Briggs-Rauscher化学振荡器的设计及其在酚类物质测定中的应用

【摘要】化学振荡反应是指发生在远离平衡态的非线性体系。其复杂的动力学性质决定了其特殊的特征,比如,形成时空有序结构,产生自组织现象等等。化学振荡是物理学和生命科学等多学科的交叉体系,使得研究化学振荡变得更加有意义,不仅是在理论方面还是实际应用方面都有很深刻的前景和意义。到目前为止,关于化学振荡体系的研究方面还主要集中在反应振荡器的设计和反应机理的探索,应用及其计算机的模拟等三个方面。本文报道了一个新的化学振荡器的设计及其机理和利用化学振荡器来定量分析酚类物质这两个方面。新的振荡器的设计是利用与含有卟啉环的金属酶结构类似的四氮杂大环二烯镍作催化剂,生命体系三羧酸中间产物草酰乙酸为有机底物的BR振荡器。这个振荡器的设计对于生物振荡的化学模拟更接近。利用化学振荡体系为基底对不同的化合物和离子进行定量分析是化学振荡体系的主要的应用方向之一首先是介绍了非线性化学的概念以及发展过程,振荡体系的产生和发展前景以及其分支,并对振荡体系的催化剂做了简单的介绍和对比,突出大环金属配合物作为振荡体系催化剂的特点。其次,按已有文献报道的那样合成实验所需要的催化剂(四氮杂大环二烯镍)[NiL](ClO4)2,对结构进行表征。以此建立新型BR振荡体系,即K103-HOCOCOCH2COOH-[NiL](ClO4)2-H2SO4-H2O2,其中L为5,7,7,12,14,14-六甲基-1,4,8,11-四氮杂环-4,11-二烯。这种催化剂在结构上类似于金属卟啉环,有机底物为三羧酸循环的中间物,其酸性环境的pH值接近于生物体内胃酸的pH,所以此新型振荡体系对模拟生物体系的化学振荡具有重要的意义。并寻找五种初始组分的初始浓度的上下限范围,并探究温度以及外添加物对体系振荡行为的影响。最后通过以往文献报道结合实验现象还提出了其可能的反应机理。第三,利用BR振荡体系定量分析酚类物质(1)以[NiL](ClO4)2催化剂的B-R振荡体系测定丁香酚和麝香草酚通过在四氮杂大环二烯镍催化的BR振荡体系中加入一定微量的丁香酚溶液,并定义抑制时间(tin)来讨论丁香酚的扰动效果。研究发现,抑制时间分别在两个丁香酚浓度范围内与浓度呈一次或二次关系。据此,可以建立一种丁香酚的分析方法。事实上,这个方法不仅便宜还适合用来定量分析非水溶性的抗氧化物质(乙醇对此体系基本没有影响)。反应中产生的过氧化氢自由基被丁香酚淬灭,表现为体系的振荡中止；当丁香酚被其他物质消耗完之后体系又恢复振荡。丁香酚的抑制效果不仅随着丁香酚浓度的增加而增加(5×10-1M～2.5×10-5M)也随着加入时间的后移而增加。体系各组分的初始浓度也对丁香酚的抑制作用也有一定影响。同时也在FCA模型的基础上提出了可能的反应机理。用同样的实验方法测定麝香草酚,得到的分析测定范围为(1×10-5M～3×10-4M)(2)以硫酸锰为催化剂的BR振荡体系定量分析丁香酚采用与上面同样的方法经典锰离子催化的BR体系测定丁香酚现象范围为(2.5×10-7M～1.0×10-5M)。新型四氮杂大环镍催化的BR体系进行定量分析和锰离子催化的BR振荡体系的检测下限都很低,但是四氮杂大环镍催化的BR体系的检测范围要更广一点,更适合于微量物质的分析检测。实验结果也表明,丁香酚对上述两个BR体系的抑制机理不同。丁香酚对锰离子催化的BR体系不仅具有抑制作用,在抑制过程完了之后,还有一段促进作用；对四氮杂大环镍催化的BR体系只有抑制作用。
【作者】曾庆龄；
【导师】胡刚；
【作者基本信息】安徽大学，分析化学，2014，硕士
【关键词】Briggs-Rauscher化学振荡；草酰乙酸；四氮杂大环二烯镍；丁香酚；麝香草酚；

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