论文部分内容阅读
摘要：本课题主要是将金属-有机骨架化合物[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n负载于PVC膜上并与Ag/AgCl电极、甘汞电极等组成离子选择性膜电极体系，对缬氨酸甲酯等八种手性化合物对映体进行检测，结果表明该电极对缬氨酸甲酯等六种化合物具有较好的能斯特响应效果，但几乎没有手性识别效果。
关键词：离子选择性电极;[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n;检测;手性化合物
中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：（2021）-06-295
手性是自然界的基本属性之一，蛋白质、多糖、核酸和酶等作为生命活动重要基础的生物大分子几乎都是手性的。据最近的统计，在500多种天然及半合成药物中有98%具有手性中心。在外消旋体药物中，往往一种立体异构体有药效，而它的镜像分子则具有毒副作用，或具有相反的药效，或根本就没有药效。如氯霉素现在临床上只用其左旋体，其外消旋体的产品现在已被淘汰。因此手性识别在帮助人们了解药物和酶的作用机理以及化学研究手性药物拆分等方面都具有相当重要的意义。
因为手性化合物对人类各个领域的发展具有重要意义，所以对手性化合物的研究显得至关重要。目前对手性化合物的检测有许多方法，包括紫外分光光度法、高效液相色谱法、气相色谱法、毛细管电泳法等。即使这些技术是相当有效的，但他们通常费时，而且需要昂贵的先进设备，广泛的分析程序[1]。离子选择性电极具有简单、快捷、微量以及分析速度快，经济有效等优点，正在不断发展。离子选择性电极用于手性化合物的识别已成功地应用于环境监测、水质和土壤分析、临床化验、海洋考察、工业流程控制以及地质、冶金、农业、食品和药物分析等领域。
离子选择性电极是一类利用膜电势测定溶液中离子的活度或浓度的电化学传感器，在试样溶液分析中就是将手性选择剂添加到它的敏感膜里，利用它的敏感膜，把被测离子的浓度（活度）转换成电讯号——电位，此电位与待测离子含量之间的关系符合能斯特公式。利用该原理来检测不同浓度下的电极电位，并绘制出响应的能斯特曲线，以不同对映体线性响应部分的斜率差来衡量电极的手性识别效果。利用离子选择性電极对手性化合物进行检测已经有广泛的运用[2]。南非的Stefan用浸渍麦牙糊精的碳糊制备了手性膜电位电极，并用于脯氨酸的测定，该电极对脯氨酸的L构型有能斯特响应，而对D构型为非能斯特响应，成功的识别了脯氨酸的对映体。
金属-有机骨架化合物是由含氧、氮等的多齿有机配体（大多是芳香多酸和多碱） 与过渡金属离子自组装而成的配位聚合物。多数都具有高的孔隙率和好的化学稳定性。由于能控制孔的结构并且比表面积大，它比其它的多孔材料有更广泛的应用前景。并且金属-有机骨架化合物作为手性识别剂在气、液相色谱法中对手性化合物的识别作用也已见报道[3]。
离子选择性电极法和金属-有机骨架化合物分别都已经成功运用于手性检测，但以金属-有机骨架化合物为手性选择剂，将其负载于PVC膜制得离子选择性电极用以检测手性化合物目前还未见报道。所以我们尝试将两者结合起来，用离子选择性电极负载金属-有机骨架化合物[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n（其结构如图1）构建Hg-Hg2Cl2︱KCl（satd）︱测试液︱PVC膜︱10-1mol·L-1KCl︱AgCl-Ag体系检测缬氨酸甲酯等一系列手性化合物，据测出的电位值，画出能斯特曲线;通过比较同种化合物的两种构型（L和D）在不同条件下的响应程度及能斯特曲线响应部分斜率判断该体系是否对手性化合物有识别能力，同时探讨电极对对映异构体选择性响应的机理。
1.实验部分
1.1仪器与试剂
PHS-3C精密pH计（上海精密科学仪器有限公司）;232型参比电极（上海雷磁仪器有限公司）;HJ-3型恒温磁力加热搅拌器（常州国华电器有限公司）;Starter3C型实验室pH计（奥豪斯仪器（上海）有限公司）;CP224C型电子天平（奥豪斯仪器（上海）有限公司）;Finnpipette9113519 100-1000ul移液枪（热电（上海）仪器有限公司），1ml枪头;KQ-B玻璃仪器气流烘干器（巩义市予华仪器有限公司）;10ml、1000ml容量瓶;10ml、1000ml量筒;25ml、80ml、250ml烧杯;洗瓶;干燥器;秒表;镊子;刻刀。
磷酸二氢钾（广东光华化学厂有限公司，纯度≥99.5%）;磷酸二氢钠（天津市风船化学试剂科技有限公司，纯度≥99.0%）;氢氧化钠（天津市大茂化学试剂厂，纯度≥96.0%）、四硼酸钠（天津市风船化学试剂科技有限公司，纯度≥99.5%）四氢呋喃（天津市风船化学试剂厂，纯度≥99.0%）、PVC、L型和D型的缬氨酸甲酯、苯甘氨酸甲酯等手性化合物。
1.2 PVC膜电极的制备
将PVC、塑料添加剂（DBP、DOP或者o-NPOE）、[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n、离子交换剂完全溶解在4ml四氢呋喃中，倾倒在一块光滑、洁净、干燥的玻璃板上，在室温下放置大约24h，得到厚度大约为0.3mm的PVC膜。用刻刀切下适当大小的该膜后用8%PVC的四氢呋喃溶液将其粘在PVC管的一端，等溶剂完全挥发后，向管内注入0.1mol/L的KCl内参比溶液，再插入Ag/AgCl电极作为内参比电极，就制成了所需要的负载[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n的离子选择性电极。
1.3待测液的配制
按照要求配制pH约为5、6、6.5、10、11、12的缓冲溶液，并分别以此为溶剂溶解待测物缬氨酸甲酯等手性化合物至10ml溶液。在测定前先将电极浸泡于10-2mol/L-1 待测药品溶液中活化24小时，然后依次稀释到10-3mol/L，10-4mol/L，10-5mol/L，10-6mol/L，10-7mol/L等浓度进行检测。 1.4电位的测定
在测定前先把膜电极浸泡于10-2mol/L的待测样品溶液中活化二十四小时。测定时先用蒸馏水清洗电极，擦干，再将膜电极和甘汞电极连接到pH计上并同时插入对应缓冲溶液中，直至所测缓冲溶液电位值稳定为止。再次用蒸馏水清洗电极，擦干后即可插入待测样品，从低浓度到高浓度依次测定，响应时间大约为5分钟，记录t=0min时刻和t=5min时刻的电极电位，并绘制出L型和D型对应的能斯特曲线。
2结果与讨论
2.1膜组成的确定
增塑剂的性质、增塑剂与PVC的比例、离子交换剂数量、载体的性质和数量等都显著地影响离子选择性电极的敏感性和选择性。可分别改变PVC膜中增塑剂种类、离子交换剂含量、增塑剂含量、载体含量[4]，再通过实验测定找出膜相最佳成分比例。本实验根据参考文献中结论（见表3），进行了膜的制备。
2.2溶液pH对检测结果的影响
溶液的pH值过高或过低都会影响手性选择和待测物的稳定性。pH值过高或过高时，响应曲线会向低浓度区移动，响应曲线斜率降低，检测下限降低，检测范围缩小。实验中选用pH为6.50左右的缓冲溶液对手性化合物进行测定。
2.3样品检测结果
离子选择性电极对缬氨酸甲酯、酪氨酸甲酯等八种手性化合物的检测结果如下：
由以上的图可知：负载[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n的离子选择性电极对缬氨酸甲酯、酪氨酸甲酯、苯丙氨酸甲酯、亮氨酸甲酯、色氨酸甲酯、苯甘氨酸甲酯6种D/L型的手性化合物均有较好的能斯特响应，且在10-2～10-6为线性响应部分，但每种手性化合物的两条曲线线性响应部分的斜率相近，能斯特响应曲线相似或重叠。所以在本实验条件下，该电极对这几种手性化合物没有识别效果。而对赖氨酸和丝氨酸并没有较好的能斯特响应效果。
2.4电极对映异构选择性响应机理探讨
负载手性选择剂[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n的离子选择性电极，手性载体是[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n具有特殊的构型，其可以通过氢键、亲水作用、范德华力、π-π作用、反铁磁性等作用与被测物手性对映体形成包合物，与不同对映体分子形成的包合物之间存在能量差异或是由于相互阻力的作用生成不同浓度的包合物，将被测手性化合物对映体与手性选择剂间作用力的大小差异，转变为电位值的差异，进而实现手性化合物的识别。
3结论
本实验用[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n负载的离子选择性电极对缬氨酸甲酯、苯甘氨酸甲酯等8种手性化合物进行检测，结果显示该电极对缬氨酸甲酯、酪氨酸甲酯等六种对映体有较好的能斯特响应，但能斯特曲线线性響应部分的斜率相近，对赖氨酸和丝氨酸响应较差，且在不同pH和不同浓度下响应时间和电位都有所不同。在本论文的实验条件下，电极对以上8种样品的对映体无识别效果。
参考文献
[1] 翁文， 周宏英.手性氨基醇在不对称催化中的应用及新进展[J]. 有机化学， l998， l8（60）： 509-520.
[2] 刘丹， 王晓洲. 离子选择性电极及其发展趋势[J]. 四川文理学院学报（自然科学）， 2009， 19（2）： 20-22.
[3] 刘火安， 徐刚， 任凌燕， 董文丽. 以双水杨醛缩二氨基硫脲合铜（Ⅱ）为载体硫氰酸根离子选择性电极的研究及其应用[J]. 分析化学研究简报， 2010， 38（12）： 1801-1804.
[4] 颜振宁， 崔凤灵， 崔延瑞. 新型PVC膜银离子选择电极的研制及应用[J]. 河南师范大学学报（自然科学版）， 2006， 34（4）： 111-114.
关键词：离子选择性电极;[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n;检测;手性化合物
中图分类号：G4 文献标识码：A 文章编号：（2021）-06-295
手性是自然界的基本属性之一，蛋白质、多糖、核酸和酶等作为生命活动重要基础的生物大分子几乎都是手性的。据最近的统计，在500多种天然及半合成药物中有98%具有手性中心。在外消旋体药物中，往往一种立体异构体有药效，而它的镜像分子则具有毒副作用，或具有相反的药效，或根本就没有药效。如氯霉素现在临床上只用其左旋体，其外消旋体的产品现在已被淘汰。因此手性识别在帮助人们了解药物和酶的作用机理以及化学研究手性药物拆分等方面都具有相当重要的意义。
因为手性化合物对人类各个领域的发展具有重要意义，所以对手性化合物的研究显得至关重要。目前对手性化合物的检测有许多方法，包括紫外分光光度法、高效液相色谱法、气相色谱法、毛细管电泳法等。即使这些技术是相当有效的，但他们通常费时，而且需要昂贵的先进设备，广泛的分析程序[1]。离子选择性电极具有简单、快捷、微量以及分析速度快，经济有效等优点，正在不断发展。离子选择性电极用于手性化合物的识别已成功地应用于环境监测、水质和土壤分析、临床化验、海洋考察、工业流程控制以及地质、冶金、农业、食品和药物分析等领域。
离子选择性电极是一类利用膜电势测定溶液中离子的活度或浓度的电化学传感器，在试样溶液分析中就是将手性选择剂添加到它的敏感膜里，利用它的敏感膜，把被测离子的浓度（活度）转换成电讯号——电位，此电位与待测离子含量之间的关系符合能斯特公式。利用该原理来检测不同浓度下的电极电位，并绘制出响应的能斯特曲线，以不同对映体线性响应部分的斜率差来衡量电极的手性识别效果。利用离子选择性電极对手性化合物进行检测已经有广泛的运用[2]。南非的Stefan用浸渍麦牙糊精的碳糊制备了手性膜电位电极，并用于脯氨酸的测定，该电极对脯氨酸的L构型有能斯特响应，而对D构型为非能斯特响应，成功的识别了脯氨酸的对映体。
金属-有机骨架化合物是由含氧、氮等的多齿有机配体（大多是芳香多酸和多碱） 与过渡金属离子自组装而成的配位聚合物。多数都具有高的孔隙率和好的化学稳定性。由于能控制孔的结构并且比表面积大，它比其它的多孔材料有更广泛的应用前景。并且金属-有机骨架化合物作为手性识别剂在气、液相色谱法中对手性化合物的识别作用也已见报道[3]。
离子选择性电极法和金属-有机骨架化合物分别都已经成功运用于手性检测，但以金属-有机骨架化合物为手性选择剂，将其负载于PVC膜制得离子选择性电极用以检测手性化合物目前还未见报道。所以我们尝试将两者结合起来，用离子选择性电极负载金属-有机骨架化合物[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n（其结构如图1）构建Hg-Hg2Cl2︱KCl（satd）︱测试液︱PVC膜︱10-1mol·L-1KCl︱AgCl-Ag体系检测缬氨酸甲酯等一系列手性化合物，据测出的电位值，画出能斯特曲线;通过比较同种化合物的两种构型（L和D）在不同条件下的响应程度及能斯特曲线响应部分斜率判断该体系是否对手性化合物有识别能力，同时探讨电极对对映异构体选择性响应的机理。
1.实验部分
1.1仪器与试剂
PHS-3C精密pH计（上海精密科学仪器有限公司）;232型参比电极（上海雷磁仪器有限公司）;HJ-3型恒温磁力加热搅拌器（常州国华电器有限公司）;Starter3C型实验室pH计（奥豪斯仪器（上海）有限公司）;CP224C型电子天平（奥豪斯仪器（上海）有限公司）;Finnpipette9113519 100-1000ul移液枪（热电（上海）仪器有限公司），1ml枪头;KQ-B玻璃仪器气流烘干器（巩义市予华仪器有限公司）;10ml、1000ml容量瓶;10ml、1000ml量筒;25ml、80ml、250ml烧杯;洗瓶;干燥器;秒表;镊子;刻刀。
磷酸二氢钾（广东光华化学厂有限公司，纯度≥99.5%）;磷酸二氢钠（天津市风船化学试剂科技有限公司，纯度≥99.0%）;氢氧化钠（天津市大茂化学试剂厂，纯度≥96.0%）、四硼酸钠（天津市风船化学试剂科技有限公司，纯度≥99.5%）四氢呋喃（天津市风船化学试剂厂，纯度≥99.0%）、PVC、L型和D型的缬氨酸甲酯、苯甘氨酸甲酯等手性化合物。
1.2 PVC膜电极的制备
将PVC、塑料添加剂（DBP、DOP或者o-NPOE）、[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n、离子交换剂完全溶解在4ml四氢呋喃中，倾倒在一块光滑、洁净、干燥的玻璃板上，在室温下放置大约24h，得到厚度大约为0.3mm的PVC膜。用刻刀切下适当大小的该膜后用8%PVC的四氢呋喃溶液将其粘在PVC管的一端，等溶剂完全挥发后，向管内注入0.1mol/L的KCl内参比溶液，再插入Ag/AgCl电极作为内参比电极，就制成了所需要的负载[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n的离子选择性电极。
1.3待测液的配制
按照要求配制pH约为5、6、6.5、10、11、12的缓冲溶液，并分别以此为溶剂溶解待测物缬氨酸甲酯等手性化合物至10ml溶液。在测定前先将电极浸泡于10-2mol/L-1 待测药品溶液中活化24小时，然后依次稀释到10-3mol/L，10-4mol/L，10-5mol/L，10-6mol/L，10-7mol/L等浓度进行检测。 1.4电位的测定
在测定前先把膜电极浸泡于10-2mol/L的待测样品溶液中活化二十四小时。测定时先用蒸馏水清洗电极，擦干，再将膜电极和甘汞电极连接到pH计上并同时插入对应缓冲溶液中，直至所测缓冲溶液电位值稳定为止。再次用蒸馏水清洗电极，擦干后即可插入待测样品，从低浓度到高浓度依次测定，响应时间大约为5分钟，记录t=0min时刻和t=5min时刻的电极电位，并绘制出L型和D型对应的能斯特曲线。
2结果与讨论
2.1膜组成的确定
增塑剂的性质、增塑剂与PVC的比例、离子交换剂数量、载体的性质和数量等都显著地影响离子选择性电极的敏感性和选择性。可分别改变PVC膜中增塑剂种类、离子交换剂含量、增塑剂含量、载体含量[4]，再通过实验测定找出膜相最佳成分比例。本实验根据参考文献中结论（见表3），进行了膜的制备。
2.2溶液pH对检测结果的影响
溶液的pH值过高或过低都会影响手性选择和待测物的稳定性。pH值过高或过高时，响应曲线会向低浓度区移动，响应曲线斜率降低，检测下限降低，检测范围缩小。实验中选用pH为6.50左右的缓冲溶液对手性化合物进行测定。
2.3样品检测结果
离子选择性电极对缬氨酸甲酯、酪氨酸甲酯等八种手性化合物的检测结果如下：
由以上的图可知：负载[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n的离子选择性电极对缬氨酸甲酯、酪氨酸甲酯、苯丙氨酸甲酯、亮氨酸甲酯、色氨酸甲酯、苯甘氨酸甲酯6种D/L型的手性化合物均有较好的能斯特响应，且在10-2～10-6为线性响应部分，但每种手性化合物的两条曲线线性响应部分的斜率相近，能斯特响应曲线相似或重叠。所以在本实验条件下，该电极对这几种手性化合物没有识别效果。而对赖氨酸和丝氨酸并没有较好的能斯特响应效果。
2.4电极对映异构选择性响应机理探讨
负载手性选择剂[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n的离子选择性电极，手性载体是[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n具有特殊的构型，其可以通过氢键、亲水作用、范德华力、π-π作用、反铁磁性等作用与被测物手性对映体形成包合物，与不同对映体分子形成的包合物之间存在能量差异或是由于相互阻力的作用生成不同浓度的包合物，将被测手性化合物对映体与手性选择剂间作用力的大小差异，转变为电位值的差异，进而实现手性化合物的识别。
3结论
本实验用[Co2（ca）（ina）2（H2O）]n负载的离子选择性电极对缬氨酸甲酯、苯甘氨酸甲酯等8种手性化合物进行检测，结果显示该电极对缬氨酸甲酯、酪氨酸甲酯等六种对映体有较好的能斯特响应，但能斯特曲线线性響应部分的斜率相近，对赖氨酸和丝氨酸响应较差，且在不同pH和不同浓度下响应时间和电位都有所不同。在本论文的实验条件下，电极对以上8种样品的对映体无识别效果。
参考文献
[1] 翁文， 周宏英.手性氨基醇在不对称催化中的应用及新进展[J]. 有机化学， l998， l8（60）： 509-520.
[2] 刘丹， 王晓洲. 离子选择性电极及其发展趋势[J]. 四川文理学院学报（自然科学）， 2009， 19（2）： 20-22.
[3] 刘火安， 徐刚， 任凌燕， 董文丽. 以双水杨醛缩二氨基硫脲合铜（Ⅱ）为载体硫氰酸根离子选择性电极的研究及其应用[J]. 分析化学研究简报， 2010， 38（12）： 1801-1804.
[4] 颜振宁， 崔凤灵， 崔延瑞. 新型PVC膜银离子选择电极的研制及应用[J]. 河南师范大学学报（自然科学版）， 2006， 34（4）： 111-114.