[发明专利]半导体微纳米结构光生活性氧物种定性分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种定性分析半导体微纳米结构光生活性氧物种的方法。

背景技术

半导体微纳米结构因其优越的光/电催化特性，一方面在环境治理和能源转化与利用等领域越来越多引起科学研究和工业界的重视，这也激发了科学家们研究半导体光催化活性中光物理和光化学反应机理的浓厚兴趣。但另一方面，半导体微纳米颗粒的大量使用不可避免地将会引起新的环境、生物和健康安全危机，而对于这些纳米颗粒的安全性评价则需要掌握半导体光活性的反应机理。光激发空穴/电子对的产生及电子转移行为被认为是决定半导体纳米颗粒光致化学反应的关键因素。作为电子和空穴的可能产物，活性氧物种是半导体光催化反应过程中的典型活性中间物种。活性氧物种(Reactive Oxygen Species,ROS)，指的是一组化学活性很高的含氧分子或物种，主要包括羟基自由基(·OH)、超氧负离子自由基(O₂^-·)、单线氧(¹O₂)、和过氧化氢(H₂O₂)等。在生物体内，这些活性氧物种扮演着信号调节和维持应激平衡的重要功能，它们通常是很多生物有氧代谢的副产品。活性氧物种有着非常活泼的化学特性，比如羟基自由基氧化性极强，可以无选择性对周围的生物活性结构造成严重损坏。活性氧自由基的过度产生引起的氧化应激被认为是导致细胞老化以及许多癌症和老年退行性疾病的主要原因。另外，活性氧物种与纳米颗粒尺寸、形貌、价带结构和晶体结构在半导体纳米结构光活性中的重要性类似，活性氧物种的产生也被视为决定半导体光活性催化特性、抗菌活性或细胞毒性的内在重要参数。因此，建立一种能够用于半导体微纳米结构光辐照中产生的不同种类活性氧物种鉴别分析的方法，将会对于理解半导体光活性特征及对新材料的设计和安全性评价有重要的作用。

目前，对于活性氧物种的检测，主要有三种方法：化学发光光谱法（CL）、荧光光谱法（FL）和电子自旋共振波谱法（Electron spin resonance spectroscopy,ESR)）。相比而言，化学发光光谱法能够简单测定羟基自由基、超氧自由基和过氧化氢的存在但是不能够准确区分它们。荧光法是使用最多的间接检测ROS的方法，能够相对容易检测ROS的存在，但是这种方法很容易受到其他氧化活性物质的干扰并且需要额外的仪器如HPLC来区分确定ROS的种类。电子自旋共振波谱法结合自旋捕获技术是目前定性和定量测定短寿命自由基和ROS最可靠、最直接的方法，已被广泛应用于生物医学、考古化学等领域。这种方法是利用自旋捕获分子与自由基反应形成一种相对稳定的自旋加合物，然后基于这种加合物具有的特征ESR信号进行ROS的识别和测定。但是这种方法存在不够严谨的问题，常常会导致对ROS检测的准确性降低。比如对于同种类纳米材料TiO₂，有的文献报道TiO₂能够产生超氧自由基，而有的文献却认为不能产生。

发明内容

本发明针对现有检测活性氧物种技术的不足，提供一种自旋捕获-清除技术相结合定性分析半导体微纳米结构光生活性氧物种的方法。

本发明为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种定性分析半导体微纳米结构光生活性氧物种的方法，它包括：

将待检测半导体微纳米颗粒、自旋捕获剂BMPO和去离子水混合后得到混合溶液A，利用电子自旋共振波谱仪得到光辐照后的ESR光谱A；另将待检测半导体微纳米颗粒、自旋捕获剂BMPO、超氧化物歧化酶SOD和去离子水混合后得到混合溶液B，利用电子自旋共振波谱仪得到光辐照后的ESR光谱B；通过比较ESR光谱A、B，进行超氧自由基、羟基自由基的定性分析；

将待检测半导体微纳米颗粒、自旋捕获剂TEMP和去离子水混合后得到混合溶液C，利用电子自旋共振波谱仪得到光辐照后的ESR光谱C；另将待检测半导体微纳米颗粒、自旋捕获剂TEMP、NaN₃和去离子水混合后得到混合溶液D，利用电子自旋共振波谱仪得到光辐照后的ESR光谱D；通过比较ESR光谱C、D，进行单线氧自由基的定性分析。