一種雙波長檢測抗壞血酸的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電化學技術，特別涉及一種雙波長檢測抗壞血酸的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]抗壞血酸又名維生素C?？箟难嵬庥^為白色結晶，水溶性維生素，大量存在于新鮮的水果蔬菜中。在醫(yī)學臨床方面主要用來預防和治療壞血病，也對齲齒以及牙齦膿腫、貧血、生長發(fā)育停滯等疾病輔助治療?？箟难崾侨梭w維持正常生理功能的必備維生素之一，并且人類不能像其他大多數(shù)哺乳動物依靠肝臟自身合成只能通過食物或者藥物攝取。因此越來越多的科學家投入到對抗壞血酸的高效、精確、便捷的檢測研究中，發(fā)展出了諸如分光光度法、電化學法和色譜法等檢測方法。
[0003]光電化學過程指的是光敏材料在光照作用下所發(fā)生的經(jīng)由電子激發(fā)及電荷轉(zhuǎn)移的光電轉(zhuǎn)換過程。電化學生物傳感器作為一種獨立的集成檢測裝置，已經(jīng)對生化、醫(yī)療領域產(chǎn)生了日益重要的影響。隨著納米技術和材料化學的快速發(fā)展，在光電化學過程與電化學生物傳感器結合的基礎上發(fā)展出了新一代光電化學生物傳感，從而為探索各類生物學相互作用提供了一種新的靈敏檢測方法。本質(zhì)上，和其它已經(jīng)建立的分析技術如電致化學發(fā)光一樣，光電化學分析也是一種基于傳統(tǒng)電化學的分析技術。因此，該方法繼承了后者的諸多優(yōu)點，如價格低廉，設備簡單，靈敏度高。但是，兩者之間也存在了很大的差異，光電化學傳感技術具有一些在傳統(tǒng)電化學平臺上難以實現(xiàn)的優(yōu)點。在光電化學檢測中，光被用作激發(fā)信號來激發(fā)光電化學物質(zhì)，而電信號則作為檢測信號，該過程與電致化學發(fā)光正好相反。由于采用了兩種不同形式的激發(fā)和檢測信號，該技術背景信號較低，故具有很高的靈敏度。實際上，在使用相同設計進行同一物質(zhì)檢測時，基于光電化學的方法也比基于電化學的方法呈現(xiàn)出更好的檢測性能。
[0004]基于光電化學為基礎檢測抗壞血酸的方法種類多種多樣，但是綜合目前存在的各種檢測抗壞血酸的方法都是選擇一定波長范圍的光源為激發(fā)光源。其缺點在于一定波長范圍的光源激發(fā)下，光電化學檢測儀的光敏電極的表面只發(fā)生單一電極反應，只能利用單一的陽極光電流進彳丁檢測，其缺點在于檢測的選擇性和準確性有待提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明研究過程中，偶然發(fā)現(xiàn):在254nm波長下檢測抗壞血酸時，光敏電極表面會發(fā)生電子的躍迀，產(chǎn)生光生電子和電子空穴；而抗壞血酸則會轉(zhuǎn)化為某種中間產(chǎn)物而具有較強的吸電子的能力，捕獲上述光敏電極表面的光生電子，使光電流減小，產(chǎn)生陰極光電流。利用上述原理，本發(fā)明提供了一種雙波長檢測抗壞血酸的裝置及方法，進一步提高對于抗壞血酸檢測的準確性和和可靠性。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
[0007]波長為A的光在光電化學法檢測抗壞血酸或尿酸含量中的應用，其特征在于，A的范圍為240nm-254nm之間。
[0008]波長為A和B的光在光電化學法檢測抗壞血酸或尿酸含量中的應用，其特征在于，A的范圍為240nm-254nm之間，B的范圍為365nm-400nm之間。
[0009]—種雙波長檢測抗壞血酸的裝置，包括光電化學裝置，所述光電化學裝置具有發(fā)射出A波長和B波長的雙波長光源；所述A波長的范圍為240nm_254nm之間，所述B波長的范圍為365nm-400nm之間。
[0010]當利用本發(fā)明裝置檢測抗壞血酸時，先使用波長在365nm-400nm之間的光源為激發(fā)光源，在此波長下光敏電極表面發(fā)生的電子的躍迀，從而產(chǎn)生光生電子和電子空穴。電子空穴具有強氧化性，會得到具有還原性的抗壞血酸提供的電子，從而使光電流增大，產(chǎn)生陽極光電流。然后切換到具有高能量的波長在240nm-254nm之間的光源為激發(fā)光源，在此波長下光敏電極表面也會發(fā)生的電子的躍迀，從而產(chǎn)生光生電子和電子空穴。因為240nm-254nm波長的光源具有的能量較高，會將抗壞血酸轉(zhuǎn)化為某種中間產(chǎn)物而具有較強的吸電子的能力，就會捕獲光敏電極表面的光生電子，從而使光電流減小，產(chǎn)生陰極光電流。利用兩種激發(fā)光源波長去檢測抗壞血酸，進一步提高對于抗壞血酸檢測的準確性和可靠性。
[0011]優(yōu)選的，所述光電化學裝置包括雙波長光源、暗箱、檢測池、電極體系、電化學工作站。檢測池位于暗箱中，檢測池內(nèi)有光敏電極、參比電極、對電極三電極體系。所述電極系統(tǒng)、檢測池、均放置在暗箱內(nèi)，三電極通過對應的導線連接到電化學工作站上，化學工作站連接計算機進行參數(shù)設置與數(shù)據(jù)采集。
[0012]優(yōu)選的，所述暗箱為金屬殼體。將金屬殼體接地，則能夠起到良好的屏蔽作用，屏蔽外界雜亂信號，減小所測信號的噪音，提高靈敏度。
[0013]優(yōu)選的，所述光電化學裝置采用三電極體系。
[0014]優(yōu)選的，所述雙光電檢測池材料為石英光學玻璃。
[0015]優(yōu)選的，所述三電極體系，包括工作電極即光敏電極、參比電極和鉑電極，均放置在光電檢測池中接觸檢測池中電解質(zhì)溶液。
[0016]在對人體血清中抗壞血酸檢測時，由于抗壞血酸的氧化產(chǎn)物對電極產(chǎn)生鈍化污染，造成電極“中毒”，電流減小，電化學氧化過程無法進行。同時，由于它在一般電極上有較高的過電位，而導致其測定靈敏度低、重現(xiàn)性差。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，采用C3N4修飾的納米二氧化鈦管光敏電極，該電極有良好的電化學性能，具有極高析氧過電位，具備自凈化功能，有利于消除電極表面因生成有機物氧化膜而使電極失活的現(xiàn)象，同時不會產(chǎn)生鈍化污染，無論在酸性、堿性或中性水溶液中都有較寬的電壓窗口，具有極好的抗污染能力及較長的壽命。
[0017]優(yōu)選的，所述光敏電極的尺寸為40 X 15mm。
[0018]所述光電傳感器表面的二氧化鈦納米粒子通過燒結作用固定于光電極表面，使該傳感器具有更高的穩(wěn)定性，易于保存。所述光電傳感界面上的二氧化鈦具有疏松多孔的結構，可擔載更多的抗壞血酸且便于小分子在功能界面上的擴散和與抗壞血酸的接觸，因此所述傳感器具有靈敏度高和響應快速等優(yōu)勢。
[0019]優(yōu)選的，所述電化學工作站的實驗參數(shù)設定為:初始電壓0V、采樣間隔0.2s、等待時間0、運行時間2400s、靈敏度選擇10 μ A、濾波參數(shù)選擇10Hz、放大倍率1、電流極性為氧化、基線扣除為關、IR降補償為關。
[0020]本發(fā)明還提供了一種用于雙波長檢測抗壞血酸的光源，包括燈；光濾波器，所述光濾波器被配制成從所述燈接收光并且允許波長為A和B的光大量輸出。
[0021]所述雙波長激發(fā)光源為一種改造光源，所發(fā)出的激發(fā)光的波長能夠在A和B之間切換。
[0022]本發(fā)明還提供了一種用于雙波長檢測抗壞血酸的光發(fā)生器，包括上述的光源。
[0023]本發(fā)明提供了一種雙波長檢測抗壞血酸的方法，采用光電化學裝置分別在A波長和B波長的激發(fā)光源下檢測抗壞血酸。
[0024]優(yōu)選的，所述在A波長和B波長的激發(fā)光源下檢測抗壞血酸的步驟為:在A波長激發(fā)光源下通氮氣，先光照約30min讓光電流信號趨于穩(wěn)定。然后黑暗3min光照lmin依次交替，每次往檢測池加樣都是在黑暗狀態(tài)下加入。加入的樣品濃度依次為IX 10 7M、1X 10 6M、1 X 10 5M、1 X 10 4M、1 X 10 3Mo然后切換為B波長激發(fā)光源，重復上述操作。
[0025]一種基于上述裝置的使用方法，包括以下步驟:
[0026](1)連接整個裝置，進行儀器預熱；
[0027](2)清洗光電檢測池，將一定濃度的電解質(zhì)溶液加入到光電檢測池中；
[0028](3)在光電檢測池中分別放入光敏電極、參比電極和鉑電極，然后將光電檢測池固定在暗室內(nèi)。電極分別通過導線與LK2005電化學工作站相連，關閉暗箱；
[0029](4)設定電化學測量參數(shù)后分別在A波長和B波長的激發(fā)光源下檢測抗壞血酸；
[0030](5)存儲分析數(shù)據(jù)，清洗電極以及檢測池。
[0031]所述步驟(2)的具體方法為:用超純水將光電檢測池清洗干凈；在測定待測物質(zhì)含量之前，所有溶液都需要用超純水現(xiàn)配現(xiàn)用；配制好的溶液再通入氮氣除氧；將光電檢測池放入暗室中，每次放置的位置保持一致。
[0032]所述步驟⑵中，電解質(zhì)溶液為PH = 7.4濃度為0.2mol/L的NaHP04?NaH #04緩沖液或者濃度為0.2mol/L的Na2S04溶液。
[0033]所述步驟(3)中，光敏電極為C3N4修飾的二氧化鈦納米管光電極，制備的方法是純度大于等于99.8%的金屬鈦片作為陽極，鉑電極為陰極，在5%的氫氟酸溶液中，20V直流電壓下電解20min。然后再450攝氏度下退火30min即得二氧化鈦納米管光電極。參照現(xiàn)有的文獻將C3N4修飾到二氧化鈦納米管光電極上。
[0034]所述步驟(4)中，當測定抗壞血酸含量前，在A波長的激發(fā)光源下通氮氣，先光照約30min讓光電流信號趨于穩(wěn)定。然后黑暗3min光照lmin依次交替，每次往檢測池加樣都是在黑暗狀態(tài)下加入。加入的樣品濃度依次為1 X 10 9mol/L, 1 X 10 smol/L、1 X 10 7mol/LUX 10 6mol/L、1 X 10 5mol/L、1 X 10 4mol/L等。然后切換為B波長的激發(fā)光源，重復上述操作。
[0035]所述步驟(5)中，每次測定完畢，都要將電極、光電檢測池用超純水清洗干凈，以便進行下一次測量。
[0036]本發(fā)明的工作原理為:以激發(fā)光波長分別為254nm和365nm為例，通過將光電化學檢測儀中傳統(tǒng)的氙燈激發(fā)光源改裝為波長固定的雙波長激發(fā)光源。365nm的激發(fā)光下對抗壞血酸的檢測與傳統(tǒng)的氙燈激發(fā)光源相同，產(chǎn)生陽極光電流對抗壞血酸進行檢測。但是在254nm產(chǎn)生的是陰極光電流對抗壞血酸進行