ΦΩΤΟ- ΚΑΙ ΡΑ ΙΟΑΠΟΘΗΚΕΥΜΕΝΗ ΧΗΜΕΙΟΦΩΤΑΥΓΕΙΑ ΜΙΑ ΝΕΑ ΚΑΙ ΕΥΑΙΣΘΗΤΗ ΤΕΧΝΙΚΗ ΜΕ ΑΜΕΣΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ ΚΑΙ ΧΗΜΙΚΗ ΟΣΙΜΕΤΡΙΑ ρ. Κυριάκος Παπαδόπουλος Χηµικός - Ερευνητής Α
Φωταύγεια Χηµειοφωταύγεια A + B AB P * C προϊόν στη διηγερµένη κατάσταση µεταφορά ενέργειας P + C * Φ CL = Φ P + Φ CE + Φ FL + Φ ET αριθµός εκπεµπόµενων φωτονίων ΦCL = αριθµός αντιδρώντων µορίων P + hv C + hv 1
O 2 O Λουµινόλη Λοφίνη O S S CO 2 Λουσιφερίνη Cl Cl Cl O Cl O O O Cl Οξαλικός εστέρας Cl C - 3 O 3 + O- + 3 C 3 Λουσιγενίνη Μοριακές δοµές γνωστών χηµειοφωταυγών ενώσεων
Χαρακτηριστική εκποµπή φωτός των χηµειοφωταυγών αντιδράσεων λουµινόλης (µπλε), οξαλικών εστέρων (πράσινο) συµπλόκων του ρουθηνίου (κόκκινο)
Bioluminescence - Βιοφωταύγεια
Φωταποθηκευµένη χηµειοφωταύγεια (συνδυασµός αντιδράσεων φωτόλυσης και χηµειοφωταύγειας) Αρωµατική ένωση φωτόλυση Μείγµα προϊόντων O 2, βάση Προϊόντα χηµειοφωταύγειας + φως
Ραδιοαποθηκευµένη χηµειοφωταύγεια (συνδυασµός αντιδράσεων ραδιόλυσης και χηµειοφωταύγειας) Αρωµατική ένωση ραδιόλυση Μείγµα προϊόντων O 2, βάση Προϊόντα χηµειοφωταύγειας + φως
κινολίνη 2α O COO δικινολίνη 2β 8-υδροξυκινολίνη 2γ 2-καρβοξυκινολίνη 2δ COO O COO COO O 2-υδροξυ-4-καρβοξυ-κινολίνη 2ε 2,2'-δικινολινο-4,4'-δικαρβοξυλικό δικάλιο 2η 3 CO C 3 - COO Κ + - COO. 2 3 PO 4 2 + Κ διφωσφορική πριµακίνη 3γ COO 2-καρβοξυ-4-υδροξυ-κινολίνη 2στ 2,2'-δικινολινο-4,4'-δικαρβοξυλικό οξύ 2ζ 3 CO 3 CO 3 CO O οµές αζω-αρωµατικών ενώσεων παραγώγων της κινολίνης OC3 OC3 υδροχλωρική κινίνη 3α. Cl. Cl 2 2 O υδροχλωρική παπαβερίνη 3δ Cl 3 CO C 3 O C 3. 2 3 PO 4. Cl C 3 C 3 διφωσφορική χλωροκίνη 3β υδροχλωρική υδροκινιδίνη 3ε
R ακριδίνες ή κινολίνες + C 3 C 3 CO Ν,Ν-διµεθυλοφορµαµίδιο (DMF) φωτόλυση ή ραδιόλυση R C 3 C 2 CO διυδροακριδίνες ή διυδροκινολίνες R διυδροακριδίνες ή διυδροκινολίνες C 3 C 2 CO χηµειοφωταύγεια Ο 2, βάση O * O ακριδόνες ή κινολινόνες + φως Μηχανισµός φωτο- και ραδιοαποθηκευµένης χηµειοφωταύγειας
R φωτόλυση R * + C 3 C 3 CO R. µεταφορά ηλεκτρονίου - + C 3 C 3 CO. + ακριδίνες ή κινολίνες µεταφορά πρωτονίου R R αναγωγή. R 2 C + σύζευξη. 2 C C 3 CO C 3 CO διµερισµός R R Μηχανισµός φωτόλυσης αζωαρωµατικών ενώσεων σε Ν,Ν-διµεθυλοφορµαµίδιο
C 3 R 2 C CO ισχυρή βάση O 2 OO C 2 - M + C 3 CO ή O C O - M + C 3 CO O * O - + M - M + + φως Μηχανισµός χηµειοφωταύγειας φωτολυµένων ή ραδιολυµένων αζωαρωµατικών ενώσεων σε DMF παρουσία ισχυρών βάσεων και οξυγόνου
Χαρακτηριστικά φάσµατα φθορισµού που αντιστοιχούν σε ενώσεις πριν (Α) και µετά τη φωτόλυση (Β) και χηµειοφωταύγειας (Γ).
2 781.1 553.8 Απορρόφηση 1 417.5 372 326.6 281.1 235.6 190.2 144.7 99.3 53.8 0 0 260 300 340 380 Μήκος κύµατος (nm) Χαρακτηριστικά φάσµατα απορρόφησης διαλύµατος της ακριδίνης σε DMF σε διαφορετικούς χρόνους ραδιόλυσης
Φωτο- και ραδιοαποθηκευµένη χηµειοφωταύγεια του φουλερενίου C 60 φωτόλυση ή ραδιόλυση DMF C 3 C 2 CO χηµειοφωταύγεια Βάση, Ο 2 I II III C 3 O C 2 CO K. Papadopoulos, T. Triantis et al., J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 143 (2001) 93-97
ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΧΗΜΕΙΟΦΩΤΑΥΓΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ Ανάπτυξη νέων έµµεσων χηµικών δοσίµετρων για πηγές γ-ακτινοβολίας Ποσοτικός προσδιορισµός αζω-αρωµατικών ενώσεων Ποσοτικός προσδιορισµός φαρµάκων Εκτίµηση της αντιοξειδωτικής δράσης πρόσθετων σε τρόφιµα Εκτίµηση της αντιοξειδωτικής δράσης υδατικών εκχυλισµάτων ελαιολάδων φρούτων και λαχανικών Προσδιορισµός φαινολών σε εδώδιµα ελαιόλαδα είκτες αυθεντικότητας ελαιολάδων και σπορέλαιων Προσδιορισµός νοθείας ελαιολάδων µε φθηνάσπορέλαια Προσδιορισµός δραστικών µορφών οξυγόνου
Ανάπτυξη νέων έµµεσων χηµικών δοσίµετρων για πηγές γ-ακτινοβολίας Ένταση χηµεοφωταύγειας (mv) 5000 A 4000 3000 2000 1000 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 όση ακτινοβολίας (Gy) Ένταση χηµειοφωταύγειας (mv) 70 B 60 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 όση ακτινοβολίας (Gy) Πρότυπες καµπύλες έντασης χηµειοφωταύγειας συναρτήσει της απορροφηθείσας δόσης γ- ακτινοβολίας (Α) του 2,2 -δικινολινο-4,4 -δικαρβοξυλικού δικαλίου και (Β) του φουλερενίου C 60. K. Papadopoulos, T. Triantis et al., J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 143 (2001) 93-97 K. Papadopoulos, T. Triantis et al., J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 131 (2000) 55-60
Ποσοτικός προσδιορισµός φαρµάκων Ποσοτικός προσδιορισµός του αγγειοδιασταλτικού φαρµάκου, ydroquinidine Cooper, χωρίς προηγούµενο διαχωρισµό της δραστικής ένωσης από τα έκδοχα του φαρµάκου Ένταση Χηµειοφωταύγειας (mv) 10000 1000 100 10 ydroquinidine Cooper ydroquinidine hydrochloride 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 Η µέθοδος είναι εφαρµόσιµη σε φάρµακα που περιέχουν µόνο µια αζω-αρωµατική ένωση Συγκέντρωση (Μ) K. Papadopoulos, T. Triantis et al, Anal. Chim. Acta, 423 (2000) 239-245
Ποσοτικός προσδιορισµός αζω-αρωµατικών ενώσεων Ένταση χηµειοφωταύγειας (mv) 1000 100 A 10 1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0,01 Ένταση χηµειοφωταύγειας (mv) 1000 100 10 Υδροχλωρική κινίνη Υδροχλωρική παπαβερίνη ιφωσφωρική χλωροκίνη ιφωσφωρική πριµακίνη 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 Β Συγκέντρωση φουλερενίου C 60 (M) Συγκέντρωση (M) Πρότυπες καµπύλες για τον ποσοτικό προσδιορισµό τουφουλερενίουc 60 (Α) και παραγώγων κινολίνης (Β) K. Papadopoulos, T. Triantis et al., J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 143 (2001) 93-97 K. Papadopoulos, T. Triantis et al, Anal. Chim. Acta, 423 (2000) 239-245
Εκτίµηση αντιοξειδωτικής δράσης AΝΤΙΟΞΕΙ ΩΤΙΚΑ: Χηµικές ενώσεις οι οποίες δεσµεύουν ελεύθερες ρίζες. Συνήθως, φαινολικές ενώσεις O OC 3 2-BA Συνθετικά αντιοξειδωτικά C(C 3 ) 3 O (C 3 ) 3 C C(C 3 ) 3 C 3 BT Πηγή Έλαια και ελαιόσποροι Φρούτα και λαχανικά Βότανα, τσάι και κακάο Πρωτεΐνες Φυσικά αντιοξειδωτικά Αντιοξειδωτικό Τοκοφερόλες και τοκοτριενόλες, φωσφολιπίδια, ρητίνες Ασκορβικό οξύ, υδροξυ-καρβοξυλικά οξέα, φλαβονοειδή Φαινολικές ενώσεις Αµινοξέα, διϋδροπυριδίνες, προϊόντα αντίδρασης Maillard O C(C 3 ) 3 COOR ΕΝΕΡΓΕΣ ΜΟΡΦΕΣ ΟΞΥΓΟΝΟΥ O TBQ O O gallic acid O Οξυγόνο απλής κατάστασης 1 Ο 2 Ρίζες σουπεροξειδίου Ο 2 Ρίζες υδροξυλίου ΟΗ Ρίζες υδροϋπεροξυδείου ΗΟΟ Άτοµα οξυγόνου Ο Υπεροξείδιο του υδρογόνου Η 2 Ο 2 Όζον Ο 3
Εκτίµηση της αντιοξειδωτικής δράσης προσθέτων σε τρόφιµα Αντιοξειδωτική δράση (%) 100 80 60 40 20 0 Αδιπικό οξύ Φουµαρικό οξύ Μηλικό οξύ Τρυγικό οξύ Ασκορβικό οξύ Κιτρικό οξύ Trolox -6-5 -4-3 -2 Log Συγκέντρωσης αντιοξειδωτικού K. Papadopoulos, T. Triantis etal, Anal. Chim. Acta, 433 (2001) 263-268
Ένταση χηµειοφωταύγειας (mv) 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 φωτολυµ ένη ακριδίνη φωτολυµ ένη ακριδίνη + αντιοξειδωτικό 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5. Χρόνος (sec) 9 ΑΑ (%) = (Ι 0 Ι)/Ι 0 χ 100 Chemiluminescence (arb. units) 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 0 50 100 150 200 250 Time (sec) Blank Sample CL Intensity (arb. units) 8 7 6 5 4 3 2 1 0-1 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 Time(sec) 0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Χαρακτηριστικά σήµατα φωτοαποθηκευµένης χηµειοφωταύγειας παρουσία και απουσία αντιοξειδωτικού Rel. CL Intensity 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Base Concentration (M)
Εκτίµηση της αντιοξειδωτικής δράσης υδατικών εκχυλισµάτων ελαιολάδων Αντιοξειδωτική δράση (%) 80 60 40 20 Εµπορικά ελαιόλαδα Ελαιόλαδα παραγωγών Ηλιέλαια Αραβοσιτέλαια 0 ωρικό Λακωνίας Σπιτικό, Ελαιουργική Χωριό, Μινέρβα Ξενία Μινέρβα Άλτις, Ελαΐς Εύβοια Κόρινθος Αγρίνιο Sol, Ελαΐς Μινέρβα Μαράτα Μάνα Εµπορική ονοµασία λαδιών Μαράτα Λυδία Φλώρα, Ελαΐς Μινέρβα K. Papadopoulos, T. Triantis etal, Anal. Chim. Acta, 494 (2003) 41-47
Ποσοτικός προσδιορισµός ολικής περιεκτικότητας φαινολών σε υδατικά εκχυλίσµατα ελαιολάδων 150 Συνολικό ποσό φαινολών (mg caffeic acid / Kg Oil) 100 50 0 ωρικό Λακωνίας Σπιτικό, Ελαιουργική Χωριό, Μινέρβα Ξενία Μινέρβα Άλτις, Ελαΐς Εύβοια Κόρινθος Αγρίνιο Sol, Ελαΐς Μινέρβα Μαράτα Μάνα Εµπορική ονοµασία λαδιών Εµπορικά ελαιόλαδα Ελαιόλαδα παραγωγών Ηλιέλαια Αραβοσιτέλαια Μαράτα Λυδία Φλώρα, Ελαΐς Μινέρβα K. Papadopoulos, T. Triantis etal, Anal. Chim. Acta, 494 (2003) 41-47
είκτες αυθεντικότητας ελαιολάδων και σπορέλαιων 20 είκτης Αυθεντικότητας (µmole gallic acid/lit) 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Ξενία Ανανίας Σπιτικό Κνωσός Ελαιόλαδα Ηλιέλαια Αραβοσιτέλαια Καλαµάτα Άλτις Μαράτα Μινέρβα Μαράτα Sanola Sun Μάνα Sol Φλώρα Λυδία Μάνα Εµπορική ονοµασία λαδιών Μαράτα Sol -- Ένταση χηµειοφωταύγειας (mv) 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0,01 Συγκέντρωση gallic acid (Μ)
Εκτίµηση νοθείας ελαιολάδων µε φθηνά σπορέλαια Ένταση χηµειοφωταύγειας (mv) 1000 100 Ανανίας-Sol (αραβοσιτέλαιο) Ανανιας-Sun (ηλιέλαιο) Σπιτικό-Μινέρβα (ηλιέλαιο) Ξενία-Sol (αραβοσιτέλαιο) 0 20 40 60 80 100 Σπορέλαιο (%) CL Intensity, Volt 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00-0,05 4 6 8 10 12 Time,Sec Πρότυπες καµπύλες έντασης χηµειοφωταύγειας συναρτήσει του ποσοστού (%) σπορέλαιου που περιέχεται σε µίγµατα ελαιολάδου - σπορέλαιου Χαρακτηριστικό σήµα χηµειοφωταύγειας Ελαιολάδου K. Papadopoulos, T. Triantis et al, Anal. Chim. Acta, 464 (2002) 135-140
Εκτίµηση της αντιοξειδωτικής δράσης υδατικών εκχυλισµάτων φρούτων και λαχανικών. 100 90 80 Αντιοξειδωτική δράση (µmole trolox/g fresh weight) 70 60 50 40 30 20 10 0 Grapefruit Ακτινίδιο Κόκκινο σταφύλι Πορτοκάλι Φράουλα Μπανάνα Τοµάτα Πράσινο µήλο Κόκκινο µήλο Αχλάδι Φρούτα - Λαχανικά Φρούτα Λαχανικά Καρότο Αγγούρι Κρεµύδι Μπρόκολο Σκόρδο T. Triantis, A. Stelakis, et al, Anal. Chim. Acta, 536 (2005) 101-105
Προσδιορισµός δραστικών µορφών οξυγόνου 140 Ένταση χηµειοφωταύγειας (mv) 120 100 80 60 40 20 0 1E-4 1E-3 0,01 Συγκέντρωση υδροξυ ριζών (Μ) K. Papadopoulos, T. Triantis et al., J. Photochem. Photobiol. A: Chem., 152 (2002) 11-16