零流電位法測絲肽素和活性深藍(lán)的作用

1、 PAGE18 / NUMPAGES24 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：零流電位法研究絲素肽與活性深藍(lán)M-2GE 的相互作用 學(xué)院：環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院專業(yè)班級：應(yīng)用化學(xué)08級（1）班指導(dǎo)教師：馬明明職稱：教授學(xué)生某：趙飛學(xué)號： 40804010107摘 要本文采用零流電位法研究了活性深藍(lán)M-2GE與絲素肽相互作用，計算出兩者的結(jié)合比、結(jié)合常數(shù)和結(jié)合速率常數(shù)。通過不同濃度活性深藍(lán)M-2GE中鉛筆電極的變化，按照方程計算出出結(jié)合比=1.121，結(jié)合常數(shù)=1.12106，按照結(jié)合速率方程，得到結(jié)合速率常數(shù)=4.05。關(guān)鍵詞：絲素肽，活性深藍(lán)M-2GE，零流電位ABSTRACT This paper main

2、ly studies the bination of activated blue dye M-2GE silk peptide after at a carbon paste electrode behavior change, according to the change of M-2GE concentration, thereby determining the change of the electrode potential. Through the first electrode adsorption silk peptide time optimization, determ

3、ined the reaction time. Then the concentration of M-2GE was optimized, determine the reaction concentration range, and then by cyclic voltammetry, with different concentrations of M-GE under both reaction potential test, find out the silk peptide in different concentration of M-2GE potential and con

4、centration of the linear relationship, and then calculate the adsorption ratio and adsorption constant.KEY WORDS:cyclic voltammetry, silk peptide, reactive blue M-2GE, Zero current potential.目 錄 TOC o 1-3 h u 第1章緒論21.1 絲素肽簡介21.2活性深藍(lán)M-2GE簡介21.3 循環(huán)伏安法21.3.1 循環(huán)伏安法的概念31.3.2循環(huán)伏安法的基本原理31.3.3循環(huán)伏安法的應(yīng)用31.3.4

5、 循環(huán)伏安法的用途4第2章實驗部分52.1實驗材料52.1.1 實驗試劑52.1.2 儀器設(shè)備52.2 試劑的配制52.2.1絲素肽溶液的配制52.2.2 B-R緩沖溶液的配制62.2.3活性深藍(lán)M-2GE溶液的配制62.2.4 體系溶液的配制62.3 實驗方法62.3.1 絲素肽吸附時間的選擇62.3.2 M-2GE-絲素肽體系反應(yīng)時間的選定62.3.3 研究M-2GE濃度與電位的關(guān)系7第3章實驗結(jié)果及討論83.1 最佳絲素肽吸附時間選擇結(jié)果83.2 絲素肽與染料活性深藍(lán)M-2GE相互作用83.3研究M-2GE濃度與電位的關(guān)系103.4活性深藍(lán)M-2GE與絲素肽相互作用動力學(xué)研究12參考文獻(xiàn)

6、16致謝18誠信聲明19前 言生物大分子如蛋白質(zhì)和染料等與小分子物質(zhì)(包括藥物分子、染料分子和金屬離子及其配合物等)相互作用，是超分子化學(xué)和生命科學(xué)等領(lǐng)域研究的熱門課題，在化學(xué)、生命科學(xué)及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域激起了科學(xué)家廣泛的興趣。活性深藍(lán)M-2GE用于棉和膠粘纖維的染色，尤其適用于竭染法，也可用于麻和絲綢的染色,高溫穩(wěn)定性優(yōu)良，耐酸穩(wěn)定性好。偶氮類染料是金屬離子的靈敏顯色劑，其應(yīng)用于蛋白質(zhì)的檢測較少，研究其與蛋白質(zhì)的作用成為熱點。偶氮類染料大多水溶性好，具有鮮明的顏色，由于其與蛋白質(zhì)結(jié)合力強(qiáng)，結(jié)合后伏安特性發(fā)生顯著變化，靈敏度高，易于檢測及抗干擾能力強(qiáng)而備受關(guān)注。到目前為止，研究者提出了多種小分子染料和

7、蛋白質(zhì)的主要結(jié)合模型，它們分別適用于不同的情況。Scatchardl4模型假設(shè)對于每一種配體，蛋白質(zhì)上每個結(jié)合部位都是一致的，并且相互之間不存在相互作用。Taira5提出了專一性和非專一性模型(S-NS模型)，專一性結(jié)合的特點是高親和性和較小的最大結(jié)合數(shù)，非專一性結(jié)合的特點是低親和性和不存在最大結(jié)合數(shù)，兩種作用之間不存在協(xié)同作用。近年來染料作為探針在蛋白質(zhì)的測定中日益受到關(guān)注6。陽等人采用分光光度法對酸性鉻藍(lán)K、熒光黃、偶氮磺III、溴偶氮磺III、3二(羧甲基)氨甲基11，2一二羥基蒽醌、溴酚藍(lán)與蛋白質(zhì)的相互作用進(jìn)行了研究。7-11高峰12等研究了燦爛甲酚藍(lán)在陰離子表面活性劑存在下二聚體的熒

8、光性能，以此建立了蛋白質(zhì)的分析方法。王海人13等人用熒光素建立了BSA的分析方法，結(jié)果令人滿意。羅宗銘14,15等研究了鉻天青S、溴甲酚綠、溴鄰苯三酚紅、甲基百里酚藍(lán)、酸性品紅等與蛋白質(zhì)的相互作用，建立了測定蛋白質(zhì)的方法。本文主要研究了文主要研究了活性深藍(lán)M-2GE結(jié)合絲素肽后在鉛筆芯電極上的伏安行為變化，根據(jù)M-2GE濃度的變化，從而測定電極電位的變化，進(jìn)一步計算出兩者的結(jié)合比和結(jié)合常數(shù)。第一章 緒 論1.1絲素肽簡介絲肽是蠶絲蛋白的酶水解產(chǎn)物，為可溶性天然純絲蛋白，含人體必需氨基酸，可被人體所吸收，淡黃色清澈液體或粉劑，分子量3002 000，pH值57。與水、40%乙醇、PVA、PVP、

9、陰離子、陽離子、非離子以及兩性表面活性劑均有很好的相溶性。作用與用途: 絲肽分子結(jié)構(gòu)上有許多親水性基團(tuán)(如-OH、-COOH、-NH2、NH等)處于分子立體結(jié)構(gòu)的表面，這一結(jié)構(gòu)表明絲肽即天然調(diào)濕因子，具很好的保濕作用。有試驗表明：在溫度27，相對濕度86%RH，吸濕時間12小時條件下，濃度 2.5%的絲肽溶液的吸濕率相當(dāng)于濃度48%的甘油的吸濕率。即在化妝品加入少量的絲肽溶液即可獲得良好的保濕和吸濕性。另有試驗表明：絲肽滲透力極強(qiáng)，涂于皮膚10秒鐘左右，小分子絲肽就能滲入皮膚角質(zhì)層，發(fā)揮保濕作用，其透過角質(zhì)層即與皮膚上皮細(xì)胞結(jié)合，并被細(xì)胞作用營養(yǎng)物質(zhì)吸收，參與和促進(jìn)細(xì)胞代謝，使皮膚光澤、滋潤、

10、柔軟、富有彈性。分離提取過程：稱取備用的蠶繭或蠶絲，計量，將其放人搪瓷反應(yīng)器中，加入適量去離子水，加熱、加堿，并不斷調(diào)節(jié)pH 值，使蠶絲充分水解，然后冷至常溫，調(diào)其玻美度、脫色、除雜、抽濾、貯存?zhèn)溆谩?.2活性深藍(lán)M-2GE簡介活性深藍(lán)M-2GE為暗藍(lán)色粉末，分子式C34H22IN10Na5O19S6，分子量1308.81，易溶于水，50時在水中溶解度為80克/升。一般用于棉和膠粘纖維的染色，尤其適用于竭染法，也可用于麻和絲綢的染色。高溫穩(wěn)定性優(yōu)良，耐酸穩(wěn)定性好。制備或來源：由對氨基苯磺酸經(jīng)重氮化，與H酸偶合，然后與2，4-二氨基苯磺酸與三聚和間位酯縮合產(chǎn)物的重氮化物偶合而得。1.3 循環(huán)伏安

11、法1.3.1 循環(huán)伏安法的概念作為一種電位掃描技術(shù)，循環(huán)伏安法16的應(yīng)用越來越廣泛。由于其電化學(xué)譜可以直觀方便的測得，方便于研究各種機(jī)理的動力學(xué)參數(shù)，所以當(dāng)人們首次研究一個體系的時候，循環(huán)伏安法是較為有效的一種研究手段。循環(huán)伏安法是線性掃描的一種，即在停止電位掃描前，用已知掃描速率v，掃描電極電位，并限制其在起始電位E1和終止電位E2之間。循環(huán)伏安實驗在三電極電解池里進(jìn)行，本實驗中以碳糊電極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，鉑電極為輔助電極組成三電極體系。當(dāng)外加電壓作用于工作電極上，在正向掃描過程中出現(xiàn)一個氧化反應(yīng)峰，在反向掃描過程中出現(xiàn)還原反應(yīng)峰，電壓完成一次循環(huán)掃描，將記錄下電流與電壓E

12、的對應(yīng)關(guān)系，即為循環(huán)伏安曲線(cv曲線)。當(dāng)使用循環(huán)伏安法研究一個體系時，為了對這個體系進(jìn)行摸索，通常由定性實驗開始，然后進(jìn)行半定量和定量研究，并進(jìn)而計算出動力學(xué)參數(shù)。在一個典型的定性研究中，通常在一個較寬的掃描X圍內(nèi)記錄相應(yīng)的伏安曲線。一般將會出現(xiàn)幾個峰，借助觀察電極電位變化時這些峰的出現(xiàn)和消失情況，記錄第一次循環(huán)和后繼循環(huán)之間的差別，就有可能測定出由這些峰表示的有關(guān)反應(yīng)過程。同時，掃描速率和峰值的關(guān)系可以鑒別吸附、擴(kuò)散和偶合均相反應(yīng)等作用。1.3.2 循環(huán)伏安法的基本原理如以等腰三角形的脈沖電壓加在工作電極上，得到的電流電壓曲線包括兩個分支，如果前半部分電位向陰極方向掃描，電活性物質(zhì)在電極

13、上還原，產(chǎn)生還原波，那么后半部分電位向陽極方向掃描時，還原產(chǎn)物又會重新在電極上氧化，產(chǎn)生氧化波。因此一次三角波掃描，完成一個還原和氧化過程的循環(huán)，故該法稱為循環(huán)伏安法，其電流 電壓曲線稱為循環(huán)伏安圖。如果電活性物質(zhì)可逆性差，則氧化波與還原波的高度就不同，對稱性也較差。循環(huán)伏安法中電壓掃描速度可從每秒鐘數(shù)毫伏到1伏。工作電極可用懸汞電極，或鉑、玻碳、石墨等固體電極，本實驗所用電極為碳糊電極。1.3.3 循環(huán)伏安法的應(yīng)用循環(huán)伏安法是一種很有用的電化學(xué)研究方法，可用于電極反應(yīng)的性質(zhì)、機(jī)理和電極過程動力學(xué)參數(shù)的研究。但該法很少用于定量分析。（1）電極可逆性的判斷循環(huán)伏安法中電壓的掃描過程包括陰極與陽極

14、兩個方向，因此從所得的循環(huán)伏安法圖的氧化波和還原波的峰高和對稱性中可判斷電活性物質(zhì)在電極表面反應(yīng)的可逆程度。若反應(yīng)是可逆的，則曲線上下對稱，若反應(yīng)不可逆，則曲線上下不對稱。電極反應(yīng)機(jī)理的判斷循環(huán)伏安法還可研究電極吸附現(xiàn)象、電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物、電化學(xué)化學(xué)耦聯(lián)反應(yīng)等,對于有機(jī)物、金屬有機(jī)化合物及生物物質(zhì)的氧化還原機(jī)理研究很有用。1.3.4 循環(huán)伏安法的用途（1）判斷電極表面微觀反應(yīng)過程（2）判斷電極反應(yīng)的可逆性（3）作為無機(jī)制備反應(yīng)“摸條件”的手段（4）為有機(jī)合成“摸條件” （5）前置化學(xué)反應(yīng)（CE）的循環(huán)伏安特征（6）后置化學(xué)反應(yīng)（EC）的循環(huán)伏安特征（7）催化反應(yīng)的循環(huán)伏安特征第二章 實驗部分2.

15、1實驗材料2.1.1 實驗試劑鹽酸純度：36.46%某市科龍化工試劑廠磷酸純度：97.99 %某市化學(xué)試劑六廠硼酸純度：61.83 %某化學(xué)試劑廠氫氧化鈉 分子量：40.00 某市西隴化工廠絲素肽 分子量：3002 000 諾維信試劑某活性深藍(lán)M-2GE 分子量：1308.81 某申新化工試劑廠碳粉 分子量：12.01 某市博迪化工某硅油 分子量：13700 某市紅巖化學(xué)試劑廠2.1.2 儀器設(shè)備電化學(xué)分析儀 型號：H 某辰華儀器某甘汞電極 型號：232 某羅素科技某鉑電極 型號：CHI129 某江東精密儀器某 電子天平 型號：FA1204B 某精密科學(xué)儀器容量瓶：100mL, 200mL,

16、250mL 某玻璃廠移液管：1mL，2mL，5mL,10mL 某玻璃廠燒杯：10mL，100mL 某玻璃廠比色管：20mL 某玻璃廠2.2 試劑的配制2.2.1絲素肽溶液的配制用分析天平稱取0.5g絲素肽，溶解后放入200mL容量瓶中定容，絲素肽基礎(chǔ)液的濃度為2.5g/L。2.2.2 B-R緩沖溶液的配制稱取3.92g磷酸，2.40g乙酸和2.47g 硼酸于1000mL容量瓶中，加蒸餾水定容，得1/25 mol/L混酸1000mL。用分析天平稱取8.0gNaOH，在燒杯中溶解后移入1000mL容量瓶中，加蒸餾水定容，得0.2mol/LNaOH溶液1000mL。2.2.3活性深藍(lán)M-2GE溶液的

17、配制用分析天平稱取0.0605g活性深藍(lán)M-2GE，在燒杯中溶解后移入1L容量瓶中，加蒸餾水定容，得1e-4mol/L的活性深藍(lán)M-2GE的儲備溶液。2.2.4 體系溶液的配制絲素肽溶液：從儲備液中取5.2ml絲素肽溶液，加入50ml容量瓶中，然后加蒸餾水至50ml刻度處，搖勻，得到0.25g/L絲素肽溶液。活性深藍(lán)M-2GE：分別移取0.5mL,1mL, 2mL, 3mL, 4mL, 5mL, 6mL, 7mL的活性深藍(lán)M-2GE儲備液加入8支50mL容量瓶中，加蒸餾水至50mL刻度線，搖勻，使容量瓶中溶液的濃度分別為1e-6mol/L，2e-6mol/L，4e-6mol/L，6e-6mol

18、/L，8e-6mol/L，10e-6mol/L，12e-6mol/L，14e-6mol/L。BR緩沖溶液的配制：移取100mL混酸儲備液和45mL氫氧化鈉儲備液加入200mL容量瓶中，搖勻。2.3 實驗方法2.3.1 絲素肽吸附時間的選擇將裸鉛筆芯電極浸泡在含絲素肽0.26g/L的BR緩沖液中，經(jīng)過不同時間后，記錄下Ezcp。不同浸泡時間的電極與M-2GE溶液進(jìn)行反應(yīng)，通過對分析對比選出浸泡時間比較理想的一組。2.3.2 M-2GE-絲素肽體系反應(yīng)時間的選定將絲素肽/鉛筆芯電極浸入含有一定濃度的M-2GE的BR(pH6.37)緩沖液中，以一定時間間隔掃描電位,等到電位穩(wěn)定后記錄時間，選取該時間

19、為M-2GE-絲素肽體系的最佳反應(yīng)時間。2.3.3 研究M-2GE濃度與電位的關(guān)系將絲素肽/鉛筆芯電極分別浸入不同濃度的活性深藍(lán)M-2GE（1.010-6 1.210-5mol/L）溶液中，以上面選取的最佳反應(yīng)時間為基礎(chǔ)，進(jìn)行零流電位的測量，通過測量出來的數(shù)據(jù)求得線性方程，并計算結(jié)合比和結(jié)合常數(shù)。2.3.4 活性深藍(lán)M-2GE與絲素肽相互作用動力學(xué)研究任取M-2GE反應(yīng)X圍內(nèi)的一組濃度，與絲素肽/鉛筆芯電極進(jìn)行反應(yīng)，每隔一段時間對電位進(jìn)行記錄，對記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得出線性關(guān)系圖，并計算線性關(guān)系，從而求得結(jié)合速率。第三章 實驗結(jié)果及討論3.1 最佳絲素肽吸附時間選擇結(jié)果將裸鉛筆芯電極浸泡在含絲素

20、肽0.26g/L的BR緩沖液中，經(jīng)過不同時間后，記錄下Ezcp，作Ezcp-t（時間）曲線如圖1所示，由圖知，在前45分鐘，Ezcp值增大很快，絲素肽附著前期，電位變化很靈敏，180min后，零流電位為0.1422V穩(wěn)定不變；選取8只浸泡不同時間（7min，15nim，25min，35min，1h，3h，15h，24h）的電極；實驗發(fā)現(xiàn)，浸泡時間（7min，15min，25min）較短時，膜太薄或太短，電極只在很小染料M-2GE濃度X圍有電位響應(yīng)，浸泡1h，3h，15h，24h時，絲素肽附著較長，但電極對不同濃度的M-2GE電位響應(yīng)間距很小，綜上所述，絲素肽附著時間定為35min。圖1.絲素肽

21、吸附時間/電位圖3.2 絲素肽與染料活性深藍(lán)M-2GE相互作用 將絲素肽/鉛筆芯電極浸入含有4.010-6mol/LM-2GE的BR(pH6.37)緩沖液中，以一定時間間隔掃描電位，記錄CV曲線和電位迭加圖如圖2所示，圖2.電位迭加圖通過上圖可以看到鉛筆芯電極在吸附絲素肽后，和鉛筆-絲素肽電極放入M-2GE溶液中后有明顯的電位變化，說明反應(yīng)的存在。從結(jié)果來看，在0240s內(nèi)，隨著浸泡時間的延長，零流電位Ezcp逐漸從0.1405V負(fù)移到0.1226V。零流電位Ezcp和浸入時間t呈線性關(guān)系（如圖3），線性方程為Ezcp/V=0.1461-1.5110-4t/s(r=0.9937,n=7)。在1

22、60s后，零流電位Ezcp不會隨浸泡時間的延長而移動，定為0.1226V，說明絲素肽與深藍(lán)M-2GE反應(yīng)完全。圖3.絲素肽與活性深藍(lán)M-2GE時間/電位圖3.3研究M-2GE濃度與電位的關(guān)系將絲素肽/鉛筆芯電極分別浸入不同濃度的活性深藍(lán)M-2GE（1.010-6 1.210-5mol/L）溶液中，160s后在絲素肽/鉛筆芯電極上施加線性電位Ezpp，記錄到的I-Eapp曲線如圖4所示，可知，隨著M-2GE濃度的增加，從曲線看出，零流電位Ezcp逐漸從-0.0231V正移到0.0099V。由于隨M-2GE濃度的逐漸增加，在相同時間內(nèi)更多的M-2GE與鉛筆芯電極上絲素肽分子結(jié)合，引起界面電位變化越

23、大，零流電位Ezcp移動也變大。圖4.絲素肽-M-2GE電位迭加圖a濃度為1.010-6mol/L，b濃度為2.010-6mol/L，c濃度為4.010-6mol/L，d濃度為,6.010-6mol/L，e濃度為8.010-6mol/L，f濃度為1.010-5mol/L。圖5.logM-2GE與電位圖因絲素肽/鉛筆芯電極是浸泡M-2GE溶液240s后，再施加線性電位掃描，可知，絲素肽先與M-2GE結(jié)合（式1）： （1） 當(dāng)施加線性掃描電位后，而膜上逆反應(yīng)（式2）： （2）所以加上電位后，界面電位用能斯特方程來表示（式3）： （3） 式（3）中，K為包括sp/鉛筆芯電極的標(biāo)準(zhǔn)電極電位等參數(shù)的常數(shù)

24、；sp-(M-2GE)x為絲素肽與M-2GE反應(yīng)后結(jié)合物的濃度，sp為游離絲素肽濃度，n是電極反應(yīng)的得失電子數(shù)。 絲素肽(sp)與M-2GE結(jié)合成sp-(M-2GE)x （4）式中，x為結(jié)合比，結(jié)合常數(shù)。 （5）式中，-界面電位，-參比電極，Ezcp-零流電位。將式（3）和式（4）代入式（5）中，可得 （6）其中，等于絲素肽/鉛筆芯電極在BR（pH6.37）緩沖液中的Ezcp=-0.0026V。在活性深藍(lán)M-2GE濃度為1.010-6 1.210-5mol/LX圍內(nèi)，零流電位Ezcp與logM-2GE呈線性關(guān)系，如上圖5，線性方程為：Ezcp=0.1752+0.0331 logM-2GE（R=

25、0.997，n=6）。將線性方程與式（6）比較可知，=0.0331，=0.1752，其中K為室溫295K，n=1（查文獻(xiàn)25得）計算得結(jié)合比=1.121，結(jié)合常數(shù)=1.12106 。3.4活性深藍(lán)M-2GE與絲素肽相互作用動力學(xué)研究當(dāng)活性深藍(lán)M-2GE與絲素肽生成，式如下假設(shè)活性深藍(lán)M-2GE與絲素肽作用過程為一級反應(yīng)，其反應(yīng)速率可表示： 式（7）式（7）中，為在t時刻與絲素肽反應(yīng)的活性深藍(lán)M-2GE的分子數(shù)，為可以與絲素肽反應(yīng)的活性深藍(lán)M-2GE分子總數(shù)，為溶液中活性深藍(lán)M-2GE的初始濃度，為正向反應(yīng)速率常數(shù)，可認(rèn)為M-2GE與絲素肽作用的完全程度，用表示，（7）式可變?yōu)?（8）積分可得，

26、反應(yīng)完全程度與任意反應(yīng)時間的關(guān)系 （9）因為，在0160s內(nèi)，零流電位Ezcp與反應(yīng)時間t呈線性關(guān)系，線性方程為：Ezcp/V=0.1461-1.5110-4t/s(r=0.9937,n=7)。沒有反應(yīng)即t=0時，零流電位。完全反應(yīng)t=160s時，零流電位。反應(yīng)過程中任意時刻的反應(yīng)完全程度可用簡單的內(nèi)插法進(jìn)行計算，即： （10）式（10）代入式（9）得 （11）以為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，作圖6如下，線性方程為 （R=0.992，n=5），所以，=0.0162，其中=4.0mol/L,得=4.05，所以絲素肽與活性深藍(lán)M-2GE結(jié)合反應(yīng)的結(jié)合速率常數(shù)=4.05。圖6.動力學(xué)方程圖第四章 結(jié)論本實驗說

27、明絲素肽與活性深藍(lán)M-2GE之間是有反應(yīng)存在的。2.本實驗說明絲素肽在鉛筆芯電極上的最佳吸附時間為35min。3.本實驗說明絲素肽與活性深藍(lán)M-2GE反應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定的時間是160s。4.本實驗說明計算得結(jié)合比=1.121，結(jié)合常數(shù)=1.121065.本實驗說明絲素肽與活性深藍(lán)M-2GE結(jié)合反應(yīng)的結(jié)合速率常數(shù)=4.05。參考文獻(xiàn)1郭霞貝加因-恩替卡韋和三苯氧胺與蛋白質(zhì)DNA相互作用的電化學(xué)研究,西北大學(xué)，20092 RBianchini，CPinzino，MZandomeneghiInteraction ofa reactive dye with serum albumins and with a

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