起了人們極大的研究熱情。目前，光催化技術在污染物降解、水光解制氫、化合物合成、太陽能電池等方面已有廣泛和深入的研究，具有巨大的應用前景。半導體光催化材料的主要工作原理是（以TiO₂半導體為例）：當TiO₂半導體材料受到能量等于或者大于其帯隙寬度的光子激發后，位于基態的價帶電子被激發到導帶，從而生成了價帶的氧化空穴和導帶的自由電子（電子-空穴對）。電子-空穴對具有強的還原和氧化能力，并且能夠自由遷移，當它們遷移到半導體表面后與表面吸附的小分子（H₂O、OH^-、O₂）發生一系列的反應生成活性氧類物種（主要是·OH、O₂^·-、H₂O₂）。其中O₂^·-在光催化反應中是一種重要的活性氧，它在污染物降解過程中起了重要的作用，有研究表明O₂^·-的數量與污染物的礦化程度有直接關系。此外，O₂^·-還可以在光催化反應中生成羥基自由基和過氧化氫，從而間接影響其它活性氧的生成，因此，O₂^·-的數量是衡量一種光催化劑性能的重要指標。?

目前常用的測量O₂^·-的方法主要有電子自旋共振技術（ESR）、分光光度法等，但是這些方法都有其各自的局限性。例如，電子自旋共振法需要捕獲探針，但是生成的加合物不穩定，有文獻報道，當用DMPO捕獲O₂^·-時，生成的加合物（DMPO-OOH）容易分解生成羥基自由基的加合物（DMPO-OH）。此外，由于捕獲探針的特異性較差，在光催化反應中生成的羥基自由基會干擾測定，因此為了消除羥基自由基的干擾，常常將光催化材料分散在有機溶劑中，如DMSO等，但是這與實際的光催化反應環境相差很大，不能完全準確的反映光催化材料產生O₂^·-的過程。最后，ESR作為一種技術手段，它的技術特點是通過對g值分析進行定性，但是在定量方面靈敏度較差。分光?光度法在測定O₂^·-，特別是生物體內O₂^·-時有較多應用，如NBT還原法、XTT還原法以及細胞色素c還原法。它們一般的操作流程是先將探針加入到待測體系中與O₂^·-反應，然后再上機測定其生成物質的吸光度，因此操作步驟繁瑣。此外該方法的靈敏度和特異性較差，對于光催化反應來說，超氧自由基的濃度較低，而且其它的活性氧可能會對其測定產生干擾，因此也制約了該方法的使用。因此發展一種簡單、快速、準確、特異的測定光催化反應生成O₂^·-的方法具有重要意義。?