共振瑞利散射测试血清蛋白酸碱度影响的探讨

郭伟平，王 高，周汉昌

（中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室电子测试技术国家重点实验室，太原030051）

式中：I0为入射光强度，c为溶液的浓度，n为纯溶剂的折光指数，λ0为激励波长，NA为阿氏常数，λ为分子吸收带中的任意波长，ε（λ）为所研究波长处的分子摩尔吸光系数，ε（λ0）为激励波长处的分子摩尔吸光系数，Cv为光散射增加的卡巴纳因子。在这里假设溶液发生变化时ε（λ）相同，就有

共振瑞利散射测试血清蛋白酸碱度影响的探讨

郭伟平，王 高，周汉昌

（中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室电子测试技术国家重点实验室，太原030051）

提出了一种基于共振瑞利散射（RRS）原理测量人体血清蛋白的新方法。在缓冲溶液的作用下，把配制好的人体血清蛋白稀释液按比例与四羧基酞菁锌混合，经过化学作用后在波长为400 nm左右蓝色波段强光照射下，散射出480 nm左右的共振瑞利散射光强信号。考察在不同pH对共振瑞利散射光强信号与混合物中的血清蛋白反应线性关系的影响。结果表明，pH在6.0～8.0范围内混合溶液共振瑞利散射光强信号与血清蛋白的线性关系良好。

共振瑞利散射；血清蛋白质；四羧基酞菁锌

蛋白质是一切生命活动的重要基础之一，其重要作用包括维持组织细胞的生长、更新和修补，参与多种重要的生理活动。机体中血清蛋白包含的总蛋白、白蛋白、球蛋白的正常范围分别为（60～80）、（40～55）和（20～30）mg／mL［1-2］。

共振瑞利散射（resonance Rayleigh scattering，RRS）是指当瑞利散射位于或接近于物质的分子吸收区时，电子的吸收光频率与散射光频率相同，电子在共振加剧的情况下吸收光波的能量并会产生散射光，这种吸收光并且再散射的过程称为共振瑞利散射或共振增强性瑞利散射［3-5］。因其灵敏度高、操作简便的优点，逐渐用于蛋白质浓度成分的分析。

本文中笔者利用酞菁化合物与蛋白质溶液相结合并施加蓝色波段激光照射激励，能产生出一定范围内正比于蛋白质浓度的共振瑞利散射强度的光信号，根据光强信号可以反推出蛋白质混合溶液浓度［6-8］，并进一步考察不同pH的混合溶液对实测实验结果的影响，以期为其实际应用提供数据。

1 材料与方法

1.1 试剂

4-羧基邻苯二甲酸酐，晶纯实业有限责任公司；ZnCl2、钼酸铵、尿素、丙酮，天津市大茂化学试剂厂；无水C2H5OH、NaOH、浓HCl，太原化肥厂化学试剂厂；上述试剂全为分析纯试剂（AR）。

1.2 仪器

UV2300型紫外-可见分光光度计（大连中汇达科学仪器有限公司），傅里叶红外光谱仪（德国Bruker公司），JJ-1型精密增力电动搅拌器（常州澳华仪器有限公司），DZF-6020型真空干燥箱（巩义市英峪予华仪器厂），加样枪（美瑞泰克科技有限公司）。

1.3 实验方法

当用酞菁化合物与蛋白质溶液相结合并施加蓝色波段激光照射激励时，将会产生出一定范围内正比于蛋白质浓度的共振瑞利散射强度的光信号，由此根据光强信号可以反推出蛋白质混合溶液浓度［6-8］。

在混有血清蛋白时产生的共振瑞利散射强度可表示为

式中：I0为入射光强度，c为溶液的浓度，n为纯溶剂的折光指数，λ0为激励波长，NA为阿氏常数，λ为分子吸收带中的任意波长，ε（λ）为所研究波长处的分子摩尔吸光系数，ε（λ0）为激励波长处的分子摩尔吸光系数，Cv为光散射增加的卡巴纳因子。在这里假设溶液发生变化时ε（λ）相同，就有

而血清蛋白测试系统包括光学系统、机械系统和电路系统。光学系统主要由激光光源、准直透镜、试样室、滤光片、聚光透镜等组成，机械系统把激光器、试样池和散射光接收单元有效固定在一起。电路系统主要由光电放大电路、信号处理电路、信号显示电路组成。利用金属酞菁化合物测定蛋白质浓度的总体框架示意见图1。

图1 血清蛋白测量装置系统总体示意Fig.1 Schematic diagram of serum protein measurement system

散射光接受聚光透镜将散射光信号汇聚到光电放大器的光电探测器上，通过低噪声光电探测器将光信号转换为电压信号，再由运算放大器进行信号的第二级放大，变成幅值足够大便于检测、显示的信号。微弱光信号检测原理框如图2。

图2 微弱光信号检测原理框Fig.2 Block diagram of detection principle of weak optical signal

由于本测试系统采集到的信号小，输入信噪比较低，所以需要采用低噪声高信噪比光电信号前置放大器（图3）。电路部分包括电流／电压前置放大电路、电压放大电路、滤波电路和可调增益放大4部分［9］。

图3 光电探测电路Fig.3 Photoelectric detection circuit

2 结果与讨论

2.1 四羧基酞菁锌的合成

将0.06 mol 4-羧基邻苯二甲酸酐、10 molNaCl、0.1 mol钼酸铵、0.5 mol尿素、10 mol ZnCl2混合，经搅拌研磨后置于高温炉（200℃）充分反应3 h，然后取固体粉末与100 mL蒸馏水在烧杯中混合煮沸并过滤。将生成物加入至50 mL的20%（体积分数）HCl溶液中。再将分离出来的固体依次用沸水、乙醇和丙酮洗涤，干燥。

将干燥后的产物加入NaOH溶液，水解10 h后用水稀释反应液，过滤除去不溶物，再用6 mol／L盐酸调节滤液pH≤3，静置，得到絮状沉淀，离心分离后，倾倒出上层清液，用沙漏抽滤，再用甲醇洗4～5次，真空干燥即得到产物四羧基酞菁锌。

2.2 酸碱度对电压值的影响

将试验系统按照图1搭建好后，依pH不同分3组将不同浓度的人血清蛋白溶液和酞氰化合物相混合，分别编号A、B和C。A组混合溶液为原始溶液，其pH固定，不受实验酸碱度影响；B组混合溶液加入HCl，并用pH试纸标定不同酸度的混合液；C组混合溶液加入NaOH溶液，同理用pH试纸标定不同碱度的混合溶液。得到3组不同pH下混合溶液的实验数据。采用配制的1.0×10-2mol／L的四羧基酞菁锌溶液，测量了5次数据，结果见表1～表3。

表1 A组溶液实验测试电压值Table 1 Experimental voltage data of a group solution

表2 B组溶液（酸性溶液）对实验测试电压值的影响（pH＜7）Table 2 Effects of B solution（pH＜7）on experimental voltages

表3 C组溶液（碱性溶液）对实验测试电压值的影响（pH＞7）Table 3 Effects of C solution（pH＞7）on experim ental voltages

2.2.1 中性环境

从A组数据得到不同浓度的血清蛋白浓度和电压值呈现良好的线性关系，结果如图4所示。拟合得到不同浓度下1.0×10-2mol／L的四羧基酞菁锌溶液反应线性关系，见式（3）。

图4 1.0×10-2mol／L的四羧基酞菁锌A组溶液数据拟合曲线Fig.4 Solution fitting data curve of Zn（Ⅱ）⁃tetracarboxy⁃phthalocyanine（solution A）

2.2.2 酸性环境

从表2可知，随着混合溶液酸度增强，探测到电压值急剧变化，原因在于四羧基酞菁锌是配阳离子，酸性太高破坏了离子缔合反应的进行，严重破坏了混合溶液的介质稳定性，在pH 4.0时几乎得不到信号输出。

2.2.3 碱性环境

从表3数据可知，随着碱度的增加，表中的电压输出仍然趋于稳定，只是在pH（10.0）时混合溶液的输出电压才开始出现一定跳变。

3 结 论

采用医用微量加液枪准确加取混合液，排除人为偶然因素对系统带来的误差。经过反复多次试验，最后在以1.0×10-2mol／L的四羧基酞菁锌溶液作为试样液时，线性相关系数达到0.969 1。而在酸性影响的情况下，混合溶液离子合成受到影响，共振瑞利散射条件被破坏，测试系统失去稳定性，相反碱性条件对溶液大分子离子的合成没有必然的影响。该测量系统完成了准确、快速测量人血清蛋白的目的，完成了探讨酸碱度对共振瑞利散射测量人血清蛋白影响的工作。

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M easurement of human serum album in based on resonance Rayleigh scattering at different pH

GUOWeiping，WANG Gao，ZHOU Hanchang

（National Key Laboratory of Electronic Measurement Technology，Key Laboratory of Instrumentation Science＆Dynamic Measurement of the Ministry of Education，North University of China，Taiyuan 030051，China）

A method for measuring human hemoglobin by resonance Rayleigh scattering（RRS）was constructed.In buffer solution human hemoglobin and Zn（Ⅱ）⁃tetracarboxy⁃phthalocyanine solution was irradiated by 400 nm light.It could scatter resonance Rayleigh scattered light intensity signal of about480 nm.The linear relation between the resonance Rayleigh scattering light intensity signal and the hemoglobin concentration was established at pH 6.0⁃8.0.

resonance Rayleigh scattering；serum protein；Zn（Ⅱ）⁃tetracarboxy⁃phthalocyanine

TN247

A

1672-3678（2013）06-0078-04

10.3969／j.issn.1672-3678.2013.06.016

2013-01-18

国家自然科学基金（20576055）

郭伟平（1987—），男，山西长治人，硕士研究生，研究方向：光电传感技术及电子测试；王 高（联系人），副教授，E⁃mail：jaydanny2006＠163.com