[发明专利]光催化反应产生超氧自由基的实时动态检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光催化反应产生超氧自由基的实时动态检测系统。 

背景技术

超氧自由基（O₂^·-）是一类重要的活性氧物质，广泛存在于生物体和环境介质中。在生物体内，O₂^·-是一种重要的小分子物质，参与了一系列的生理生化过程，如免疫反应、信号传导和氧化应激等过程。在环境介质中，目前O₂^·-的迁移转化等环境行为尚不十分清楚，但是越来越多的证据表明O₂^·-介导了环境介质中许多的氧化还原反应。如最新研究证实，在环境水体中，溶解性有机质（如腐植酸等）在光照下发生光敏化反应还原溶解氧生成O₂^·-，O₂^·-能够还原水体中的Ag⁺生成纳米Ag。因此测定O₂^·-能够更好的理解其在环境中的迁移和转化行为。在工程领域，特别是近年发展的高级氧化技术（AOT）中，O₂^·-也是人们关注的一种重要的活性氧。其中，光催化技术由于其绿色、节能、环保等优点引起了人们极大的研究热情。目前，光催化技术在污染物降解、水光解制氢、化合物合成、太阳能电池等方面已有广泛和深入的研究，具有巨大的应用前景。半导体光催化材料的主要工作原理是（以TiO₂半导体为例）：当TiO₂半导体材料受到能量等于或者大于其帯隙宽度的光子激发后，位于基态的价带电子被激发到导带，从而生成了价带的氧化空穴和导带的自由电子（电子-空穴对）。电子-空穴对具有强的还原和氧化能力，并且能够自由迁移，当它们迁移到半导体表面后与表面吸附的小分子（H₂O、OH^-、O₂）发生一系列的反应生成活性氧类物种（主要是·OH、O₂^·-、H₂O₂）。其中O₂^·-在光催化反应中是一种重要的活性氧，它在污染物降解过程中起了重要的作用，有研究表明O₂^·-的数量与污染物的矿化程度有直接关系。此外，O₂^·-还可以在光催化反应中生成羟基自由基和过氧化氢，从而间接影响其它活性氧的生成，因此，O₂^·-的数量是衡量一种光催化剂性能的重要指标。 

目前常用的测量O₂^·-的方法主要有电子自旋共振技术（ESR）、分光光度法等，但是这些方法都有其各自的局限性。例如，电子自旋共振法需要捕获探针，但是生成的加合物不稳定，有文献报道，当用DMPO捕获O₂^·-时，生成的加合物（DMPO-OOH）容易分解生成羟基自由基的加合物（DMPO-OH）。此外，由于捕获探针的特异性较差，在光催化反应中生成的羟基自由基会干扰测定，因此为了消除羟基自由基的干扰，常常将光催化材料分散在有机溶剂中，如DMSO等，但是这与实际的光催化反应环境相差很大，不能完全准确的反映光催化材料产生O₂^·-的过程。最后，ESR作为一种技术手段，它的技术特点是通过对g值分析进行定性，但是在定量方面灵敏度较差。分光 光度法在测定O₂^·-，特别是生物体内O₂^·-时有较多应用，如NBT还原法、XTT还原法以及细胞色素c还原法。它们一般的操作流程是先将探针加入到待测体系中与O₂^·-反应，然后再上机测定其生成物质的吸光度，因此操作步骤繁琐。此外该方法的灵敏度和特异性较差，对于光催化反应来说，超氧自由基的浓度较低，而且其它的活性氧可能会对其测定产生干扰，因此也制约了该方法的使用。因此发展一种简单、快速、准确、特异的测定光催化反应生成O₂^·-的方法具有重要意义。