高壓汞燈光照下產(chǎn)生氫氧自由基的研究

高壓汞燈光照下產(chǎn)生氫氧自由基的研究

氫氧自由基的研究引起了人們的注意。氫氧自由基的高生命力可以促進一些難分解的有機分解，或縮短分解過程。此外，氫氧自由基與生命器官的許多活動有關。很多物質(zhì)或物質(zhì)配合后的光化學反應能產(chǎn)生氫氧自由基。銅離子在環(huán)境中是常見元素，P.R.等報道了水中溶解銅的濃度為4～560μg/L。在天然水體中，銅能夠與羧酸類物質(zhì)和腐殖酸形成配合物，也可以同藻形成表面配合物，Gonzalez-davila等研究了杜氏藻表面及其分泌物鍵合銅的行為。G.Maihot等研究了水溶液中銅與羧酸類物質(zhì)的配合物的光化學轉(zhuǎn)化。銅離子的存在對于天然水體中氫氧自由基的生成量可能有影響，KojUchida等報道了銅離子與抗壞血酸組成的系統(tǒng)能生成氫氧自由基，但是其中沒有涉及此系統(tǒng)在光照條件下的氫氧自由基的產(chǎn)生情況。JanSykora闡述了銅-配合物在光反應中可能生成活性氧的情況，其中并沒肯定氫氧自由基的生成。我們用探針捕獲方式測定了光照條件下水溶液中銅離子存在時以及銅離子與其它幾種物質(zhì)配合存在時的氫氧自由基的產(chǎn)生情況。1實驗部分1.1水生動物培養(yǎng)CuSO4·5H2O,抗壞血酸，檸檬酸鈉，普通小球藻（Chlorellavulgaris），水生四號（HB-4）培養(yǎng)基，乙腈（色譜純），所用蒸餾水為二次蒸餾水。1.2色譜柱及色譜柱高效液相色譜儀（YSB-2平流泵，Waters481型紫外分光光度計檢測器，SUPELCO516C-18色譜柱），250W高壓汞燈(λmax≥365nm)。HGP300型恒溫光照培養(yǎng)箱（中國科學院武漢科學儀器廠），LD5-2A型離心機（北京醫(yī)用離心機廠），8mL石英試管（長7cm直徑1.5cm，厚1mm）,TES1332型數(shù)位式照度計，自制同心圓式光反應支架。1.3測試方法1.3.1接種及培養(yǎng)藻普通小球藻藻種由中國科學院武漢水生生物研究所購得，用水生四號（HB-4）培養(yǎng)基進行培養(yǎng)，無菌條件下進行接種，放入恒溫光照培養(yǎng)箱，24h/d光照，光強2000lx，培養(yǎng)溫度25℃。當藻處于對數(shù)生長期及藻濃度較大時，取出清洗作為實驗用藻。將藻移入離心管中離心分離倒出培養(yǎng)液后用二次蒸餾水離心清洗三次。在顯微鏡下用血球計數(shù)板數(shù)藻細胞個數(shù)，處理好的藻用于配制反應液。1.3.2上清液分析光源為250W高壓汞燈，光強為31000lx，光反應器為石英試管，反應液分裝于石英試管內(nèi)置于光反應架上，反應液中加有苯，濃度為0.005mol/L,4h后取出，對于含藻的反應液須對試樣進行離心（4000r/min,20min），對其上清液進行分析。配制不同系統(tǒng)及不同濃度樣品研究其中的影響因素，并做暗反應對照。1.3.3苯酚生成量與氫氧自由基用量的確定采用hplc以苯作為捕獲劑，氫氧自由基可被高濃度的苯捕獲，苯與氫氧自由基反應具有較好的選擇性，苯不與O2(1△g）發(fā)生反應。苯由于直接光解或被過氧化氫、O2(1△g）及其他氧化劑氧化而消耗的速率相對于苯被氫氧自由基氧化成苯酚的速率是很慢的。實驗表明，4h高壓汞燈光照下，蒸餾水中0.005mol/L苯直接光解未有損失，且未見有苯酚生成?；诒緦嶒炛斜降母邼舛纫约氨脚c氫氧自由基的強反應，認為反應系統(tǒng)產(chǎn)生的所有氫氧自由基全被苯捕獲。本實驗用液相色譜法（HPLC）測定苯酚，苯酚的生成量視為氫氧自由基的生成量。HPLC的主要測定條件為：270nm檢測波長，40%乙腈流動相,流速為0.8mL/min。本條件下HPLC檢出限為0.3μmol/L，苯酚HPLC測定的標準曲線方程為C=0.61909+0.000630983×A,r=0.99993，根據(jù)峰面積A與濃度C關系進行定量計算。每次做樣品分析時，也對標準進行測定。2結果與討論2.1ph值對氫氧自由基產(chǎn)生量的影響配制不同濃度的銅離子和抗壞血酸混合溶液在室內(nèi)自然光（光強1500～1700lx，室溫11℃）和高壓汞燈光照下反應，光照時間為4g，如表1，表2所示。實驗結果表明，銅離子和抗壞血酸混合溶液在高壓汞燈光照及自然光照下均有氫氧自由基產(chǎn)生，但在高壓汞燈光照條件下產(chǎn)生量大幅度增加，本實驗中最高可達40.81μmol/L，而同樣濃度條件下無汞燈光照時所產(chǎn)自由基量為6.93μmol/L，另外隨著抗壞血酸濃度的增加，氫氧自由基的產(chǎn)生量增加。但當銅離子濃度增加時的情況卻并非如此，在銅離子濃度為5mg/L和7.5mg/L時，氫氧自由基的產(chǎn)生量比其兩端鄰近的銅離子濃度下產(chǎn)生量大，這可能由于銅離子主要起的是催化作用，當銅離子濃度從低濃度上升時其催化作用增強，超過一定濃度后其強化作用不再占優(yōu)勢，銅離子濃度再增加時可能會起反催化作用，或者銅離子促使苯酚分解。單獨銅離子溶液光照時也有類似現(xiàn)象。單獨銅離子溶液中加入苯光照4h后檢出的苯酚量見表2，銅離子濃度為2.5mg/L時氫氧自由基產(chǎn)生量為1.12μmol/L，當銅離子濃度為15mg/L時氫氧自由基產(chǎn)生量為1.09μmol/L，在銅離子濃度為7.5mg/L和10mg/L時的氫氧自由基產(chǎn)生量大于左右的鄰近濃度，反應系統(tǒng)對應的暗反應4h后沒有苯酚檢出。單獨抗壞血酸溶液中加入苯光照4h后檢出的苯酚量見表1，結果表明，單獨抗壞血酸溶液中氫氧自由基的產(chǎn)生量隨抗壞血酸濃度的增加而增加，反應系統(tǒng)對應的暗反應4h后沒有苯酚檢出。本次實驗中也測定了在銅離子濃度為2.5mg/L，抗壞血酸濃度為5mg/L時，不同pH值條件下氫氧自由基的產(chǎn)生量（見表3）,室內(nèi)自然光照4h后氫氧自由基的產(chǎn)生量范圍為2.2～3.27μmol/L，而高壓汞燈光照4h后氫氧自由基產(chǎn)生量為10.99～13.19μmol/L。酸性條件有利于自由基的產(chǎn)生，但在pH值為5～7時，pH值影響不大，反應所產(chǎn)生自由基量相近。2.2檸不同酸鈉溶液對氫氧自由基的影響配制不同濃度的銅離子與檸檬酸鈉混合溶液在高壓汞燈下照射4h能產(chǎn)生氫氧自由基，結果如表4所示。氫氧自由基的產(chǎn)生隨檸檬酸鈉溶液濃度的增加而增加。反應系統(tǒng)對應的暗反應中沒見自由基生成。2.3銅離子催化作用配制不同濃度的銅離子與小球藻混合溶液分裝于石英試管在高壓汞燈下照射4h產(chǎn)生氫氧自由基的量如表5,6所示。結果表明在銅離子濃度低時（如銅離子濃度為2.5mg/L和5mg/L時）銅離子能使藻液光致產(chǎn)生的氫氧自由基量成倍增加，在銅離子濃度繼續(xù)增大后（如銅離子濃度為10mg/L和15mg/L時），銅離子的催化作用減弱。此系統(tǒng)中銅離子可能與藻配合或與藻分泌物及藻死后所產(chǎn)酸類物質(zhì)配合而促使自由基生成。以上各藻液反應系統(tǒng)對應的暗反應中沒有自由基生成。3高壓汞燈光照條件穩(wěn)定性機理(1）銅與抗壞血酸混合液在高壓汞燈光照下產(chǎn)生的氫氧自由基量比室內(nèi)自然光下產(chǎn)生的氫氧自由基量要大很多，高壓汞燈光照時所產(chǎn)生的自由基量為不光照時的六到七倍。高壓汞燈光照條件增強了銅與抗壞血酸反應產(chǎn)生氫氧自由