焦磷酸的应用

背景及概述^[1][2]

焦磷酸易溶于水，在冷水中慢慢地转化为磷酸，在酸性溶液中加热会较迅速地水解成磷酸。它是四元酸，水溶液的酸性比磷酸强，电离常数分别为K₁>1.4×10^-1，K₂＝3.2×10^-2，K₃＝2.5×10^-7，K₄＝5.6×10^-10。这完全符合缩合酸的缩合程度越大，酸性越强的一般规律。它能形成两种类型的盐，即M¹₄P₂O₇和M¹₂H₂P₂O₇，都有毒性。

焦磷酸根 (P₂O^4-₇)有很强的配合性，可以和Mn²⁺，Cu²⁺，Zn²⁺，Pb²⁺，Ag⁺等形成配离子，如Cu(P₂O₇)^2-，Mn₂(P₂O₇)4^-2等，常被应用于电镀工业。焦磷酸根和银盐作用生成白色沉淀，但不使蛋白质沉淀，这与偏磷酸盐不同，借此可鉴别它们。

结构

应用^[2-3]

焦磷酸常用做催化剂、隐蔽剂及用于制备有机磷酸酯等方面。其应用举例如下：

1. 制备一种磷氧化物改性微孔分子筛择形催化剂的，

以微孔分子筛ZSM-5或MCM-22为基体，以焦亚磷酸、连二磷酸、异连二磷酸、焦磷酸、三磷酸或过二磷酸为磷氧化物的前驱体通过浸渍及程序升温焙烧的方法将磷氧化物负载于微孔分子筛外表面，其中磷氧化物与微孔分子筛的质量比为1：6-1：20。得到的择形催化剂对甲苯歧化和乙苯歧化过程都有很好的择形催化性能，而且催化剂制备方法简单。

2. 焦磷酸测序技术。

焦磷酸测序技术(Pymsequencing)是由Nyren 等人于1987 年发展起来的一种新型的DNA 测序技术，其核心是由四种酶催化的同一反应体系中的酶级联反应，四种酶分别为：DNA 聚合酶(DNA poly -merase)、ATP 硫酸化酶(ATP sulfurylase)、荧光素酶(luciferase)和双磷酸酶(apyrase)，反应底物为5' -磷酰硫酸(adenosine 5' -phosphosulfate，APS)、荧光素(luciferin)，反应体系还包括待测序DNA 单链和测序引物。

具体原理是：引物与模板DNA 退火后，在上述四种酶的协同作用下，每一个dNTP 的聚合与一次荧光信号的释放偶联起来，以荧光信号的形式实时记录模板DNA 的核苷酸序列。

1）在分子诊断学方面的应用：焦磷酸测序技术可以快速、准确地进行短DNA 序列分析，通量高，操作方便，便于构建标准化操作流程，因而颇受诸多研究者的欢迎。Monstein 等用焦磷酸测序技术检测幽门螺旋杆菌(Helieobacterpylori)16S rRNA 基因(16S rDNA)易变的V1 和V3 区序列，将胃镜活检标本中得到的23个幽门螺旋杆菌标本依据其V1 区(第75 ～ 100)的核苷酸序列差异，鉴定出6 种不同的等位基因类型，除11 个样本与幽门螺旋杆菌26695 株序列一致，1个样本与J99 株的序列一致外，根据V1 区的改变表现为有1 个或2 个核苷酸的突变或单个核苷酸的插入而分为4 个等位基因类型。

另有2 个标本的V3区(第990～1020)出现C 至T 转换，证明此技术可满足对临床病原菌标本的快速鉴定和分型。此外，焦磷酸测序技术的特点则非常适合对已知短序列的DNA 的测序分析，Pymsequencing AB公司开发的Pyrosequencing 技术及分析系统具备对大量样品(96 个)进行测序分析的能力，固此，可以说焦磷酸测序技术为大通量、低成本、适时、快速、直观地进行SNPs 研究和临床检验提供了非常理想的技术操作平台。

2）在法医鉴定方面的应用

在法医鉴定领域，传统的线粒体DNA 分析使用Saner 测序的方法对其D -Loop 区的两个高度可变区HVI 和HV Ⅱ区进行分析，虽然很有效，但却耗费大量的时间和劳力。Andreasson 等利用焦磷酸测序技术对线粒体DNA -Loop 区的多态性位点进行测序分析，证明该技术更快速、准确和灵敏，效宰大大提高。

3）在药物基因组学方面的应用

遗传多态性是药物基因组学的基础，这些多态性的存在，可能导致许多药物治疗中药物药效和毒副作用的个体差异。通过焦磷酸测序技术，对多态性位点的分析，为药物反应研究，提供了快速、高效的工具。瑞典Eurona Medical AB 与Pyrosequencing 公司合作使用此技术对血管紧张转换酶(ACE)的SNP进行分析，对在肾素—血管紧张素—醛固酮系统(RAAS pathway)中作用的11 个已知多态性位点进行测序分析，十分准确地区分出外显子15 和外显子8的不同纯合子和杂合子的基因型，取得了令人满意的结果。

4）在农业生物方面的应用

在植物多态性分析如四倍体马铃薯的SNP 的研究中，利用焦磷酸测序技术对四倍体马铃薯基因进行分型，在对94 个多态位点的检测中，发现有76 个等位基因的座位可用此技术鉴别，有效率达81 %，说明该技术比传统的Sanger 法测序和单碱基延伸的办法定量更准确。除了测序长度方面的局限，此技术更适合于多倍体物种的SNP 分析，因为它不仅可以准确区分纯合子和杂合子，而且可以区分不同的杂合子状态。

在动物多态性分析如猪的研究中，利用焦磷酸测序技术发现猪骨骼肌糖原含量增高与PRKAG3 基因的一个不可逆转的碱基置换相关，该基因编码猪肌肉特异性的腺苷单磷酸激活的蛋白激酶(AMPK)异构体的调节亚单位。

综上所述，焦磷酸测序技术是一项大通量、自动化程度高的测序技术，便于操作，很适合对大样本的快速检测，省时省力、节约费用，具有Sanger 法不可比拟的优势。目前Pyrosequencing 技术已经逐渐成为实验室非常重要的DNA 分析新手段，在很多方面都得到了广泛的应用，Pyrosequencing 正在受到越来越多研究者的关注。

目前其技术在遗传学分析、SNP 分析、分子诊断、细菌与病毒分型、甲基化分析、法医鉴定及药物基因组学等方面都有广泛的用途。当然，焦磷酸测序技术只能对25 ～ 30 个核苷酸的短序列进行分析，相信随着该技术水平的进一步改进、提高和完善，焦磷酸测序技术的应用将会更加广泛。

制备 ^[1]

将磷酸氢二钠加热可得焦磷酸钠，将其溶解后加入铅盐，产生焦磷酸铅沉淀，将此沉淀悬浮于水中，通入硫化氢气即得硫化铅沉淀，过滤后将滤液在真空、低温下浓缩，可制得纯焦磷酸；还可用250℃加热正磷酸的方法来制取焦磷酸。

主要参考资料

[1] 中国中学教学百科全书·化学卷

[2] 倪红兵, 鞠少卿, 王惠民. 焦磷酸测序技术及其应用进展[J]. 国外医学: 临床生物化学与检验学分册, 2005, 26(9): 600-602.

[3] CN201410516173.9一种磷氧化物改性微孔分子筛择形催化剂的制备方法