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葡萄糖的检测方法

发布日期:2018/8/10 14:48:00

【背景及概述】[1][2][3]

葡萄糖是一种含醛基的六碳糖,分子式为C6H12O6,是生物体内最主要的单糖。其主要功用是提供机体生理活动所需的能量。已知1mol葡萄糖彻底氧化放能2870kJ (686kCal),占机体所需总能量的70%~80%。除供能外,葡萄糖还供人生物合成所需的碳源,是合成脂类的重要前体;亦为体内必需氨基酸的合成提供骨架。正常情况下,血中葡萄糖(血糖)的浓度处于动态平衡中,机体有神经、肝脏、激素、肾脏一整套调节血糖浓度的机理。正常空腹血糖浓度为3.8~6.1mmol/L。生理性血糖浓度升高见于餐后1~2小时;病理性降低见于胰岛β-细胞癌瘤,垂体前叶、肾上腺皮质功能减退等。当血糖浓度超过肾糖阈(1.88~9.99mmol/L)时,可出现糖尿。葡萄糖广泛分布在植物和动物体内。如蜂蜜、葡萄、甜水果、种子、根、叶、花,以及动物血液、淋巴液,内均含有葡萄糖,是人体新陈代谢不可缺少的重要营养物质。无色或白色结晶粉末。甜度约为蔗糖的70%。熔点146℃(分解)。密度(25℃) 1.544g/cm3。溶于水,稍溶于乙醇,不溶于乙醚。有还原性,能还原斐林溶液。有右旋光性。可由淀粉经稀硫酸水解制得。

【结构】

【检测方法】[3]

1. 氧化还原滴定法

氧化还原滴定法是指将待测样品精密加碘滴定液后,边振摇边滴加NaOH 滴定液,在暗处放置30 min,加稀硫酸,用硫代硫酸钠滴定液滴定,至近终点时,加淀粉指示液继续滴定至蓝色消失,根据滴定液使用量,计算葡萄糖的含量。该方法在测定右旋糖酐40 葡萄糖注射液中葡萄糖的含量中被普遍采用。

 2.碘-淀粉体系褪色光度法

碘与淀粉体系褪色光度法的原理是利用葡萄糖还原性和碘与淀粉能形成蓝色配合物的性质。待测液中加入适量NaOH 后,I2与NaOH 生成的NaIO 能定量地将葡萄糖氧化成葡萄糖酸,过量的NaIO 则歧化生成NaIO3和NaI。然后将体系调至酸性,NaIO3与NaI 反应重新生成I2,析出的I2又与淀粉形成蓝色配合物。反应前后的吸光度差与加入的葡萄糖含量呈良好的线性关系,据此可以测定葡萄糖的含量。

3.葡萄糖己糖激酶法

其原理是己糖激酶催化葡萄糖生成葡糖-6-磷酸。之后葡糖-6-磷酸被氧化,同时产生还原型β—烟酰胺腺嘌呤二核苷酸。系统将监测340 nm的光吸收变化,该变化与样品中的血糖浓度呈正比,依此计算并给出血糖浓度。

4.中红外衰减全反射光谱法

葡萄糖在中红外波段具有1152,1108,1 080,1 035,992 cm- 1 等5 个葡萄糖基频特征吸收峰,因此,中红外衰减全反射(ATR) 光谱方法能够测量浓度。采用中红外ATR 光谱法,分别采集自然状态和渗透状态时皮下组织中的葡萄糖的光谱数据,应用二维关光谱技术分析了两种状态下组织液中的葡萄糖浓度。结果表明: 利用低频超声和真空负压等物理或化学辅助方法将组织液渗透到皮肤表层,可以实现中红外ATR光谱法检测皮下组织液中葡萄糖。

5.高效液相法

高效液相色谱( HPLC) 法是检测生化分子的通用方法,葡萄糖液可以用此法测定。葛姗姗等人采用HPLC 法,测定红腺忍冬叶水提液中葡萄糖的含量。12 批次红腺忍冬叶的检测结果表明,该方法能使葡萄糖和其它物质得到良好的分离。线性范围为33.75 -2 160 mg /L,精度为1.31 %,稳定性分别为2.25 %,重复性为1.85 %,平均加样回收率为97.58 %。

6.利用特异性相互作用

利用特定物质对葡萄糖分子的特异性识别,可以结合表面等离子体共振SPR)等技术进行测定。当金膜表面配位体与分析物发生相互作用,会导致SPR信号变化,从而进行测定。通过特异性识别作用在SPR传感器的金膜表面构建了伴刀豆球蛋白A/葡聚糖修饰的金纳米颗粒自组装膜。当有葡萄糖存在时,膜被分解,从而实现对葡萄糖的灵敏检测。结果表明,该传感器可以选择性地检测0.1~100 mmol /L浓度范围内的葡萄糖溶液,且敏感膜可以多次再生使用。

7. 酶法测定

1)葡萄糖氧化酶法葡萄糖氧化酶法原理如下: 葡萄糖被葡萄糖氧化酶氧化生成葡萄糖酸和H2O2,H2O2又经辣根过氧化物酶作用,分解出氧,将无色的4-氨基安替比林和苯酚偶联氧化,并缩合成红色醌亚胺,其颜色深浅与葡萄糖浓度呈正比,在530 nm下的吸收峰度值会随葡萄糖浓度的加而增加。利用这一原理可以测定葡萄糖含量。

2)葡萄糖氧电极法:葡萄糖氧电极法的原理是采用氧消耗速率检测葡萄糖,首先将氧电极置于含有适量葡萄糖氧化酶的溶液中,然后加入待测样品,样品中的葡萄糖被氧化而消耗氧。由于氧消耗量与血糖浓度呈正比,而电极的极限扩散电流又与溶液中的氧含量呈正比,因此,氧电极值即可反映样品中血糖浓度。采用电化学聚合技术,用掺杂苯磺酸钠的聚吡咯( PPy) 导电薄膜修饰铅笔芯电极,在修饰电极表面吸附葡萄糖氧化酶制备了葡萄糖生物传感器。该生物传感器抗干扰能力强、稳定性好,响应电流和葡萄糖浓度在0~0.7 mmol /L 范围内有良好的线性相关度,灵敏度为26.10 μA/mmol /L,平均响应时间约为6.5 s,检测下限为47.2 μmol /L。

3)纳米材料模拟酶比色法:葡萄糖氧化酶传感器检测葡萄糖浓度,具有专一性高、反应速度快等特点。但酶本身固有的不稳定性,易受温度、湿度以及pH 值等环境条件的影响而失去活性,而且葡萄糖氧化酶价格昂贵、制备复杂,这在一定程度上限制了酶传感器的应用。利用具备催化活性的纳米材料,能够研制无酶葡萄糖传感器。基于CeO2NPs 催化TMB 显色反应与H2O2浓度的线性关系,构建了测定血样中葡萄糖的模拟酶比色分析检测方法。他们首先合成了一种稳定和水溶性的聚丙烯酸修饰的CeO2NPs,发现CeO2 NPs 能够催化H2O2氧化,表现出过氧化物模拟酶的催化活性。在优化条件下,对葡萄糖的线性响应范围为0.5~10 mmol /L,检出限为0.1 mmol /L。对1.0 mmol /L 葡萄糖进行11 次平行测定,其相对标准偏差为2.4 %。即使果糖、乳糖和麦芽糖的浓度高达5 mmol /L,也不会干扰葡萄糖的测定,具有很高的选择性。

4)无酶型葡萄糖电化学法:无酶葡萄糖电化学法也是不使用葡萄糖氧化酶的葡萄糖测定方法,具有较高的稳定性、良好的重现性和成本低廉等特点,近年来得到了快速发展。目前,已经有单一金属( Pt,Pd,Au 等) 、双金属( Pt-Au,Pt-Pb,Pt-Ru,Pt-Bi,Pt-Ti 等) 及碳纳米管、碳纤维、介孔碳等纳米材料被用于无酶型葡萄糖电化学传感器的研制。通过电化学沉积的方法将Pt-Pd 双金属纳米粒子沉积在裂解碳纳米管修饰的电极表面上,制备了Pt-Pd /UCNTs 无酶葡萄糖传感器。该传感器对0~20 mmol /L浓度范围内的葡萄糖有良好的响应,不受Cl -等物质的干扰,表现了良好的选择性。

【制备】[4]

一种从结晶葡萄糖母液中提取高纯度葡萄糖和功能性低聚糖的方法,采用高效色谱分离技术,以得到高纯度的葡萄糖和功能性低聚糖。方法包括:

a、合成树脂:先合成用于吸附分离葡萄糖的钙型或铅型螯合树脂;

b、分离提纯:采用装有上述钙型或铅型螯合树脂的固定床,使用模拟移动床技术,从结晶葡萄糖母液中分离提纯,获得纯净地葡萄糖产品和功能性低聚糖产品。

【应用】[1][2]

葡萄糖医药上用作营养剂,也用于制维生素C、葡萄糖酸钙等。还可用于制糖浆、糖果等,在印染、制革及制镜和暖水瓶等工业中用作还原剂。

【主要参考资料】

[1] 心脏病学词典.

[2] 中学教师实用化学辞典.

[3] 冯东, et al. "葡萄糖的测定方法与应用研究进展." 传感器与微系统 34.12 (2015): 5-8.

[4] 彭奇均.一种从结晶葡萄糖母液中提取高纯度葡萄糖和功能性低聚糖的方法. CN200510040863.2,申请日2005-07-01