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一种研究温度对化学反应影响的快速 方法
点击次数：2793 发布时间：2020/9/8 20:10:09
前言 ：许多生命科学和化学应用要求对反应过程的动力学有全面的了解。温度、pH、压力 以及存在的其他化学成分和大分子等变量对反应速率有显著影响。了解这些参数的 影响对各种应用而言至关重要，包括酶的表征、化学合成和食品制造，以及依赖于 优化的产品储存和稳定性条件的行业。紫外-可见分光光度计通常用于帮助表征和定 量反应动力学，因为它们可以通过测定吸光度随时间的变化，连续监测浓度随时间 的变化。 测定不同温度对反应速率的影响较为耗时，因为必须在不同温度下重复实验，并且 需要在分光光度计的样品室中安装专门的设备。这种设备通常使用循环水浴来维持 样品的温度。而这会带来漏水风险和噪音，并增加实验室的维护负担。 一种研究温度对化学反应影响的快速 方法 同
基于温度控制的最新一代分光光度测量仪器可以显著节省实验 时间并更准确地控制温度。Agilent Cary 3500 多区控温紫外可见分光光度计，可以在单次实验中同步进行四种不同温度 的样品测试。Cary 3500 可以在实验过程中使用集成的比色皿 内温度探头精确控制溶液温度，也可以通过模块温度来进行 操作，后者非常适合恒温实验。多池支架内置于仪器中，使 用无水、风冷的帕尔帖控温模块将样品温度控制在 0–110 °C 之间。 本研究旨在考察单次实验中在四种不同温度下进行反应动力学 速率测量的省时潜力。采用乙酸对硝基苯酯 (pNPA) 的水解反 应进行此项研究。这是一个已经得到充分研究的反应，反应速 率随温度的变化而变化。
实验部分 在碱性溶液中，乙酸对硝基苯酯 (pNPA) 容易水解为对硝基苯 酚 (PNP)。pNPA 在 270 nm 处具有最大吸光度，PNP 的最大 吸光度在 405–410 nm 之间（取决于温度）。随反应进行连续 进行快速波长扫描可以监测 pNPA 的消耗和 PNP 的生成。在 pH 7 下进行实验，测定 80 °C 样品的反应速率。 样品 制备 0.0001 mol/L 的 pNPA 甲醇溶液。制备含 100 mmol/L NaCl、0.1 nmol/L EDTA 和 10 mmol/L 磷酸钠的磷酸盐缓冲液 (PBS)，并将 pH 调至 7.0。 用未稀释的 PBS 建立基线，并在每次测量时将其作为参比。 本实验采用 3.5 mL 10 mm 光程的标准石英比色皿，并用星型 磁力搅拌器，以 500 rpm 的速度进行搅拌。 仪器和方法 所有测量均使用 Cary 3500 多区控温紫外-可见分光光度计 （图 1）。方法参数见表 1。
每个样品比色皿加入 2980 µL 磷酸盐缓冲液，放置在多池支 架上（图 1）。温度平衡 10 分钟，然后加入 20 µL pNPA 甲醇 溶液。 在 220–520 nm 波长范围内，每 30 秒采集一次吸光度扫描， 持续 30 分钟。对各个温区同步进行以上测量。采用 Cary 紫 外工作站软件内置的动力学分析功能，生成动力学曲线，确 定反应速率。
结果 ：碱性条件下，pNPA 的水解涉及脱去乙酸酯基团。当条件设定 为水过量时，该反应可以认为是伪一级反应。当 PBS 缓冲液 pH 值为 7 时，反应速率变慢，以二级反应为主。 温度影响 4 种不同温度下 pNPA 水解的波长扫描结果如图 2 所示。通 过测定生成的 PNP 可以发现，样品温度与反应速率之间存在 明显关系（图 2）。在 80 °C 时，等吸收点明显，表明此温度 下 pNPA 直接转化为 PNP。利用 80 °C 实验的波长扫描动力 学数据，根据 408 nm 处 PNP 的吸光度峰值，生成吸光度与 时间的曲线图（图 3）。利用二级速率计算（内置于 Cary 紫 外工作站软件）确定反应的二级速率常数 (k)，k = 883.194 (1/[min.mol])。
波长扫描 通过一定时间内的波长扫描，可以观察到 pNPA 的消耗和 PNP 的生成（图 2）。分析整个波长范围的吸光度可以获得额 外的信息，而这些信息在只分析单个波长的情况下可能被遗 漏。例如，可能存在反应中间体、样品的细微变化以及如图 2 所示的等吸收点的检测。
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