荧光光谱发光度效应

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本文作者：吴强 刘莹 韩彩芹 单位：徐州师范大学物理与电子工程学院

0引言

动物或植物油脂作为常用的食用油，有菜籽油、花生油、橄榄油、大豆油、葵花油和猪油．其中花生油和橄榄油主要是由单不饱和脂肪酸组成，豆油、菜籽油、葵花油主要是由多不饱和脂肪酸组成，而动物油脂主要含有饱和脂肪酸．豆油的颜色因大豆种皮及大豆的品种不同有所差异，一般为淡黄、略绿、深褐色等．精炼过的豆油呈淡黄色．豆油中含有大量的亚油酸．亚油酸是人体必须的脂肪酸，具有重要的生理功能．幼儿缺乏亚油酸皮肤会变得干燥，鳞屑增厚，发育生长迟缓；老年人缺乏亚油酸，会引起白内障及心脑血管病变．血脂异常是心脑血管病最主要的危险因素，血脂异常大多是因为脂肪酸摄入不均衡所致［1－3］．油脂中富含各种脂肪酸，作为人体每天摄入的营养，脂肪酸与人体的健康有着密切的联系．在人体的代谢和吸收作用之下，一部分脂肪酸会转变为人体的脂肪，另外一部分会被消化变成能量．多数的脂肪酸对人体是有益的，但如果食用过多或食用方式不当也会对人体健康有所影响［4－8］．豆油作为较常食用的油脂，目前没有详细相关研究，其生物效应及如何正确食用等都有待研究．本文选取豆油研究其对生物机体及血液的作用机制，了解多不饱和脂肪酸的生物效应．文中采用荧光光谱分析技术研究了食用豆油后血液的稳态荧光光谱和偏振荧光光谱，并对其产生机理进行了理论分析和研究．研究结果能为人们正确选用食用油，合理食用不同食用油提供参考．

1实验仪器

实验中采用英国EdinburghInstruments公司生产的FLS900型稳态和时间分辨荧光光谱仪，其中光源为半导体激光器，功率是5mW、波长为407nm．扫描区间为430～780nm．

2实验结果

2．1全血溶液的荧光光谱从老鼠眼部取血，加5％的肝素抗凝获得全血溶液，再加适量的生理盐水溶液，按照体积比配制成8％、7．5％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％和0．8％的全血溶液．分别选取浓度为6％的正常全血溶液和食用豆油老鼠的全血溶液，并固定激发波长为407nm，扫描并记录两种全血溶液的荧光光谱，如图1．从图1中可以看出，正常血液有三个谱峰，其峰值分别位于510nm、556nm和610nm处．通过分析血液的吸收光谱和查阅文献，发现610nm处的谱峰主要是血液中的卟啉类物质收激发后产生的［9－12］．分析该谱峰能了解血细胞的形状和细胞膜变化，故实验中主要记录该谱峰的变化规律．实验时采用的激励光强度一样，从图1中可以看出正常血液的最高峰是在610nm，食用豆油后的血液最高峰是在605nm，正常血液在最高峰的强度远大于食用豆油后血液在最高峰的强度．

2．2荧光强度随血液浓度的变化规律固定激发波长407nm激励不同浓度的血液溶液，得到正常老鼠血液的荧光光谱和食用豆油后老鼠血液的光谱，如图2和图3．从图4中可以看出，两种血液在610nm处的荧光强度变化基本变规律一样，强度随浓度先增大后减小再增大．不同的是正常血液是在浓度为7％时最小，而食用豆油后血液在610nm处的强度在6％最小．

2．3浓度为4％的血液荧光偏振光谱在进行偏振荧光光谱的检测时，在激光器和样品之间放置一个偏振片作为起偏器．检测器和样品之间的检偏器由光谱仪自带．检偏角分别选取为θ＝0和90°，进而检测各个浓度偏振荧光的强度．选取浓度为4％的血液进行研究．做出两种血液随时间变化的荧光偏振光谱图，如图5和图6所示．图中平行和垂直分别表示检偏器和起偏器的方向相互平行和垂直．从图5和图6可以看出所有溶液均发射荧光，其主峰位于610nm处，根据所测的荧光强度I、I，利用偏振度公式。

3分析与讨论

荧光是物质吸光后发射出的波长较长的辐射，因此，溶液的荧光强度与该溶液的吸光程度及溶液中荧光物质的荧光量子产率有关．对于溶液，吸光截面积上的荧光强度为［13－14］式中A为吸光截面积，K为荧光量子产率，I0为入射光的强度，a为吸光系数，b为液池厚度，c为溶液中荧光物质的浓度．由式（4）可知，在用恒定波长的激发光激励下，溶液荧光强度随浓度增加而增加，而实验结果（图4）与此吻合．但当体积分数增加到一定值（5％）后，荧光强度随体积分数的增加而下降，这是由于物质荧光自身猝灭－浓度猝灭的结果．浓度猝灭有两个主要原因：一是由于发光物质的浓度较大，激发态溶质与溶质间由于相互作用，形成了激发二聚体或激发络合物，发生荧光猝灭；另一种原因是由于能量共振转移的结果，在浓溶液中，受激分子可通过共振能量转移的方式，把多余的能量转移给相邻的不发荧光的分子［15－16］．浓度猝灭在一般情况下遵守Stern－Volmer方程［17］。式中T为热力学温度，η为粘度，kq为双分子猝灭过程的速率常量，∑ki为分子内所有非辐射衰变过程的速率常量的总和，kf为荧光发射的速率常量．由式（6）可知，双分子猝灭的速率常量和温度及粘度有关．实验是在恒温的条件下做的，因此T保持不变，所以随着配制的血液的浓度增大，粘度越大，双分子猝灭速率常量越小，则荧光强度越大．正常血液的发射光谱随浓度在610nm处的峰位基本上不变．但食用豆油的血液在610nm处的峰位已经发生了变化．食用豆油后血液最高峰的位置相对于正常血液来说发生了变化，说明食用豆油后血液的荧光分子能量发生了变化．而强度远小于正常血液的强度，因为豆油主要含不饱和脂肪酸，有可能是食用豆油后，不饱和脂肪酸可以降低人体内血糖含量［18］，血糖含量和红细胞体积成正相关，红细胞体积又和红细胞面积成正相关［19］，因此血糖含量的降低导致体积的变小，从而导致细胞面积的变小，即发光面积变小，引起荧光强度减小．由荧光偏振理论可知，当偏振光激励时，分子在激发时发生的旋转运动越弱，发射光的偏振程度就越高，反之，分子旋转能力较强，去偏振效果越明显，发射荧光的偏振度较小．通过分析偏振度发现，食用豆油血液的偏振度在相同条件下小于正常血液的偏振度，说明食用豆油的血液的荧光分子运动比较活跃，也就是说荧光分子的体积比正常血液荧光分子的体积小，偏振度变小，也说明血液的血粘度变小，即长期食用豆油可能引起血液的血粘度降低．血粘度的降低部分原因是血糖含量的降低导致的［20－21］，引起体积变小，分子的旋转能力增强，发射荧光记忆入射光的能力减弱，去偏效果增强，所以荧光偏振度变小．与荧光强度变小的原因相吻合．从以上两方面分析认为食用豆油后对人体的机理是产生影响的，食用豆油后导致人体血液粘度降低，血细胞表面积变小，分子的体积变小，说明适量食用豆油后会降低高血压，心血管疾病发生的机率．

4结论

本文从实验和比较分析，得到了食用豆油血液荧光明显不同于正常血液荧光的结论．食用豆油后血液荧光位置和强度均与正常血液相比发生变化，分析认为食用豆油导致血细胞表面积变小，从而引起荧光强度减小；食用豆油血液的偏振度在相同条件下小于正常血液的偏振度，说明长期食用豆油可能引起血液的血粘度降低，能改善血液循环，可能适量食用豆油后会降低高血压，心血管疾病的发生的几率．其结果能为正确食用油脂提供参考，为健康饮食提供帮助．研究结果只是初步的，其他的油类的生物效应正在研究中.