羥基自由基檢測方法的研究進展

近年來，污染類型從消耗氧氣和污染物轉變?yōu)榛瘜W污染。面對大量可生化性差,相對分子質量從幾千到幾萬的化學污染物質,傳統(tǒng)處理工藝效果已不明顯,此時,以濕式氧化、光化學氧化、超聲技術、電化學氧化等為代表的高級氧化技術(AdvancedOxidationTechnologies,AOT)的開發(fā)與應用,為高濃度難降解廢水處理提供了新的思路。高級氧化技術通常指在環(huán)境溫度和壓力下通過產生具有高反應活性的羥基自由基(·OH)來氧化降解有機污染物的處理方法。反應過程中通過不同途徑產生羥基自由基,生成的羥基自由基再誘發(fā)一系列的自由基鏈反應,直至將污染物降解為CO1羥基自由基h的特性1.1高氧化電極的位置羥基自由基的標準電極電位與其他強氧化劑的比較見表11.2反應速度很快羥基自由基非?；顫?其參與的化學反應屬于游離基反應且反應速度極快。對C-H、C-C鍵的有機物質的反應速率常數(shù)大多在101.3羥基自由基的選擇性羥基自由基的電子親和能為569.3kJ,容易進攻高電子云密度點,這也決定了羥基自由基的進攻具有一定的選擇性。例如:對于酚類的C-H鍵的進攻,a-H和b-H的活性順序為:Primary<Secondary<Tertiary。a-H比b-H更活潑,這是因為·OH是比烷基更強的供電子基。1.4無二次污染高級氧化工藝可實現(xiàn)有機污染物的完全礦化,在反應過程中,·OH可同中間產物連續(xù)發(fā)生一系列的自由基鏈反應,直至污染物最后被完全氧化成CO2氨基酸自由基的檢測2.1電子自旋共振波譜法電子自旋共振法(ESR)或電子順磁共振法(EPR)是1945年發(fā)展起來的,主要研究對象為具有未成對電子的自由基和過渡金屬離子及其化合物。其原理是用某種反磁性化合物即自旋捕捉劑,與不穩(wěn)定的自由基發(fā)生反應,產生另外一種穩(wěn)定的可以用電子自旋共振波譜法檢測(ESR)的自旋加合物?？梢岳米孕雍衔锏臄?shù)量來計算原來自由基的多少。常用的自旋捕捉劑主要包括:5,5-二甲基1-吡咯啉N-氧化物(DMPO);2-甲基2-硝基丙烷(MNP或tNB);苯基叔丁基氮氧化合物(PBN)等。例如:徐輝碧等實驗通過ESR測定自旋加合物,從而得到·OH的量,實驗所產生的PBN-OH圖譜如圖1所示。運用自由基捕集劑-ESR方法進行羥基自由基的檢測雖然簡單有效,但是它的儀器成本較高,靈敏度很低,所以其定量分析不很精確,限制了許多實驗研究及工業(yè)應用。2.2羥基捕獲劑的篩選高效液相色譜(HPLC)法是一種高效、快速的分離技術,只需要微升數(shù)量級的樣品就可以進行全面分析。在分離檢測自由基前需先用捕捉劑捕捉自由基,因此所選捕捉劑不僅要能夠捕捉所需測定的自由基形成穩(wěn)定產物,還要有利于HPLC的分離和檢測。一般所用的羥基捕捉劑有安息香酸、水楊酸和二甲基亞砜(DMSO)。以水楊酸作為捕捉劑,·OH攻擊水楊酸生成2,3-二羥基苯甲酸(2,3-DHBA)和2,5-二羥基苯甲酸(2,5-DHBA),利用HPLC,可直接檢測2,3-DHBA和2,5-DHBA,從而間接推測·OH的含量高效液相色譜(HPLC)法具有高壓、高速、高效和高靈敏度的特點,但是,又因為它的反應過程比較復雜,有很多的中間產物與支線產物,所以在自由基的準確定量檢測上,仍顯不足。2.3光度法檢測羥基自由基的方法分光光度計法是利用羥基自由基的強氧化性,使一些物質產生結構、性質和顏色的改變,從而可以改變待測液的光譜吸收,利用這一原理可以進行羥基自由基的間接測定。分光光度法檢測·OH方法簡便實用,易為一般實驗室所采用,應用于羥基自由基測定的反應底物主要有:亞甲蘭(MB)、二甲基亞砜(DMSO)、溴鄰苯三酚紅(BPR)、茜素紫、鄰二氮菲-Fe廖立夫等上述的幾種方法都運用了羥基自由基的氧化能力氧化一種可以用分光光度計來測量的物質,從而達到間接測量羥基自由基的目的。與ESR和高效液相色譜法相比,氧化反應-分光光度計法具有儀器廉價、分析高效、迅速、有相對高的分辨力、精度與·OH捕捉效率,非常適合發(fā)展中國家以及經濟不發(fā)達地區(qū)應用。2.4發(fā)光強度測量化學發(fā)光法(CL)已經廣泛應用于生物系統(tǒng)內的自由基和活潑代謝物的檢測。它是利用待測物和某些底物反應,產生發(fā)光生成物或誘導底物發(fā)光,通過測量發(fā)光強度來間接測量待測物的方法。Yildiz等總體來看,化學發(fā)光法與自旋捕捉、電子自旋共振波譜(ESR)、羥基捕捉劑-高效液相色譜-uV方法相比,具有廉價、靈敏度高、反應快速等優(yōu)點。目前已經成功應用到醫(yī)學檢測(特別是活體檢測)領域中。2.5其他方法除了上述檢測方法以外,目前還有一些方法可以應用到這一領域,例如:吳忠等3多方法自由基分析方法的應用和完善在國外,自由基的測定主要是采用ESR法和HPLC法;而國內受儀器條件和經費的限制,有相當一部分工作是用分光光度法來測定羥基自由基。大氣化學中,激光熒光光譜和長光程吸收光譜將進一步得到發(fā)展和完善;在生命科學領域,ESR仍屬于相對可靠的方法;在天然水體和廢水深度氧化處理等領域的自由基研究中,需結合自己的特點,多借鑒其他研究領域的自由基測定方法。在已建立的多種測定自由基的方法中除少數(shù)幾種(如E