原子光譜聯(lián)用新技術(shù)及其在形態(tài)分析和金屬組學(xué)中的應(yīng)用.pdf

1、本論文針對形態(tài)分析和金屬組學(xué)研究的需要，以毛細管電泳(CE)、高效液相色譜(HPLC)、火焰加熱石英爐原子吸收光譜(FHF-AAS)、電熱原子吸收光譜(ETAAS)和冷蒸氣原子熒光光譜(CV-AFS)等技術(shù)為依托，發(fā)展了CE-FHF-AAS、CE-ETAAS，以及HPLC-在線室溫柱后氧化-CV-AFS聯(lián)用技術(shù)，并將其應(yīng)用于環(huán)境和生物樣品中痕量元素形態(tài)分析和金屬與生物分子的相互作用研究。本論文研究工作的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點表現(xiàn)在以下幾個方面

2、： (1)提出了CE-FHF-AAS在線聯(lián)用新技術(shù)，設(shè)計和研制了適合于CE-FHF-AAS在線聯(lián)用的簡便、實用的熱噴霧接口裝置。在無需衍生和無需外輔熱源的條件下，利用CE-FHF-AAS在線聯(lián)用新技術(shù)實現(xiàn)了MeHg(Ⅰ)、PhHg(Ⅰ)和Hg(Ⅱ)的良好分離、高靈敏度和高選擇性檢測。該技術(shù)應(yīng)用于汞的形態(tài)分析的檢出限為50.8±2.4μgL<'-1>(Hg)，與汞的形態(tài)無關(guān)。汞形態(tài)(500μg L<'-1>)的遷移時間、峰高和峰面

3、積的精密度(RSD，n=7)為≤2％。該技術(shù)已成功應(yīng)用于生物樣品中痕量汞的形態(tài)分析。 (2)提出了CE-ETAAS在線聯(lián)用新技術(shù)，設(shè)計和研制了適合于CE與ETAAS在線聯(lián)用的新穎熱噴霧接口，解決了CE的連續(xù)流動性與ETAAS的非流通過性之間的矛盾，實現(xiàn)了ETAAS作為CE的在線檢測器。該技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于汞和鎘的形態(tài)分析，得到汞和鎘元素形態(tài)的檢出限分別為14.8±0.7μg L<'-1>(Hg)和1.1±0.1μg L<'-1

4、>(Cd)，汞和鎘元素形態(tài)(100μg L<'-1>)的遷移時間、峰高和峰面積的精密度(RSD，n=7)為≤3％。CE-ETAAS聯(lián)用技術(shù)還成功地應(yīng)用于Cd(Ⅱ)與牛血清白蛋白間相互作用的研究。上述初步研究表明CE-ETAAS聯(lián)用新技術(shù)具有簡便經(jīng)濟、環(huán)境友好、高靈敏度和高選擇性等優(yōu)點，在形態(tài)分析和金屬一生物分子相互作用研究中有很好的潛在應(yīng)用前景。 (3)以CE--ETAAS聯(lián)用技術(shù)為主要手段，結(jié)合圓二色光譜(CD)和傅立葉變換紅

5、外光譜(FT-IR)研究了四種形態(tài)汞(MeHg(Ⅰ)、EtHg(Ⅰ)、PhHg(Ⅰ)和Hg(Ⅱ))與DNA的相互作用。利用CE-ETAAS聯(lián)用技術(shù)直接證明了四種形態(tài)汞與DNA的相互作用以及MeHg--DNA，EtHg--DNA，PhHg--DNA和Hg--DNA加合物的生成。測得MeHg(Ⅰ)、EtHg(Ⅰ)、PhHg(Ⅰ)與DNA(以堿基對b.p.計)結(jié)合的化學(xué)計量比為1：3，而Hg(Ⅱ)與DNA結(jié)合的化學(xué)計量比為1：4。測得MeHg

6、(Ⅰ)、EtHg(Ⅰ)、PhHg(Ⅰ)和 Hg(Ⅱ)與DNA相互作用的結(jié)合常數(shù)(K<,b>)分別為(6.40±0.48)×10<'6>，(5.98±0.42)×10<'6>，(6.32±0.36)×10<'6>和(4.14±0.26)×10<'6> L mol<'-1> (37℃)。MeHg(Ⅰ)、EtHg(Ⅰ)、PhHg(Ⅰ)和Hg(Ⅱ)與DNA的結(jié)合反應(yīng)在起始30 min內(nèi)對汞形態(tài)為假一級反應(yīng)動力學(xué)特征，結(jié)合反應(yīng)對DNA為零級動力學(xué)

7、。表觀速率常數(shù)分別為(5.6±0.2)×10<'-3>，(4.7±0.2)×10<'-3>，(5.1±0.3)×10<'-3>和(4.3±0.2)×10<'-3> min<'-1>(37℃)。以上實驗數(shù)據(jù)表明甲基汞與DNA的結(jié)合能力較其他形態(tài)的汞強。四種形態(tài)汞與DNA(b.P.)在摩爾濃度比1：1作用的CD光譜表明，DNA的構(gòu)型沒有明顯變化。FT-IR光譜研究表明，四種形態(tài)汞與DNA分子的堿基間有作用，而與DNA分子骨架的糖環(huán)和磷酸基團

8、無明顯的作用。MeHg(Ⅰ)、EtHg(Ⅰ)、PhHg(Ⅰ)和Hg(Ⅱ)與不同堿基的作用具有不同的選擇性。 (4)以CE--ETAAS聯(lián)用技術(shù)為主要手段，結(jié)合CD，拉曼光譜和X-射線光電子能譜(XPS)系統(tǒng)地研究了四種形態(tài)汞(MeHg(Ⅰ)、EtUg(Ⅰ)、PhHg(Ⅰ)和Hg(Ⅱ))與人血清白蛋白(HSA)的相互作用。利用CE--ETAAS聯(lián)用技術(shù)直接證明了四種形態(tài)汞與HSA的相互作用和MeHg--HSA，EtHg--HSA，

9、PhHg-HSA和Hg--HSA加合物的生成。測得MeHg(Ⅰ)、EtHg(Ⅰ)、PhHg(Ⅰ)和Hg(Ⅱ)與HSA結(jié)合的化學(xué)計量比分別為4：1，4：1，3：1和6：1。測定了MeHg(Ⅰ)、EtHg(Ⅰ)、PhHg(Ⅰ)和Hg(Ⅱ)與HSA相互作用的結(jié)合常數(shù)(K<,b>)、自由能變(△G)、熵變(ΔS)和焓變(ΔH)等熱力學(xué)參數(shù)。發(fā)現(xiàn)了MeHg(Ⅰ)、EtHg(Ⅰ)、PhHg(Ⅰ)和 Hg(Ⅱ)與HSA有兩種結(jié)合反應(yīng)，強結(jié)合作用的K<

10、,b>分別為(1.29±0.04)×10<'7>(1.11±0.05)×10<'7>，(1.06±0.04)×10<'7>和(1.01±0.02)×10<'7>L mol<'-1>(37℃)，弱結(jié)合作用的K<,b>分別為(3.15±0.12)×10<'6>，(2.04±0.21)×10<'6>，(2.75±0.16)×10<'6>和(3.29×0.24)×10<'6>L mol<'-1>(37℃)。并且四種形態(tài)汞與HSA的兩種結(jié)合反應(yīng)都

11、是焓和熵共同驅(qū)動的自發(fā)過程(ΔG<0，ΔH<0和ΔS>0)。MeHg(Ⅰ)、EtHg(Ⅰ)、PhHg(Ⅰ)和Hg(Ⅱ)與HSA在最初30 min內(nèi)對汞形態(tài)為一級反應(yīng)動力學(xué)，對HSA為零級動力學(xué)，速率常數(shù)(k)分別為(1.12±0.03)×10<'-4>，(1.03±0.04)×10<'-4>，(0.87±0.07)×10<'-4>和(1.00±0.05)×10<'-4>min<'-1>(37℃)。四種形態(tài)汞與HSA結(jié)合反應(yīng)的表觀活化能(

12、E<,a>)在56.9～59.0 kJmol<'-1>之間。CD光譜表明無機汞與三種有機汞使HSA分子肽鏈中局部肽段骨架的構(gòu)象產(chǎn)生不同的變化。拉曼光譜和XPS實驗表明第一種即強結(jié)合位點可能是Cys-34上的巰基(-SH)。第二種是由二硫鍵、去質(zhì)子肽氮、咪唑基和吲哚基上的氮、以及去質(zhì)子羧基上的氧所形成的較弱結(jié)合位點。正是Hg(Ⅱ)在第二類位點形成了具有一定構(gòu)型的穩(wěn)定配合物，才表現(xiàn)出CD光譜中Hg(Ⅱ)作用后的HSA分子二級結(jié)構(gòu)的明顯變化。

13、 (5)以CE-ETAAS聯(lián)用技術(shù)為主要手段，結(jié)合CD和FT-IR光譜研究了Cd(Ⅱ)與DNA間相互作用。利用CE-ETAAS聯(lián)用技術(shù)直接證明了Cd(Ⅱ)與DNA的相互作用和Cd(Ⅱ)-DNA加合物的生成，測定了Cd(Ⅱ)與DNA間相互作用的K<,b>、ΔG、△S和ΔH熱力學(xué)參數(shù)。測得Cd(Ⅱ)與DNA結(jié)合的化學(xué)計量比為1：5，發(fā)現(xiàn)DNA與Cd(Ⅱ)有兩種結(jié)合反應(yīng)，其K<,b>分別為(1.36±0.04)×10<'6>和(6.9

14、±0.4)×10<'5>L mol<'-1>，(37℃)，并且這兩種結(jié)合反應(yīng)都是焓和熵共同驅(qū)動的自發(fā)過程(△G<0，△h<0和△S>0)。FT-IR光譜表明Cd(Ⅱ)易與DNA雙螺旋內(nèi)側(cè)堿基對和磷酸骨架結(jié)合，CD光譜證明了Cd(Ⅱ)與DNA的相互作用使DNA的二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。 (6)發(fā)展了適合于HPLC-CV-AFS聯(lián)用技術(shù)進行汞形態(tài)分析的在線室溫柱后氧化新技術(shù)，克服了現(xiàn)有柱后氧化技術(shù)中裝置復(fù)雜、反應(yīng)時間長等缺點，建立了汞形態(tài)