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荧光素及中性红染料间能量转移机理研究及其分析应用

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河北大学硕士学位论文

荧光素及中性红染料间能量转移机理研究及其分析应用

姓名:张彦青申请学位级别:硕士专业:分析化学指导教师:刘保生

20090601

摘要摘要荧光共振能量转移是一种通过荧光物质间发生荧光能量传递进行分析的实验方法。能量转移的应用与单个染料光度测定相比,具有比光度法灵敏度高,与常规荧光法和共振光散射相比受瑞利散射光干扰少,重现性好的特点,该方法已被广泛应用于化学分析、生物结构研究等领域。本文就此类方法进行了初步的机理研究及其相关应用研究,共分以下五部分:第一章:对近年来荧光素类酸性染料及碱性染料中性红在荧光分析中的应用和染料间非辐射荧光共振能量转移的机理研究及在分析化学中的应用进行了较全面的综述,共引用参考文献62篇。第二章:应用荧光光谱法研究了水溶液体系中,酸性染料四溴荧光素(TBF)、四碘荧光素(TIF)、四氯四碘荧光素(TCTIF)、四氯四溴荧光素(TCTBF)分别与碱性染料中性红(NR)之间的相互作用。实验表明:NR对各酸性染料的荧光都有较强的猝灭作用,由荧光猝灭结果求得不同温度下NR与各种酸性染料的结合常数K。发现K值随反应温度上升而下降且随酸性染料取代基的电负性增加而增大,进一步证实了该反应为单一静态猝灭过程。由反应焓变、熵变,确定NR与酸性染料间的结合力主要是静电引力。依据非辐射能量转移机理,得到了不同温度下各酸性染料与NR相互结合时,能量转移效率、能量给体与能量受体间距离r等参数,各体系r<7m表明该荧光猝灭是通过非辐射能量转移过程产生的。并发现随着染料取代基的电负性增加,能量转移参数的一些变化规律。第三章:四溴荧光素一中性红荧光能量转移抑制法测定肝素。在pH6.65的Britton.Robinson(B.R)缓冲溶液中,酸性染料四溴荧光素(TBF)与碱性染料中性红(NR)之间由于静电吸引而能够发生有效的能量转移,使得能量受体NR荧光增强,同时能量给体TBF的荧光猝灭。而肝素的加入对该荧光体系间的能量转移产生了明显的抑制作用,随肝素量的增加TBF荧光依次增强,即能量转移过程受到抑制而发生逆转,由此建立了一种测定微量肝素的新方法。结果表明,肝素在O.1~2.0m∥L范围内与TBF的荧光增强程度呈良好的线性关系,方法检出限O.071m∥L。该方法用于肝素钠注射液中肝素钠效价的测定,六次平行测定相对标准偏差1.39%~3.59%,回收率95.2%~105.3摘要%,结果满意。第四章:四溴荧光素一中性红逆向能量转移荧光法测定蛋白质。在pH2.35的B.R缓冲溶液中,酸性染料四溴荧光素(TBF)与碱性染料中性红(NR)之间由于静电吸引能够发生有效的能量转移,使能量受体NR荧光增强,能量给体TBF的荧光猝灭。在该体系中加入人血清白蛋白(HSA),由于竞争作用使得HSA的加入破坏了TBF-NR间的能量转移,产生了明显的逆向反应,并且生成HSA.TBF络合物,利用该络合物的荧光增加强度与HSA含量间的线性关系建立了一种测定微量血清蛋白的新方法。结果表明,血清蛋白的测定范围0.6一12.0m∥L;方法检出限0.25m∥L;六次平行测定相对标准偏差1.94%~4.58%;回收率96.3%~104.9%。方法的稳定性好,选择性高,直接用于人血清试样中总蛋白含量的测定,与常用的双缩脲法基本一致。第五章:胶束体系中荧光素与四溴荧光素间能量转移条件及模型研究。研究了阳离子表面活性剂(CSAA)溴代十六烷基三甲铵(CTMAB)及溴代十六烷基吡啶(CPB)在水溶液中与阴离子酸性染料四溴荧光素(TBF)的荧光反应,发现当CSAA单体与TBF形成离子缔合物时,TBF的荧光发生猝灭,而随着CSAA胶束与TBF继续作用又会产生一个新的、更强的荧光。进而研究了阳离子表面活性剂CTMAB及CPB胶束体系中酸性阴离子荧光染料荧光素与TBF问的能量转移条件。结果表明只有在带相反电荷的阳离子表面活性剂形成的胶束环境中,阴离子染料间的能量转移才可能发生,且在2/3临界胶束浓度(CMc)时能量转移效率达到最大。并推测了胶束体系中染料间能量转移模型及染料问能量转移的一般规律。关键词荧光能量转移机理及应用抑制逆向肝素蛋白质IIAbstractAbstractFluorescenceresonanceen鹕y仃ans衔isa11aIlalyticalmethodmatisbasedaone11e唱y仃ansf打betweennuorescentsubstances.Incompadsonwithsingledye,themethodh嬲highersensitiVitythantheluminosityme血od.ComparedwithnuorescencemethodaIldresonallce1i曲tscatt嘶ngmethod,memethodisCharact嘶zesdbyfewinf酬ngsubstaIlces,structureresearches.goodT11isr印roduction.np印erisappliedt0mechemicalaIlalysis,theonbiolo百calhascarriedmestudyaboutmemechallismaIldrelatedapplicationofthismethod.ThispaperconsistsoffiVechapters:Chapterone:nreviewedthe印plicationaIldmechanismofnon—mdiationalsoenergy仃ans衔ofaciditydyestufrnuoresceinaIldbasicdyestll最Wesun皿撕zeditsapplicationofthemethodinanal如calch锄istⅨwimreactions62literatllI。escited.baSicdyestuffneutralChapter俩o:Thedyestufrincludingbe研eeIlred(NR)aIldV撕ousaciditytetrabmmonuorescein(TBF),t酏raiodonuorescein(TIF),tet】眦1110rot劬r习卜inVestiga—iodofluorescien(TCTIF),andte们chlorotetI.abromonuorescieIl(TCTBF)haVebeellexp碰meIltaltedbythemeallsofnuoreSceIlCespec仃a.ThequeIlchedthenuorescellceproducedbyresultsshowedthatNRs缸.0n舀yV撕ousstudiedaciditydyestu仃,a11dthisnuoresceIlcequenChingC0uldbeinte叩retedinten:llsofstaticquellclling.FromthecalculationresultsofbindingconstaIltsK南rthesedyesatV撕oust锄peratIlres,itcouldbefoundmattheincreaLseaniIltheelectronegatiVityofsubstitlltinggroupK,whiletheincreaseinreactionNeutralmdalldwasofdyesmoleculesresultedinledtoaincreaseiIlt锄perahlredecreaseiIlK.Theinteractionsbet、)I,‘eentostatic—electriCitygraVitationwhichv撕ousacidit)rdyestll凰wereattrfbutedconfimedbymecalculationresultsofenthalpyandeIl仃opyfortllesereaCtiolls.Accordingtomenon—radiatione11鹕ytrmsf打meo巧,tlleacc印tor.donordistanceS(r)andandeIle嗡,仃ans衔e衔cieIlCiesbet、)lre饥NRV撕ousacid竹dyestuffatV撕oust锄p蹦岫Deswereobtained.Theseresultsmrthersupportedt11econclusionthatifrwaswitl:lin7nm,mesereactionsbelongedtothesin舀eStaticquellcllingwhichwaScausedbythenon-raImatione11e哟,仃a11s砌:ItCouldbefoundsomeregul砸ty锄ongmep聪衄etefsofene嘲,缸独s向alongwimt11eincreaSeintheelectronegatiVit)rofsubstitutinggroupofdyeS.IlIAbstractChaptermree:Tetrabromonuorescein-neutralredfluorescenceenergy仃{msf打inhibitionmethodforthedetenIlinationofh印arin.IlltheBntton.Robinson(B—R)buff打solutionsofpH6.65,t11ee毹ctiVeen吣ytrallls衔C0uldoccurb咖eeIlTBFaIldNR.TlleatthenuorcscenceintensityofTBFwasreducedaIldthatofNRwasstrengtheneds锄etime.Butiftheh印撕nwasaddedt0thissystem,彻narkableiIlllibitionofmenuoresceIlceene唱y衄ls衔ofTBF-NRpairw嬲detecteda11dthenuoresceIlceintensityofTBFwass订en舀hencd.Anewmethodf.orthedetemlinationof缸aceh印撕nwasdeVelopedbyusingene唱y仃觚sf旨五吣mlinearTBFt0NR.Tlledetectionlilllitoftllismethodw嬲0.07ldetenrlinationform∥L.Themgeofh印arinwasO.1~2.0m∥L.Amongsixtimesdetermination,therelativestaIldarddeViationwas1.39%一3.59%a11dmerecoverieSwere95.2%~105.3%.ThememodhasbeeIlappliedtotheresults.dete肌inationo仆印撕nsodi啪in岫ectionwithsatisfactoD,Chapterfour:DetIenninationofproteiIlbymethodoffluoresceIlcee行ectiVereVersete“bromofluorescein.neutralredeIlergy缸aIlsf;瓯IIlmeBritton—Robinsonbu丘IersolutionsofpH2.35,neutl协leIlergy仃aIls向CouldoccwbeMe饥te仃.abromonuoresceiIl(TBF)andt0staticanraCtion.111efluorescencered州R)dueintensi够ofTBFw嬲reducedandthatofsenHnNRw嬲iIlcreaSedattlles锄etiIIle.WheIlh啪aIlalb啪in(HSA)w嬲addedistomissyst锄,reactiontllefluoresceIlceeIle理;yoccurtraIls衙betweenTBF-NRpairdis劬ed,causingaIldreVersewitllresultedintheincreaSeoffluorescellceinteIls时ofTBFf0珊ationofHSA—TBFcoordinateC0mpound.Anewmethodfortlledeten】[1inationoftraceHSAwasestablishedbymelinearrelationshipbet、)l,eeIltllenuoresceIlceillteIlsityofmecoordinateC0mpoundandconc黜【仃ationofHSA.ThedetectionlimitofthismemodwaSO.25m∥L.Thelinearmgeofd酏emlinationforHSAwaS0.6~l2.Om∥L.AmongsixparallelexperimentS,ⅡlerelativestaIlilardileViationwaS1.94%~4.58%aIldthereCoverieswere96.3%~l04.9%.ThemetllodwaScharacterizedbygoodstabilityaIldhighselectivi吼Theresultsofmeproteinsinhum锄serumsamplcswereVe巧closetonloseobtainedusingbiuretspeC缸Dphotometricmethod.Ch印terfiVe:ThesmdyoneneFgy仃ans缸’mechaJlismbe帆e锄nuoresceinIVsodiumandAbstmctte眈bromonuoresceinsodiumiIlIIlicellesofcatioIlicsurfaceactiveageIlt.hlⅡlispap%me日uorcsceIlccreactionofcatioIlicsurfaceactiVeagents(CSAA):cetyltrimetllyl锄molliumbromide(CTMAB)orhexadeCylpyridiIliumbromide(CPB)witllte纽abromofluoresceinsodium(TBF)iIlaqueollssolutionw硒inVestigated.ItwasfoundthatnuoresceIlcequencllingofTBF印pearedwhenitreaCtedwimmecationmonomerofaCSAAaIldanews缸.ongernu‘)r贫cencew弱obtainedwh饥tlleion.aSsociatesreactwinlthemicellateofCSAA.Wbinv髓tigatedmeconditionofeIlergy仃aIlsf打be咐eeIlacidicfluorescent(b,esinmicellesofcetyltrimemylammoIliumbromide0rHexadecylp妒dim眦lbromide.ItwasindicatedthatinmemicelleswhichwercfomedbycatioIlic耐.acea以veagentwithdycselllbedded(cati砌cgumCeactiveagentanddyeswereofoppoSitecharge),whentlleconcen臼.ationof∞tioIlicsulIf.aceactiVeagentreachedtoacertaillvalue,meeIlergy仃a11sf.ercouldoccllr.htlleValueof咖t11irdsof砸ticalIIlicelleC0nce删on(CMC),mee雎cieIlcyofene啊仕ans向reachedⅡlema】【咖;whentheconc删ionofc撕011ic鲫渤cea鲥veageIltwent0n栅crc嬲iIl岛tlleef!ficieIlcyof胁er盱仃aIlsf醯wouldbedecreased.WealSodeduCed也emodelofeIl锄gy仃a11sf打be咐ecIldy.eSiIlmicellesaIldlawsofit.Keywords:F1uor懿cencee11%g)r饥msf醯MechaIlismandApplicationInllibitionReVerseH印撕nProteiIlV河北大学学位论文独创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导下进行的研究工作除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文及取得的研究成果。尽我所知,中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含为获得河北大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。作者签名:丞签壹日期:j塑L年—厶月上日学位论文使用授权声明本人完全了解河北大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本学位论文属于l、保密口,在——年——月——日解密后适用本授权声明。2、不保密酣。(请在以上相应方格内打“√’’)的学位论文,是我个人在导师(老阮琵)指导并与导师合作下取得的研究成果,本人为申请河北大学学位所提交的题目为c藿霪錾奏塞葬鼎学保护知识产权声明研究工作及取得的研究成果是在河北大学所提供的研究经费及导师的研究经费资助下完成的。本人完全了解并严格遵守中华人民共和国为保护知识产权所制定的各项法律、行规以及河北大学的相关规定。本人声明如下:本论文的成果归河北大学所有,未经征得指导教师和河北大学的书面同意和授权,本人保证不以任何形式公开和传播科研成果和科研工作内容。如果违反本声明,本人愿意承担相应法律责任。声明人:么趁高日期:j垒L年—厶月卫日作者签名:导师签名:日期:2翌2年—厶月—』L日日期:翻年—厶月上日第1章综述第1章综述荧光素类染料及中性红在荧光分析中的应用摘要:对近年来荧光素类酸性染料及碱性染料中性红在荧光分析中的应用和染料间非辐射荧光共振能量转移的机理研究及在分析化学中的应用进行了较全面的综述,共引用参考文献62篇。关键词:酸性染料;碱性染料;能量转移;荧光分析1.1荧光素类染料在荧光分析中的应用大约在1871年或稍早,BaTBFer合成出了荧光素、酚酞及涪因等染料。1877年,BaTBFer将10kg的荧光素倾人多瑙河的源头,来跟踪多瑙河与莱茵河的联系。60h后,在一个与多瑙河无明显联系的小河里,看到了荧光素的特征荧光,因小河在汇人ConstaIlCc湖以后流人莱茵河,这样就证实了多瑙河与莱茵河的相连。直到现在,跟踪水域仍是荧光素的一个应用。欧洲光化合会用它来跟踪分析污染物在水域中的流向。基于这类分子很强的荧光发射能力及其发光特性随环境而变化的特征,荧光素及其衍生物在生物学和医学上有极为重要的应用,是一类最常用的荧光探针和诊断试剂。荧光素类染料用途很广,既可作为荧光染料,又可利用它们和金属离子的配位性质,实现对金属离子的检测。近年来,荧光免疫技术的发展,发光标记物或探针的选择成为免疫检测成败的关键,所以荧光探针性质的研究引起人们更多的关注。荧光素类化合物作为广泛应用的标记物,优点是荧光量子产率高,发射波长较长,背景干扰小,缺点是Stokes位移小,对样品散射光敏感。HoAB图1.1Fig.1-l荧光素类染料的结构Tlles仃ucn珊ofnuoreSceines河北人’≯珲学硕十学何论文荧光素类染料是一类经典的阴离子酸性荧光染料,常用荧光素类染料结构见图1.1。由于氧桥键的作用把两个苯环固定在一个平面上,使分子具有刚性共平面结构,在激发光的作用下能够产生强烈的荧光,且荧光激发和发射波长均在可见光区,具有较高的荧光量子产率。用于测定具有选择性高、稳定性好和灵敏度高的优点,其在荧光分析中得到广泛应用,见表1.1。表1.11.ab1-1荧光素类染料在荧光分析中的应用Applicationofnuoresc咖innuorescelltanalySis第1章综述1.2中性红染料在荧光分析中的应用中性红(Neutralred,简称NR)是一种常见的生物染料和光谱探针,属于阳离子碱性荧光染料,具有平面共轭芳香结构,见图1.2。在酸性溶液中具有一定的荧光强度,是一3-河:|匕大学理’≯硕十学位论文一类良好的荧光试剂,同时可作为RNA等生物大分子的嵌入体,以协同方式与IⅢA分子发生键合,具有较好的生物活性【2引,应用广泛,其在荧光分析中的应用见表1.2。N彩N(H3c)2N图1.2中性红结构Fig.1-2Thestnlctu他ofneutmlred表1.2中性红染料在荧光分析中的应用Tab1-2Applicationofneu仃alredinfluorescelltanalysis1.3染料间能量转移及在荧光分析中的应用1.3.1染料间能量转移机理根据能量转移过程中作用机理的不同,能量转移可分为辐射能量转移和非辐射能量转移两种类型。非辐射能量转移又有两种不同的机理,即通过偶极.偶极耦合作用的共振能量转移和通过电子交换作用的交换能量转移【3¨81。我们主要对非辐射荧光共振能量转移的机理进行概述。荧光猝灭指荧光物质分子与溶剂或溶质分子之间所发生的导致荧光强度下降的物理或化学作用过程。猝灭过程实际上是与发光过程相互竞争从而缩短发光分子激发态寿命的过程。猝灭过程可能发生于猝灭剂与荧光物质的激发态分子之间的相互作用,也可能发生于猝灭剂与荧光物质的基态分子之间的相互作用。前一种过程称为动态猝灭,后一种过程称为静态猝灭。对于动态猝灭作用,温度升高,动态猝灭常数憨矿增大;若是.4.第1章综述静态猝灭,温度升高,产物的稳定性降低,静态猝灭结合常数减小。为证明其猝灭过程,将荧光猝灭过程按动态过程处理,其荧光猝灭方程【39舯】为凡伊=』+墨∥凹=J+岛功砑,其中,而为未加猝灭剂时荧光物质的荧光强度,F为猝灭剂浓度为朋时荧光物质的荧光强度,妫为猝灭速率常数,功为没有猝灭剂时荧光分子的平均寿命约为:lO喝S,墨,是Stenl.、,olmer猝灭常数。以R伊对,口作Stem.Vrolmer图,由猝灭曲线斜率求得局,在动态猝灭过程中,一般情况下最大扩散碰撞猝灭速率常数玉,g不大于2.O×10mL/mol-S,若墨,随温度的升高而减小,且玉,g>>2.0×10旧Um01·S,则证明以上猝灭不是由于动态碰撞而引起的,而是形成了复合物而引起的静态猝灭。在静态猝灭作用中,静态猝灭荧光强度、猝灭剂浓度与结合常数K之间的关系为【41】:口W=)~=巧7+所7r7,q~,其中K的单位是L/mol。以口W)。。对,凹‘7作图,由曲线截距和斜率可求出染料间的结合常数K,可推断出染料问的结合能力。根据F6rster能量转移【42,431理论,荧光体与猝灭体之间的能量转移效率(目和两者之间的距离(砂的关系【删为E=R06佃06+一,其中局为能量转移效率50%时对应的距离,RD6=&殆×,矿2澎西矿。厂,式中F为取向因子,可取受能体和供能体各向随机分布的平均值2/3;Ⅳ为介质的折射指数,一般取水和有机物折射指数的平均值1.336,9为给体溯£缈∥出/删么五,式中用砂为给体在波长五处的荧光强度,£例为受体在波长的光量子产率,-厂为给体的荧光发射光谱与受体的吸收光谱的重叠积分,可表示为:,=A处的摩尔吸光系数,单位L/mol·吼;Z是波长,单位啪。而能量转移效率E又可以由E=J觋测定,其中,和而分别为能量接受体存在和不存在时能量给予体的荧光发射强度。显然,只要得到E,并通过实测光谱求出积分面积-,,就可算出‰和,.。1.3.2染料间能量转移在荧光分析中的应用染料间能量转移分为碱性染料与碱性染料间、酸性染料与酸性染料间、酸性染料与碱性染料间的能量转移。前两者由于同种染料间的斥力作用,往往需要加入与染料带有相反电荷的表面活性剂,来降低溶液表面张力,拉近染料间的距离,以便发生同种染料间的能量转移。而后者由于酸性、碱性染料带有相反电荷,因为静电引力作用使两者彼此靠近。进而在没有表面活性剂存在时就能够发生能量转移反应。能量转移的应用与单个染料光度测定相比,具有比光度法灵敏度高,与常规荧光法和共振光散射相比受瑞利散射光干扰少,重现性好的特点,该方法已被广泛应用于有机物、无机物等的化学分析、河北大学理学硕十学何论文生物结构研究等领域,其应用见表1.3。表1.3染料间能量转移的应用Tabl一3Applicationoffluorescenceresonanceenergytransferbe粕,eendyes体系淼49凇·蒜嚣们等≯僦娄罕嘉嘲,竺三钙妥绿素450/512450俗12擒黻条件嚣努pH-7.23‘B—R‘翼器尹鼍尝尹裂誊文献1.O×l矿粥4.8×10.72怒≯moⅥ。BSA:篙霪举銮m,~104样中铬。1;蒸45蝴6罾吖啶橙.罗丹明6G450/556mol/L中Ⅶ他。裂旷5淼筝鬣M~103.6‘。p鼍-7一THs-HClpH=9.2Tris.HClBs赴320.HSA:330肛3.1×104HSA:o ̄3.0×104;言之拿妻雪103.2中蛋白m,。1PAR.465/505O.06吖啶黄吖啶橙.罗丹明6G吖啶橙.罗丹明6G吖啶橙.罗丹明6G吖啶橙.罗丹明B吖啶黄.罗丹明6G465/556470/5560~lO【49】【50】【51】pH=7.86.421.3~9827.5×102~Tris.HCl450/556HCl3506.0×104450/556HCl5.O×lO‘30.05~O.70黧篓军砉崩’11mo【52】470/580H2S042.56100~250【53】H2S043.735.85~87.74翟;:鐾水中磊104石【54】番凳登笔-吖啶橙PAN.450/580……。HCl1.7320~1.0×104p咖L12~600【55】罗丹明6G543/558pH=9.5氨中性3.55黧蒜≥107D弄年矗【56】篇季一8霉’nc.粥Ⅲ3罗嬲k罗丹明6G543,sss543,5584.os4·05m13~3603∞【57】翟;头誊中【57】j≤.5一蒹‘1怒≯一言墨蓄郾,第1章综述1.4染料间荧光能量转移的发展与展望目前能量转移体系的研究主要集中在碱性染料间,至于酸性染料间,酸、碱染料间的能量转移机理以及应用的研究报道甚少,其给体和受体之间的结合机理,给体的猝灭类型,结合模型以及热力学性质等都需进一步深入探讨。基于物质间的竞争作用,利用逆向能量转移进行分析测定的研究未见报道。近年来,随着新的供.受体对的设计合成,新的FRET体系的开拓,以及将FRET技术与时间分辨荧光检测、激光共聚焦荧光显微和荧光漂白等光物理技术结合使用将成为未来FRET技术发展的主要方向。河:I匕人学理学硕十学何论文第2章酸、碱染料间能量转移机理的研究:荧光素.中性红体系摘要:应用荧光光谱法研究了水溶液体系中,酸性染料四溴荧光素(TBF)、四碘荧光素(TⅢ)、四氯四碘荧光素(TCTIF)、四氯四溴荧光素(TCTBF)分别与碱性染料中性红(NR)之间的相互作用。实验表明:NR对各酸性染料的荧光都有较强的猝灭作用,由荧光猝灭结果求得不同温度下NR与各种酸性染料的结合常数K。发现K值随反应温度上升而下降且随酸性染料取代基的电负性增加而增大,进一步证实了该反应为单一静态猝灭过程。由反应焓变、熵变,确定NR与酸性染料间的结合力主要是静电引力。依据非辐射能量转移机理,探讨了不同温度下各酸性染料与NR相互结合时,能量转移效率、能量给体与能量受体间距离r等参数,各体系r<7nm表明该荧光猝灭是通过非辐射能量转移过程产生的。并发现随着染料取代基的电负性增加,能量转移参数的一些变化规律。关键词:荧光素类酸性染料;中性红;荧光光谱;结合作用2.1引言能量转移荧光分析是现代发光光谱研究中的重要发展方向之一,其中荧光共振能量转移应用最为广泛。所谓荧光共振能量转移是电子激发能在适当的能量给予体(Donor)能量受体(Acc印tor)对之间的传递,传递距离一般为2~5nm。根据F6st042】偶极一偶极共振能量转移理论,当能量给体分子(D)和受体分子(A)相隔的距离远大于D·A的碰撞直径时,只要D与A的基态和第一激发态两者的振动能级差相当,或者说D的发射光谱与A的吸收光谱能有效重叠,仍然能发生从D到A的非辐射能量转移。F6ster理论在无机离子‘531、有机物【47'631的测定以及生物分析【48钟1等方面都有着广泛的应用。但关于染料间转移机理的研究较少【65'鲫,应用主要基于表面活性剂存在下碱性染料间的能量转移,对于没有表面活性剂时酸、碱染料间由于静电引力作用发生能量转移的机理和规律的研究未见报道。本文应用F6ster理论,研究了水溶液体系中,四种荧光素酸性染料分别与碱性染料中性红小瓜)之间的相互结合作用,利用NR对酸性染料荧光的猝灭作用求出了不同温度下各酸性染料与NR的结合常数、各酸性染料与NR之间的距离、热第2章酸、碱染料间能量转移机理的研究:荧光素一中性红体系力学常数熵变、焓变等,讨论了各酸性染料取代基、温度对结合常数、各酸性染料与NR之间的距离的影响,并根据热力学参数确定了该类酸性染料与NR之间的主要作用力类型。2.2实验部分2.2.1仪器和试剂I汀.540荧光光度计(日本岛津,自行加装了恒温循环水装置);UV-265紫外可见分光光度计(日本岛津,配有恒温循环水装置);pHS一3C型精密酸度计(上海雷磁仪器厂)。四溴荧光素(TBF,北京化工厂)、四氯四溴荧光素(TCTBF,北京化工厂)、中性红(NR,军事医学科学院)均配成2.0xlO‘4m01/L的储备液,四碘荧光素(TIF,北京化工厂)、四氯四碘荧光素(TcTIF,上海化学试剂采购站分装)均配1.0×104mol/L的储备液,用时分别稀释至所需浓度。实验用水均为二次蒸馏水。2.2.2实验方法于lOmL比色管中依次加入一定量的某一种酸性染料和NR溶液,用二次蒸馏水稀释至刻度。混匀后水浴中恒温10min,分别测定其相应的吸收光谱和荧光光谱。在狭缝宽度皆为10m,荧光激发波长为490nm,发射波长分别为535nm(TBF.NR),512m(TIF—NR),530nm(TCTIF.NR),552nm(TCTBF-NR),温度分别为25℃,35℃,45℃时测定各酸性染料—_NR的相对荧光强度,。2.3结果与讨论2.3.1酸性染料与NR的荧光猝灭反应绘制各种荧光素染料与NR荧光猝灭反应的荧光光谱,以TBF与NR为例见图2.1,发现固定酸性染料的量,不断增加NR的浓度时,各种酸性染料荧光强度有规律的降低,酸性染料的发射峰的峰位不变,表明NR对各荧光素染料的荧光都有一定的猝灭作用。谱,以胁c作stenl.、blmer图和以删~一c7作Lineweav*Burk刚671。结果见为进一步阐明其猝灭机理,分别测定25℃,35℃,45℃下各种酸性染料猝灭的荧光光表2.1、2—2,表明:各曲线都具有良好的线性关系(相关系数都r皆大于O.99),NR和各酸性染料反应st锄.Volmer曲线斜率随反应温度升高均降低,故初步证明此过程为静态猝灭。动态猝灭方程为‘68】:凡伊=J+蜀吲q=J+K羽∞、F分别为无猝灭剂、有猝.O.河北大导:理’≯硕十学位论文灭剂时的荧光强度)%:猝灭速率常数;功:分子荧光平均寿命约为:10培S;K,:Stenl.Volmer猝灭常数;砑:猝灭剂的浓度。按动态猝灭方程处理,由猝灭曲线斜率求得局,见表2.1,各%(1012)>>2.o×1010‰01·s(最大扩散碰撞猝灭常数),因此进一步证实猝灭不是由于动态碰撞引起的,而是形成了化合物而引起的静态猝灭。在静态猝灭作用中,静态猝灭荧光强度与猝灭剂之间的关系为【69】:删。7=厅7+鼢k7砑~,由删~~C2曲线截距和斜率可求出酸性染料与NR的结合常数K,见表2.2可知:NR对各酸性染料的结合常数K值的变化①、TBF>TIF;TCTBF>TCTIF;这是由于溴的电负性比碘大,因此含溴的荧光素染料与中性红形成能量转移对时比含碘的荧光素染料稳定常数大;②、TcTBF与TBF,TCTIF与TIF比较前者结合常数较大,表明染料B位置电负性取代基的引入对TIF结合常数影响较大,对TBF影响较小,这可能是氯、碘间电负性相差较大而氯、溴间电负性差较小的缘故。③、且随温度升高K值下降。即温度升高,NR-各酸性染料结合稳定性下降。图2.1Fig.2.1TBF与NR猝灭反应的荧光光谱QluellchingfIuoresceIlcespec姐ofTBF(cTBF=2.0×lo.7mon0谢吐lvariousconcentrationsofNR舶m(1)to(10).cNR(×10~mol/L):O.O,O.1,0.2,O.3,O.4,0.5,O.6,O.8,1.O,1.2第2章酸、碱染料问能虽转移机理的研究:荧光素一中性红体系表2·1不同温度下中性红对各酸性染料猝灭的Stem—V.olmer猝灭常数%(mnol。S)T{lb2-lTheStem-V.olmerquenchconstantsfordiff;潮tNR谢theVe哆aciditydyestu行atdi行.ereIltt咖peratures表2.2不同温度下中性红对各酸性染料猝灭的结合常数K(L/m01)T{lb2.2Thebindingconstantsf.ordiff.erentNRwitlleve:ryacidi够dyestIl行atdi仃.erentteIllperatures河北大学理学硕十学何论文2.3.2酸性染料与中性红主要结合力的确定分子间的作用力包括氢键、范德华力、静电引力、疏水作用力等。当温度变化不大时,反应焓变4日可以看作是一个常数,由加俾j膨∥=彳即/乃.J/黝/R;4G=4厚财S,彳G=坝刀枨可以求出焓变4日、熵变彳S。彳日<D,彳S<D分子间作用力主要为色散力,彳日<D,彳pD分子间作用力主要为静电引力【701。由表2.3可以看出:么日<D,彳◇D,说明该能量转移反应为放热反应,且反应使体系熵变增加,彳G<O表明酸、碱染料问的能量转移反应能自发进行,且酸性染料中所含电负性取代基的电负性越强、电负性取代基越多能量转移反应越容易进行。由于所研究形成能量转移的染料带有相反电荷,容易以静电引力发生作用即荧光素染料与中性红间主要作用力是静电引力。表2.3酸性染料与中性红结合过程的热力学参数T芒lb2-3Thethemodynamicconstantsf.0reVe巧acidi够dyestIlfrandNeu仃alred2.3.3特定结合部位微环境研究测出中性红的紫外一可见吸收光谱,发现其与各种酸性染料的荧光光谱都有部分重叠(图2.2阴影部分)。按照F6rster能量转移机理,能量给体与能量受体间距离,.与能量转移效率为50%时所对应的临界能量转移距离RD及能量转移效率E之间有如下关系【391:E=尺D伽06+力,其中:R06=8.殆×J旷澎剑、,o;P是和能量给体及受体跃迁矩相互有关的因子取2/3;Ⅳ是溶剂的折射率,取水和有机物的平均值1.336;多为当无受体存在时能量给体的荧光量子产率:查文献【71—731知磷光量子产率为第2章酸、碱染料问能帚转移机理的研究:荧光素一中性红体系TBF<TIF<TCTBF<TCTIF,而荧光量子产率正好相反;TBF、TIF分别取O.19、O.02,TcTBF、TcTIF近似取o.02:/为光谱的重叠积分,且有:,=删s例∥厶五/劂厶A,通过自行设计计算机程序处理数据得出,值,刑为给体在波长A处的荧光强度,£Ⅲ为受体在波长A处的摩尔吸光系数,单位L/mol·cm;A是波长,单位锄。由临界转移距离尺D(在计算勘时可认为能量给体与受体间相互取向是无规则的,此时因子髟-2/3)和实验测得能量转移效率E=J娲就可以计算出能量给体与受体间的距离,.。见表2.4,可知:各体系,.<7nm且随温度升高,,值略有增大,即温度升高分子间距离增加不利于能量转移反应进行;能量转移效率也有所降低;硒值变化不大;不同染料与中性红结合的r值变化规律与结合常数变化规律基本一致。图2-2NR的吸收光谱、TBF的荧光光谱(25℃)Fig.2-2Absmancespec仃aofNR锄dnuoresc∞cespec舰ofTBF(25℃)1.吸收光谱;2.荧光光谱c(TBF)=c(NR)=1.0×10。5mo儿河北大学理学硕十学位论文表2-4不同温度下各酸性染料与中性红问E%及,.、岛、,值1'ab24Ene唱y昀nsf;erefficiellcyE%,,.,勘锄d.,valuesbeMeeIleVe巧acid时DyestIlfrandNRatdi伍erentt锄peratures2.4结论研究结果表明:由于酸、碱染料间的静电引力作用,酸、碱染料问的非辐射能量转移反应不须借助表面活性剂降低溶液表面张力就可以进行;参与反应染料的取代基电负性越大,静电吸引作用越强,能量转移反应越容易进行,且能量转移体系的结合常数变大,稳定性增加,能量给体与能量受体间距离,变小;体系随温度增加稳定性、,值等减小;酸、碱染料间的猝灭反应为静态猝灭反应。第3章四演荧光素一中性红荧光能蛩转移抑制法测定肝素第3章四溴荧光素一中性红荧光能量转移抑制法测定肝素摘要:在pH6.65的Bntton.RobiIlson(B—R)缓冲溶液中,酸性染料四溴荧光素(TBF)与碱性染料中性红(NR)之间由于静电吸引而能够发生有效的能量转移,使得能量受体NR荧光增强,同时能量给体TBF的荧光猝灭。而肝素的加入对该荧光体系间的能量转移产生了明显的抑制作用,随肝素量的增加TBF荧光依次增强,即能量转移过程受到抑制而发生逆转,由此建立了一种测定微量肝素的新方法。结果表明,肝素在0.1~2.0m∥L范围内与TBF的荧光增强程度呈良好的线性关系,方法检出限O.071m∥L。该方法用于肝素钠注射液中肝素钠效价的测定,六次平行测定相对标准偏1.39%~3.59%,回收率95.2%~105.3%,结果满意。关键词:四溴荧光素;中性红;荧光能量转移;抑制;肝素3.1引言肝素(Hep撕n,简称为Hep)为葡糖胺聚糖,是由葡萄糖胺磺酸、葡萄糖醛酸、艾杜糖醛酸组成的多糖链混合物,在水溶液中由于其酸性基团的离解而成为带多个负电荷的大阴离子,是蛋白多糖的一种,在人体内由肥大细胞分泌而自然存在于血液中,具有广泛的生物学功能,临床上用其钠盐,作为预防血栓形成和治疗急性静脉血栓的重要药物【74】。肝素的检测法有多种,分属于生物方法和化学方法,生物方法是法定方法,但受生物个体的影响较大,不易掌握。化学方法中分光光度法【75】、HPLC法【761、毛细管电泳法f771、电化学分析法【78】、光散射法【791已应用于肝素的测定。光度法由于操作简便、快速、仪器价廉、灵敏度高的优点而得到广泛的应用。荧光能量转移分析法具有比光度法灵敏度高,与常规荧光法和共振光散射相比受瑞利散射光干扰小,重现性好的特点【481。但用于肝素的测定未见报道,本文用TBF.NR荧光能量转移体系与肝素作用,建立了能量转移荧光测定微量肝素的新方法,该法操作简便、快速,灵敏度较高,可直接用于肝素钠注射液效价的测定。3.2实验部分3.2.1仪器与试剂RF一540荧光光度计(日本岛津);UV-265紫外可见分光光度计(日本岛津);pHS一3C一15.河北人学理学硕十学位论文型酸度计(上海雷磁分析仪器厂)。肝素钠(140ILJ/mg,北京奥博星生物技术有限责任公司)标准溶液:准确配置1.O∥L(140IU/mL)肝素钠水溶液作为实验贮备液,于4℃冰箱保存,用时适当稀释。四溴荧光素、中性红浓度皆为2.0×104mo儿水溶液;0.2m01/L的B.R系列缓冲溶液。所用试剂均为分析纯,实验用水为二次去离子蒸馏水。3.2.2实验方法于10mL比色管中依次加入2.O×lO。6m01/LTBFpH2.0mL,2.0×104mol/LNRO.5mL,6.65的B.R缓冲溶液0.5mL及一定量肝素钠标准溶液或肝素钠注射液样品溶液,以水定容至刻度,摇匀、静置30min,在激发波长490nm,发射波长535nm处测定溶液荧光强度或扫描荧光光谱,同时作试剂空白。3.3结果与讨论3.3.1TBF.NR间的能量转移染料间能量转移的首要条件是给体的发射光谱和受体的吸收光谱要有相当程度的重叠。强荧光碱性染料TBF荧光发射波长为53511IIl,酸性染料NR的最大吸收波长为530姗,两者波长相近,TBF的荧光发射光谱与NR的吸收光谱有较大的重叠。这样就为TBF与NR的能量转移提供了前提条件,同时两染料带有相反电荷,使得两者分子间由于静电吸引作用而彼此靠近,更利于发生染料间发生能量转移。本试验用波长490啪的光去激发TBF和NR的混合体系,这样可以保证TBF有较大的发射,而NR又不会被激发,使能量转移效果达到最好。固定TBF用量,改变NR用量,TBF、NR间的能量转移,见图3.1。表明,在混合体系中,给体TBF在535nm处的荧光峰比转移前明显下降,而受体NR在600m处荧光峰比转移前有所增强,且随着NR的用量的增加,TBF的荧光峰依次下降,NR的荧光峰逐渐上升,这充分说明两种染料间发生了能量转移过程。第3章四溴荧光素一中性红荧光能毋转移抑制法测定肝素^/舢图3.1TBF-NR能量转移荧光光谱图Fig.3-lFluorescencespecn.aofe11ergy锻ms断ofTBF小限system1.CNR-2×lO.6mon。;From(2)to(7).CTBf=2×10~mol/L,CNR_(O,O.2,O.4,O.8,1.2,2.4)×lO。5mo儿3.3.2肝素对TBF.NR能量转移体系的影响160.80.入/姗图3.2肝素质量浓度对TBF小取荧光光谱的影响Fig.3—2E虢ctofHep撕nconcen仃ationonfluorescencespectraofTBF.NRsyStem1.TBF2.NR3.TBFjNR4~6.TBF—NR—H印CTBF=4.0×10.7mol/L,CNR=1.0×10’5mol/L,丘啪(4)t0(6).CI旷0.4,0.8,1.6m班按实验方法,测定TBF.NR体系中加入不同浓度肝素钠标准溶液的荧光光谱,结果见图3.2发现,随着肝素量的增加TBF.NR体系中给体TBF在535IlIIl处的荧光峰依次上升,且其峰上升幅度与肝素浓度成线性关系。表明肝素的加入使TBF.NR体系的能量一17.河北大学理学硕十学位论文转移过程受到抑制,产生了逆向的能量转移,从而造成给体荧光强度的增加。利用TBF荧光峰的增加程度与肝素浓度的线性关系,可以建立测定肝素的新的分析方法。3.3.3酸度的影响按实验方法操作,在pH4.58—8.45的范围内试验了pH值对体系的影响,结果见图3.3。由图中可以看出,当pH为6.46~7.65时△F变化最大且稳定,超出此范围荧光强度急剧降低,试验选择pH6.65为最佳酸度。改变缓冲溶液种类,结果表明:分别使用B.R,Tris.HCl,KH2P04.NaOH,KH2P04.Na2HP04,Na2HP04.柠檬酸缓冲溶液控制体系酸度时,体系荧光强度依次降低,因此本试验选用pH6.65的B.R缓冲溶液。考察其用量的影响表明:在O.3~1.0mL时体系荧光强度最大且稳定,本试验选择pH的B.R缓冲溶液的最佳用量为0.5mL。6.65图3-3Fig.3·3pH值对体系的影响Efrectoftllesolutionacidi够ontllesySt锄3.3.4四溴荧光素、中性红的用量选择分别改变TBF、NR的用量,按实验方法操作,结果表明:当TBF用量为2.4x10’一~6×10‘7m01/L及NR的用量为O.8×10~~2.0×10。5mo儿时,体系荧光强度增加最大。本mL’实验选2.O×10击m01/L的TBF溶液最佳用量2.OmL,2.O×104mol/LNR最佳用量O.5此时能量转移效率11=86.8%达到最大,TBF与NR的摩尔比为l:25。3.3.5反应时间、体系稳定性及加样顺序的影响试验结果发现室温下体系反应20min即达到平衡,荧光强度值达到最大,在5h内第3章四溴荧光素一中性红荧光能母转移抑制法测定肝索基本保持恒定。改变加样顺序进行实验,结果表明,当加样顺序依次为TBF、NR、B.R缓冲溶液、H印时,反应稳定且荧光强度最大。这也间接表明肝素的加入使能量转移过程受到破坏,从而造成TBF荧光增强。3.3.6共存物质的影响肝素浓度为1.0m∥L时,常见的金属离子、氨基酸、葡萄糖等物质对体系的干扰试验结果见表3.1,由表3.1中可知,常见的干扰物质对测定的影响不大,表明本方法具有很好的选择性。实验了十二烷基硫酸钠(SDS),十六烷基三甲胺(CTMAB)等表面活性剂对反应的影响,结果表明它们的加入会干扰体系的测定,说明离子型表面活性剂参与了体系的竞争反应。表3.11'ab3-1干扰物质对肝素测定的影响E丘.ectofcoexis锄毗substanc懿0nthedeteminationofh印撕n3.3.7工作曲线、线性范围及检出限按实验方法操作绘制测定肝素钠的工作曲线,结果表明肝素钠浓度在O.1~2.Om∥L范围内与彳F呈线性关系,线性回归方程为彳,=.1.431+27.1035c(m∥L),相关系数,-=0.9972,平行测定11次空白,以36依计算得该方法检出限为O.071m∥L。3.3.8样品分析分别取不同厂家的肝素钠注射液(标示量6250IU/mL)2.OmL于200mL容量瓶中,用水定容并摇匀。再取该溶液2.OmL稀释于200mL容量瓶中。取此稀释液2.OmL,河北大学理学硕十学位论文按实验方法对肝素钠的效价进行了测定,并进行回收实验,结果见表3.2。表明该方法用于注射液中肝素钠的测定,结果满意。表3-2肝素钠注射液效价的测定结果(n=6)1'ab3—2DetenIlinationresultso仆印arinsodiumininjection(n-6,ILJ/mL)3.4结论本文利用TBF.NR荧光能量转移体系与肝素作用,建立了能量转移荧光测定微量肝素的新方法,该方法具有操作简便、快速,灵敏度较高的特点,可直接用于肝素钠注射液肝素钠效价的测定。第4章四溴荧光素一中性红逆向能量转移荧光法测定蛋白质第4章四溴荧光素一中性红逆向能量转移荧光法测定蛋白质摘要:在pH2.35的B.R缓冲溶液中,酸性染料四溴荧光素(TBF)与碱性染料中性红(NR)之间由于静电吸引能够发生有效的能量转移,使能量受体NR荧光增强,能量给体TBF的荧光猝灭。在该体系中加入人血清白蛋白(HSA),由于竞争作用使得HSA的加入破坏了TBF.NR间的能量转移,产生了明显的逆向反应,并且生成HSA.TBF络合物,利用该络合物的荧光增加强度与HSA含量间的线性关系建立了一种测定微量血清蛋白的新方法。结果表明,血清蛋白工作曲线线性范围0.6~12.Om∥L;方法检出限0.25m∥L;六次平行测定相对标准偏差1.94%~4.58%;回收率96.3%~104.9%。该方法的稳定性好,选择性高,直接用于人血清试样中总蛋白含量的测定,与常用的双缩脲法基本一致。关键词:四溴荧光素;中性红;荧光能量转移;蛋白4.1引言蛋白质是构成一切生物的生命物质之一,它的定量测定在医学、药学、生命科学和食品营养学中有着重要意义。蛋白质的测定方法有光度法【80 ̄821、荧光法【831、散射光谱法【眦861等。其中光度法在蛋白质的分析测定中得到了广泛的应用,它们是基于蛋白质与染料或与染料.金属络合物的结合反应而建立的,这些方法在反应时间、灵敏度、选择性、重现性以及稳定性方面各有优缺点。荧光能量转移分析法具有比光度法灵敏度高,与常规荧光法和共振光散射相比受瑞利散射光干扰小,重现性好的特点【481。本文在TBF_NR荧光能量转移体系中加入人血清白蛋白,由于血清白蛋白、TBF对NR的竞争作用,使能量转移过程发生逆转产生蛋白.TBF络合物的荧光,据此建立了逆向能量转移荧光测定微量蛋白的新方法。与直接利用HsA.TBF络合物荧光测定蛋白方法相比检测线性范围宽、检出限值低、准确度高,直接用于人体血清样品蛋白含量的测定,结果满意。4.2实验部分4.2.1仪器与试剂RF-540荧光光度计(日本岛津);UV-265紫外可见分光光度计(日本岛津);pHs一3C型.21.洞北大号:理孑:硕十辱:何论文酸度计(上海雷磁分析仪器厂)。人血清白蛋白(HSA)(卫生部上海生物制品研究所)配成1.O∥L水溶液,置于1~4℃冰箱中,用时适当稀释。四溴荧光素(TBF)、中性红(NR)浓度分别为2.0×l旷、2.0×10‘4m01/L水溶液;pH=2.35B.R缓冲溶液。所用试剂均为分析纯,实验用水为二次去离子蒸馏水。4.2.2实验方法于lOmL比色管中依次加入2.O×10击mol/LTBFpH1.8mL,2.0×10。4mol/LNRO.5mL,2.35的B.R缓冲溶液1.OmL及一定量HSA标准溶液或人体血清样品溶液,以水定容至刻度,摇匀、静置20min,在激发波长490强度或扫描荧光光谱,同时作试剂空白。m,发射波长547nm处测定溶液荧光4.3结果与讨论4.3.1TBF.NR间的能量转移染料问能量转移的首要条件是给体的发射光谱和受体的吸收光谱要有相当程度的重叠。强荧光酸性染料TBF激发、发射波长为517/535姗,碱性染料NR激发、发射波长为545/600m,最大吸收波长为530Illll,TBF的发射波长535nm与NR的吸收波长为530IlIll两者仅相差5nm。这样就为TBF与NR的能量转移提供了前提条件,同时两染料带有相反电荷,使得两者由于静电吸引作用而彼此靠近,更有利于染料间发生能量转移反应。本试验用波长490nm的光去激发TBF和NR的混合体系,这样可以保证TBF有较大的发射,而NR又不会被激发,使能量转移效果达到最好。TBF、NR间的能量转移见图4.1,可知在混合体系中随着NR用量增加,给体TBF在53511IIl处的荧光峰明显依次下降,而受体NR在600nm处荧光峰依次增强,这表明两种染料间发生了能量转移反应。第4章四溴荧光素一中性红逆向能鼍转移荧光法测定蛋门质入/n_图4.1Fig.4-1TBF.NR能量转移荧光光谱图FluoresceIlcesl,ec仃aofeIle哟,觚nsferofTBF-NRsystemCTBF=2.0×10~m01/I。,舶m(1)t0(8).CNR=(O,0.2,0.4,0.6,0.8,1.O1.2,1.6)×lO‘5mol/L4.3.2蛋白质对TBF—NR能量转移体系的影响40.X‘nm图4-2荧光发射光谱Fig.4-21.TBF2.TBF.HSA3.NRFluoreSccIlcespec慨6~8.TBF二NR—HSA4.NR.HSA5.TBF二NRCTBF=3.6×10-7mo儿,CNR=1.0×lO一5mo儿,C}IsA:4.0mg/L;‰(6)t0(8).CIIsA=2.O,4.0,6.Omg/LHsA对TBF-NR体系的影响见图4.2,TBF的荧光峰为535nm,TBF.HsA的荧光.23-河北人学理学硕十学位论文峰位于547nm,且在547nm处的荧光峰增强。表明TBF与HSA在实验条件下反应生成络合物,这是由于蛋白质在酸性介质中(等电点4.7前)由于其肽链上的氨基酸残基带正电荷,而以带多余正电荷的生物大分子状态存在,’此时它可借助于静电引力与带负电荷的酸性染料TBF形成超分子化合物,并引起光谱特性的变化。随着HSA的加入TBF.NR体系中给体TBF的荧光峰(曲线5)由535啪红移至(曲线6)547nm,此时蛋白质与NR都带正电荷,二者不发生反应(曲线4),由于HSA、NR对TBF的竞争作用,使得TBF.NR能量转移体系被逆转,即由于TBF.HSA缔合物的形成,破坏了TBF.NR间的能量转移,释放出的TBF与HSA结合使TBF.HSA547nm的荧光增强,利用547姗荧光峰的增加程度与血清白蛋白含量的线性关系,可以建立测定蛋白的新的分析方法。4.3.3酸度的影响溶液pH值对体系的影响见图4.3,表明pH为1.82~2.58时△F最大且稳定,此时蛋白质分子带有正电荷易与带负电荷分子由于静电引力结合,超出此范围荧光强度急剧降低。分别试验B.R,柠檬酸钠.Hcl,邻苯二甲酸氢钾.HCl三种缓冲溶液对体系的影响,结果表明体系荧光强度依次降低,因此本试验选用pH2.35的B.R缓冲溶液。其用量试验表明:在O.5~1.5mL时体系荧光强度最大且稳定,本试验选择pH2.35的B.R缓冲溶液的最佳用量为1.OmL。图禾3缓冲溶液pH值对体系的影响Fig.4·31’lleE氐ctofbu脓sollltionacidi哆onmes姆锄4.3.4四溴荧光素、中性红的用量及能量转移效率第4章四浪荧光素一中性红逆向能‘蛩转移荧光法测定蛋白质能量转移效率叩可以由给体荧光的猝灭或受体荧光的增强,由公式【621叩=J一丹R得出(其中F为受体存在时给体的荧光强度,R为无受体存在时给体的荧光强度)。固定TBF用量改变NR用量,能量转移效率叩随NR与TBF摩尔比的变化见图4-4,表明当TBF与NR摩尔比小于50时,瑁值随TBF与NR摩尔比增大而急剧增加,TBF与NR摩尔比大于等于50时,卵达到最大且变化缓慢。NR_EY摩尔比图“能量转移效率图Fig.4_41'lleemciencyof朗ergytmnsf打按实验方法操作固定HSA用量,分别改变TBF、NR的用量,结果表明:当TBF用量为2.4x10~~4.O×10‘7mol/L及NR的用量为0.4×10一~1.2×10‘5mol/L时,体系荧光强度最大。本试验选2.O×10击mo儿的TBF溶液最佳用量1.8mL,2.O×104mol/LNR最佳用量0.5mL。此时体系彳=76.4%,NR与TBF的摩尔比为27.8:1。对比图4.4发现测定最佳用量正处在图4.4中呷随摩尔比变化的敏感区域,此时在能量转移体系中随着蛋白含量的增加,蛋白与TBF反应使转移体系中的TBF量减少,使参与能量转移的NR与TBF的摩尔比增加,造成叩值增大,图4.2皓线6、7、8在60011IIl处峰高增加也可以证明叩值增大。玎越大转移体系TBF处的荧光强度就越低,即利用能量转移测定可使体系空白值减小。4.3.5反应时间及加样顺序的影响试验表明室温下体系反应15min即达到平衡,荧光强度值达到最大,在5h内基本保持恒定。改变加样顺序结果表明,当加样顺序依次为TBF、NR、B.R缓冲溶液、HAs河北大学理学硕}学何论文时,反应稳定且荧光强度最大。这也间接表明蛋白质的加入使能量转移过程受到破坏。本试验选择静置时间20min,加样顺序依次为TBF、NR、B.R缓冲溶液、HSA。4.3.6共存物质的影响HSA浓度为2.Om叽,在士5%的误差范围内允许存在的外来干扰物质的量为(m∥L):Na+(300)、K+(260)、Ba2+(200)、Zn2+(100);乒天冬氨酸、乒天冬酰胺、}脯氨酸、卜苯丙氨酸、}缬氨酸、}甘氨酸(30);仁赖氨酸、厶甍氨酸、}异亮氨酸、卜精氨酸、}半胱氨酸(20);卜丙氨酸、}丝氨酸、卜甲硫氨酸、}组氨酸,仁酪氨酸、l苏氨酸、}谷氨酰胺、三.谷氨酸(6)和柠檬酸(82)及大量的常见阴离子等,由于实际样品测定时需将样品稀释千倍以上,因此实际样品测定时可以不考虑这些共存物的干扰,方法具有较好的选择性。4.3.7工作曲线及检出限按实验方法操作考察测定HSA的工作曲线、线性范围及平行测定11次空白,以3腿计算方法检出限,能量转移法:么F=-O.87lO+4.4634C(m∥L),,.=O.9992,线性范围O.6一12.Om∥L,检出限0.25m∥L;TBF.HsA荧光直接测定法:彳F=一9.9116+5.4008C(mg/L),,.=O.9976,线性范围2.4~6.8m∥L,检出限O.31m∥L。由此可知能量转移测定使方法线性范围变宽,检出限值减小。4.3.8样品分析利用上述方法,对病人血清(由保定市第一中心医院提供)中的蛋白质含量进行测定。测定前,首先吸取新鲜的人血清样品O.2mL用水稀释lOoo倍,再从稀释液中取1.2mL,按实验方法平行六次进行测定同时进行方法回收率的测定,结果列于表4—1,可知本方法与医院常用的双缩脲法【87】测定结果基本一致,结果满意。第4章四溴荧光素一中性红逆向能餐转移荧光法测定蛋自质表4.1人血清样品中蛋白含量的测定结果(n:6)1’ab4-1Det咖inationresultsforhlm锄senlmsamples(n=6)4.4结论本文在TBF.NR荧光能量转移体系中加入血清白蛋白,由于血清白蛋白、TBF对NR的竞争作用,使能量转移过程发生逆转产生蛋白.TBF络合物的荧光,由此建立了逆向能量转移荧光测定微量蛋白的新方法。与直接利用HSA.TBF络合物荧光测定蛋白方法相比具有检测线性范围宽、检出限值低、准确度高的优点,直接用于人体血清样品蛋白含量的测定,结果令人满意。河北大学理学硕十学位论文第5章胶束体系中荧光素与四溴荧光素间能量转移条件及模型研究摘要:研究了阳离子表面活性剂(CSAA)溴代十六烷基三甲铵(cn压AB)及溴代十六烷基吡啶(CPB)在水溶液中与阴离子酸性染料四溴荧光素(TBF)的荧光反应,发现当CSAA单体与TBF形成离子缔合物时,TBF的荧光发生猝灭,而随着CsAA胶柬与TBF继续作用又会产生一个新的、更强的荧光。进而研究了阳离子表面活性剂溴代十六烷基三甲铵及溴代十六烷基吡啶胶束体系中酸性阴离子荧光染料荧光素与四溴荧光素间的能量转移条件。结果表明只有在带相反电荷的阳离子表面活性剂形成的胶束环境中,阴离子染料间的能量转移才可能发生,且在2/3临界胶束浓度(CMc)时能量转移效率达到最大。并推测了胶束体系中染料间能量转移模型及染料间能量转移的一般规律。关键词:阴离子表面活性剂;荧光素;四溴荧光素;能量转移;模型5.1引言荧光素、四溴荧光素等用于荧光光度测定报道已经很多【881,这些染料都具有很强的荧光,但其最佳激发、发射波长差较小,因此在实际应用时为了避免瑞利散射光的干扰一般不选取染料的最佳激发波长,这样就造成染料荧光降低,方法灵敏度降低。应用能量转移技术可以很好地解决这一问题,在能量转移体系中受体的荧光是借吸收给体荧光产生的,这样既可保证受体最大限度发出荧光,也可避免光源散射光的影响。因此能量转移荧光分析具有灵敏度高、重现性好的优点。在阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠中碱性染料间能量转移的研究及应用已有报道【53'651,但对能量转移效率与临界胶束浓度(CMC)间的关系及转移模型等的研究未见报道。本文对荧光素与TBF在各种表面活性剂中的能量转移行为研究发现,只有在与能量转移的染料带有相反电荷的胶束中才发生能量转移现象,并推测了胶束中能量转移模型。5.2实验部分5.2.1仪器与试剂UV-265紫外可见分光光度计(日本岛津);l心.540荧光分光光度计(日本岛津)。.2R.第5章胶求体系中荧光素0四溴荧光素问能量转移条r}:及模础研究pHS.3C型酸度计(上海雷磁仪器厂)。四溴荧光素(TBF):5.O×104mol/L水溶液,用时稀至5.O×10‘5mol/L;荧光素:5.O×10。6mo儿水溶液;溴代十六烷基三甲铵(CTMAB)、溴代十六烷基吡啶(cPB)、十二烷基苯磺酸钠(DBS)均配成5.O×lO。mol/L水溶液;十二烷基硫酸钠(SDS):1.O×10。2mol/L水溶液;嘶tonX一100:2.O×10。mol/L水溶液;所用试剂均为分析纯,水为二次蒸馏水。5.2.2实验方法在lOmL比色管中依次加入荧光素5×10击mol/LCTMAB或CPB5×lO。3mol/L2.01.0mL,TBF5×10’5m01/L0.5mL,mL,用水稀释至刻度摇匀。放置30miIl,在A既n锄_470衄1/548砌处相对试剂空白测定荧光强度,值或扫描荧光光谱。5.3结果与讨论5.3.1阳离子表面活性剂与酸性染料单体的反应荧光素与TBF是结构相近的酸性染料其与阳离子表面活性剂的反应很相似。以TBF为例,不同浓度的表面活性剂与TBF作用见图5.1,表明,在表面活性剂浓度很稀时阳离子表面活性剂与酸性染料形成离子对使染料荧光猝灭,直至全部消失。随着表面活性剂浓度增大,表面活性剂逐渐聚集形成胶束,染料荧光逐渐增加,达CMC值时达到最大。CTMAB,CPB的CMC值分别为:9.0×lO‘4mo儿【891,9.2x10。4mol/L【删即表面活性剂浓度大于CMC时染料荧光强度最大且稳定。1.Ooo.80皇o.60o.48O.20【CASSlO.1}IMThe(?oⅡcentl’ationICASSlO.1mAIof【(:ASSl图5.1荧光猝灭及新荧光产生的过程Fig.5—11'llecourseofnorescellcequenching锄d1.CPB2.CTMABgene枷onofnewnuorescence.29.河北大学理学硕+学何论文5.3.2表面活性剂对能量转移体系的影响图5-2表面活性剂的浓度对能量转移的影响Fig.5.2Theillnul胁ceofCASSon锄ergy仃蛆sfersystem:mol/L劬忸(a)to(曲:tlleconc既仃ationofCMTAB(O.2,O.4,0.6,O.8,1.0,1.2,1.4)×10‘3Fluoresceinsodium:5.0×10’7mol/I。:TBF:2.5×10击moⅥ。由荧光素与TBF的荧光光谱、吸收光谱可知,①:荧光素的九锄=522沁m=548nm,TBF的最大吸收波长为518nm,TBF的nm与荧光素沁m相差4眦,这样就为荧光素与TBF间的能量转移提供了前提条件;②:混合体系的光谱是两者的简单叠加,即在无表面活性存在时,荧光素与TBF间不发生有效的能量转移;③:选择TBF吸收接近为零的波长47011IIl作为激发波长,既可保证荧光素有强荧光产生,又可使TBF不被激发。为研究两染料间能量转移,固定荧光素与TBF的用量,在体系中逐渐增加CTMAB用量,结果见图5.2,表明:水溶液中混合体系的荧光谱只是两染料简单叠加,未有能量转移发生,随着CTMAB用量的增加,染料间发生了有效的能量转移。能量转移效率叩可以由供体荧光的猝灭或受体荧光的增强,由公式【91切=J『一,幌得出(其中F为无给体时受体的荧光强度,凡为给体存在时受体的荧光强度)。绘制呀随表面活性剂浓度变化曲线图5.3表明:当浓度为6.O×lo.3m01/L时能量转移效率最大,浓度再增加时转移效率下降。由CndAB,CPB的CMC值可知能量转移效率最大时表面活性剂浓度在2/3CMC处。第5章胶柬体系中荧光素‘j四溴荧光素间能镑转移条件及模型研究11leconcal心ationofC瞰AB(O。111l蚤田mee衔ci锄cyofenergy图5.3表面活性剂的浓度对能量转移效率的影响Fig.5—3TheinnuenceofCASS’sFluoresceinconcell妇tionontmsf打sodi啪:5.0×10’7mol//L:TBF:2.5×lo.6mol/L在2/3CMC处分别换用阴离子表面活性剂SDs、DBs和非离子表面活性剂阿toIⅨ.100则未观察到能量转移现象。表明:在阴离子及非离子表面活性剂中,阴离子染料问不能发生能量转移现象。5.3.3荧光素与TBF浓度对能量转移效率(,7)的影响在瑁最大的表面活性剂浓度时,固定荧光素的浓度,改变TBF用量作图5.4,表明荧光素:TBF=1:3时呀达到最大。大于1:3时印值不变。本实验选l:5为最佳比例即荧光素5.0×10’6mol/L1.0mL,TBF5.O×10。5mol/L0.5mL为最佳用量。1:10Thel:22:l4:16:18:lm01盯r撕onbet诃eenTBFandFluorescem图54荧光素与四溴荧光素的浓度对能量转移效率的影响Fig.54TheinfluenceofFluoresceiIlnleef五ciency.3l一sodi啪aIldTBF’sconcen仃ationof锄ergy仃觚s缅on河北大学理学硕十学位论文5.4能量转移模型随着表面活性剂浓度增大,当全部酸性染料与阳离子表面活性剂形成离子缔合物时荧光消失,量转移发生,提高表面活性剂浓度,此时未达到其临界胶束浓度,但浓度增大到一定值时将有部分表面活性剂开始聚集而形成胶束,电荷被中和的疏水性离子缔合物很易被胶束“萃取”。离子缔合物进入胶束后,可能会重新排列而形成荧光素、TBF与表面活性剂组成的混合胶束。此时,染料的疏水基(头部)将面向水层并受到胶束正电荷的作用,而具有大共轭体系的主体部分将处于胶束的疏水芯部,见图5.5,正是这种胶束微环境拉近了能量给体与能量受体间的距离,而且使荧光增强。但此时叩值不是最大,且表面活性剂浓度继续增加时,受体荧光强度基本不变,此时胶束的增敏作用大于能量转移作用,表现为能量转移受体的荧光最强。甲F1lloresce豇lTBF零>CASS图5.5能量转移模型F培5-5nemodelofeneFgy嘶s衙5.5结论低浓度染料分子间发生有效能量转移应具备以下条件(1):两染料给体的发射波长.32.第5章胶束体系中荧光素’丁四溴荧光素间能鞋转移条件及模型研究与受体的吸收波长差值尽量小;(2):需在与染料带相反电荷的表面活性剂介质中进行;(3):表面活性剂浓度应在CMC以下且在2/3CMC左右能量转移效率叩值最大;(4):受体荧光强度受叩值及表面活性剂增敏作用共同影响,即荧光强度最大时表面活性剂浓度不一定等于2/3CMC处值;(5):两个带相反电荷染料间的能量转移机理及应用有待进一步研究。河北大学理学硕十学位论文参考文献【1】翁文婷.4,6-二溴荧光素荧光法测定微量铜离子的研究【J】.泉州师范学院学报(自然科学).2007,25(2):7l 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作者:

学位授予单位:

张彦青河北大学

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