（分析化学专业论文）氯代酚的光敏化化学发光研究.pdf

摘要 摘要 氯代酚是一种具有环境毒性的难降解有机物，由于其在杀虫剂、除草剂，炼油、造纸、 塑料等工业生产的废水中大量存在，由氯代酚引起的污染问题已经引起了各方面广泛的关 注。本实验室在前期的研究中发现氯代酚光敏化降解后的产物遏氧化剂n 一溴代丁二酰亚 胺，会有发光现象产生，且发光信号强度与氯代酚浓度密切相关，故可用来建立测定氯代 酚的流动注射化学发光分析方法。但此体系相对复杂，且不能得到更多有关机理方面的信 息，因此本文首先从电致化学发光角度出发，研究了荧光素存在下氯代酚类物质经光敏化 转化后通过电极反应可产生化学发光现象，并探讨了此体系的发光机理。主要研究内容如 下： 1 在氯代酚荧光素光敏化体系中研究了包括光源、光敏剂、p h 值、表面活性剂、电 压、泵速、电极等因素对电致发光强度的影响。以2 ，4 一二氯苯酚为例，考察各因素对发光 效率的影响，结果发现在p h = 7 0 0 时以2 5 0 1 0 l 1 的荧光素作为光敏剂，在浓度为 2 ，o o x l o t m 0 1 l 1 的十六烷基三甲基溴化铵存在的条件下，样品接受可见光照射后的电致化 学发光强度最大。 2 以2 ，4 二氯苯酚为例，研究发现在氯代酚的光敏化转化过程中，单线态氧起到极其 重要的作用。溶剂体系对光敏化过程有较大影响，反应中间体在酸性或中性体系中常温常 压下能较长时间的保持稳定，但在碱性环境下容易分解。通过高效液相色谱一化学发光联用 发现，此反应中闻体极有可能是一种过氧化物。进一步研究发现，在电致化学发光过程中， 溶液中的大量氧气存在有利于增大化学发光强度。在光敏化后溶液中加入典型共反应物过 硫酸钠，使其参与电致化学发光，发现发光值明显增大。由此可以推测，该体系中存在一 种电致化学发光共反应物，很可能是氧气在负电压下被还原产生的过氧阴离子自由基( 0 2 与光敏化后生成的过氧化物中间体进一步发生反应，这一过程所产生的能量可将荧光素转 为激发态，当其回到基态时产生发光现象。 关键词：2 ，4 一二氯苯酚，电致化学发光，单线态氧，光敏化 a b s t r a c t c 1 1 l o r o p h e n o l sa r e 廿1 ec o m m o np o l l m a n t sw m c ha r ed i 伍c u kt od e 鼬a d ei nt h ee n v i r o 姗e n t b e c a u s e 也e ye x i s ti nm a n yk i n d so fi n d u s t r i a lw a s t e w a t e r ( e g i nh e r b i c i d e ，o i lr e f i i l i n g ， p a p e r - m a k j n ga 1 1 dp l a s t i cp r o d u c t i o np r o c e s s e s ) ，m e r eh a sb e e na 伊o w i n gc o n c e mr e i a t e dt o 幽e d a m a g ed u et ot h ep r e s e n c eo fc l l l o r o 曲e n 0 1 s h 1t h ep r e v i o u sg t u d i e s ，i tw a sf o 衄dt h a t c h e m i l u 工n i n e s c e n c ep h e n o m e n o nc o u l db e p r o d u c e dw h e nt h ep h o t o s e l l s i t i z e dd e 灯a d a t i o n p r o d u c t so fc 1 1 1 0 r o p h e n o l sr e a c t e d 晰mb r o m o s u c c i 芏1 i m i d e ( n bs ) a n dt h ec h e m i l u m i n e s c e n c e i n t e n s i t ) w a sc l o s e l yr e l a t e dt ot h ec o n c e n t r a t i o no ft h ec h | o r o p h e n o l s t h e r e f o r e ，t h em e t h o do f d e t e m i n i n gc l l l o r o p h e n o l sw i mf l o w i n g 删e c t i o nc h e r n i l u m i n e s c e n c e ( f 认。c uh a db e e n e s t a b l i s h e d h o w e v e r ，戗l en o w i n gs y s t e mi st o oc o m p l i c a t e da n di ti sh a r dt oe x p l a i nt h er e a c t i o n m e c h a 芏1 i s m t h u s ，m i sp a p e rs t u d i e st h ee l e c 订o c h e m i l u m m e s c e n c e ( e c l ) 娟 e rt h es a n l p l e s o l u t i o no fc m o r o p h e n 0 1i sp r e - 钯a i l s f o 皿e d 、析t hd y es e n s i t i z e dp h o t o d e g r a d a t i o np r o c e s s t h e n t h ep a p e rd i s c u s s e st h em e c h 越s mo fm i sr e a c t i o n t h em 如c o n t e n t sa r eo u t l i l l e db e l o w ： 1 t h ep a p e ri n i t i a l i ys t u d i e dt h ef a c t o r s 也a ta 岱：c t s 吐l ee c li n t e n s 研，i n c i u d i n gl i g h t s o u 茁c e s ， p h o t o s e n s i t i z e r s ，p h ，s u l f 屺t a n t s ， v o l t a g e ，f l o w i l l gr a t ea 1 1 de l e c 住o d e se t c 2 ，4 - d c pw a st a l ( e na sam o d e lc o m p o u n d i tw a sf o u n dt h a tt h es t r o n g e s te c lc a nb e o b t a i n e dw h e n 铂es 锄p l es o l u t i o n ( p h = 7 0 0 ) c o n t a i n i n g2 5 0 x10 5 m 0 1 l 。1n u o r e s c e 协 a sp h o t o s e n s i t i z e r ，2 o o 1 0 一m o l l qc t a bw a s e c t e d 血t 0ac a r r i e ro fo 0 5m 0 1 l l s o d i u mb o r e l t e 2 nw a sf o u n dt h a tm e s i n 9 1 e to x y g e nw a sv e r yi m p o 比m ti 1 1t l l ep r o c e s so f p h o t o t r a s f o n n a t i o n t h es 0 1 v e n t s y s t e m h a sag r e a ti n n u e n c et o也e p r o c e s so f p h o t o s e n s i t i z e h o 、v e v e r ，m er e a “o ni m e m l e d i a t e sw e r es t a b l e 证m ea c i da n dm e d i a s o l u t i o n ，b u tn o tb a s i c t h er e a c t i o ni n t e m e d i a t e sw e r ep r o v e dt ob ep e r o x i d ec o m p o u i l d s b yp o s tc 0 1 啪c h e m i l 啪i n e s c e n c ed e t e c t i o n t h er e s e a r c hf o 吼dt h a tt h eo x v g e ni 1 1 吐l e s o l m l o nw a sv e 巧i n l p o n a l l td 嘶n gm ep r o c e s so fe l e c t r o c h e m i l u m i l l e s c e n c ea n dm o r e o x y g e nh e l pt o 血r e a l s e 廿l ee c li m e n s 毋t h ee c lh a sb e c o m es 仃o n g e rw h e na d d i l l g t h e 咖i c a lc o r e a c t a mn a 2 s 2 0 8 c o n s e q u e n t l y ，w ei n f e r r e dt h a tt h e r e e x i s ta ne c l c o r e a t a n t ，w h j c hm a yb e0 2 一g o tb yd e o x i d i z i n g 丘o m0 2 ，t 1 1 e nm e0 2 一r e a c t e dw i t h 廿 r e a c t i o n 硫e 加e d i a t e sw m c hm a yb ep e r o x i d ec o m p o u n d s ，a n dt h ep r o d u c t sr e a c t e d 谢t h 日u o r e s c e i nt o g e n e r a t ee x c i t e ds t a t en u o r e s c e i l l ，a t 】a s tt h ee x c i t e ds t a t en u o r e s c e i n e m i t t e df l u o r e s c e n c ee m i s s i o n k e yw o r d s ：2 ，4 _ d i c m o r o p h e n o l s ；e 1 e c t r o c h e i i l i l u m i n e s c e n c e ；s i n 9 1 e to x y g e n ；p h o t o s e n s i t i z a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：蜓日期：塑星：z 兰q 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名： 雎 导师签名： 日 期： 第一章绪论 1 1 氯代酚物质及其危害 第一章绪论 自2 0 世纪3 0 年代以来，由于氯酚类化合物( c h l o r o p h e n 0 1 s ) 具有广谱杀菌性而被广泛用作 木材，蔬菜，皮革，涂料等的防腐剂、防锈剂、杀菌剂和除草剂等，并可广泛用作有机合 成中间体，在亚洲，非洲和南美洲还用于血吸虫病的防治。其中，2 ，4 一二氯苯酚( 2 ，4 一d c p ) 和2 ，4 ，5 一三氯苯酚( 2 ，4 ，5 t c p ) 还大量用于农药的生产，因此在许多工业化国家氯代苯酚的生 产规模非常庞大。此外，废物焚烧，饮用水氯化消毒过程中，都有可能产生氯代酚副产物。 2 氯苯酚，2 。4 二氯苯酚，2 ，4 ，6 三氯苯酚和五氯苯酚都是毒性很高的物质。由于苯环与氯 原子共轭效应的存在，氯酚类化合物很难降解，半衰期能达到几个月至几年。氯酚类化合 物能吸附于大多数物体的表面，它可以完全隐藏于土壤内，并且在植物、水生和陆生生物 及人类体内进行积累对生物体产生危害作用，并最终危及到人类的健康。因此它们所引起 的污染问题已经引起了广泛的关注，包括我国在内的许多国家，已将其列入优先污染物和 持久性有机污染物黑名单【l 】o 这些物质对任何生物体都具有毒害作用，属于“三致”( 致 畸，致癌，致突变) ，而其毒性随含氯度的增加而明显提高【2 】，因此其危害性和在自然环 境中的迁移、转化与降解等规律也一直是全世界研究和关注的热点。如自2 0 世纪3 0 年代以 来五氯酚( p c p ) 及其钠盐作为一种高效、廉价的杀虫剂、抗菌剂、防腐剂( 主要用于木材、 皮革、纺织品、纸张等的防腐) 和除草剂而在世界范围内广泛使用；5 0 年代来，n a - p c p 及其降解产物多氯酚在我国血防中长期用以杀灭血吸虫的中间宿主钉螺。在长江中下 游1 1 个省、市、自治区，约1 4 8 1 0 4 k m 2 面积的稻田和池塘使用持续了几十年。五氯酚及 n a p c p 在自然环境中降解缓慢，并可富集于底泥中，长期大量使用造成了环境污染和生物 蓄积，虽然包括中国在内的许多国家已禁止了五氯酚的继续使用，但其残余效应将维持数 年甚至数十年。五氯酚可通过直接接触( 皮肤和呼吸道) 或食物链富集进入人体而对人体 产生毒性及一系列不良影响。进入体内的五氯酚可长时间蓄积于肝、肾及脂肪组织中，对 肝、肾产生毒性；使肿瘤发病率提高，干扰内分泌、影响免疫功能及阻碍生殖发育等。五 氯酚不仅对人体有直接危害，而且可能在遗传学上具有潜在的危险性p j 。 在刘岩的文章里总结了氯代酚为前生体生成二嗯英类的研究进展，二嗯英类包括多氯 代二苯并一对一二嗯英( p o l y c m o 咖a t e dd i b e n z o p d i o x i l l s ，p c d d s ) 和多氯代二苯并呋喃 ( p o l y c m o r i n a t e dd i b e n z o f h r a l l s ，p c d f s ) ) ，属于全球污染物，直受到环境科学家和公众的关 注。由于它们具有热、化学、生物稳定性，在环境中能够持久稳定地存在，而且容易累积于 动物体内，因此对生态环境更具有危害性。它们没有因使用而被生产过，却因为多种生成途 径而广泛存在于自然环境中。二嗯英类的生成途径有多种：热解或燃烧、光化学转化、催 化氧化、生物酶反应等。而每种途径中都有氯酚转化为二嗯英类的报道，氯酚作为p c d d p f s 的前生体，在上述各种途径中均得到了不同程度的研究。在适当的条件下，氯酚缩合产生二 嗯英类己成为毋庸置疑的事实。氯酚作为前生体生成二嗯英类主要包括热过程、光转化、 1 望堕奎堂婴主堂垡丝苎 酶反应三种途径，热过程中氯酚缩合成二嗯英的主要影响因素为：温度、热解时间、含氧 量和催化剂；而光转化过程中光强、溶剂种类、光敏物质的存在对氯酚生成二嚼英有影响， 热过程和光转化的反应机制均是通过自由基来完成的【4 】。 氯代酚类物质性质基本相似，大多为白色结晶或粉末，易挥发，具有令人不愉悦的气 味。在水中溶解度较小，但可溶于碱溶液，可溶于氯仿、四氯化碳、乙醚、乙醇和苯等有 机溶剂。且在常态下较稳定。 现将常见的氯代酚类物质的的物化性质列入表1 1 表1 1 常用氯代酚类物质的物化性质 除了这些常见的氯代酚，还有许多抑菌剂，药物等也属于氯代酚类物质，例如三氯生 ( 强c l o s a n ) ，化学名称：2 ，4 ，4 三氯2 一羟基二苯醚。三氯生是目前国际流行的广谱高效抗菌 剂。商品名为玉洁新( d p 3 0 0 ) ，玉洁纯( m p ) ，俗名有：三氯生、三氯新、力克恩、抑菌纯、 欧格逊、卫洁灵等。三氯生本身为无急性或慢性毒性化合物，具有不会诱导过敏反应，无 致变突性和致畸性，无致癌性等特点【5 j 。近年来，市场对三氯生的需求越来越大，其生产 规模也越来越大。三氯生已经广泛的应用于各类日化用品、药物制剂、食品添加剂等中， 特别是在各类口腔护理产品方面使用地更为普遍。本世纪初，李刚【6 】报道了三氯生可以控 制菌斑、保护牙本质作用、改善牙周健康状况、减少牙结石形成、控制呼吸气味、不干扰 口腔菌群生态平衡等6 个方面。三氯生还被加到聚合物纤维中，能起到抗菌防霉的作用； 加到洗面奶、护发素、洁身用品等中，能起到杀菌消炎防腐的作用；加到除体臭和脚臭的 护理品中，可以加强化妆护理品的临床效果。抗菌洗洁精属卫生保健型洗涤用品，有着广 阔的市场前景。张彪等报道了用三氯生与普通洗洁精进行复配，得到含( o ( 三氯生o 3 ) 的抗菌洗洁精，进行抑菌实验，发现抑菌效果和稳定性很好，同时又完成了毒理实验，确 定为无毒。三氯生在医学上还有重要的用途，它被广泛的加入到口服液中作防腐剂，其含 很低也能达到很好抑菌效果，且对人体毒性较低。现在有的学者正在研究一些控制三氯生 微粒释放的方法，这样可以延长抑菌效果，用于口腔护到7 1 。 三氯生有如此多的优点，应用范围很广，但它也给我们的生活带来了困扰。如有些专 家提出，三氯生虽然具有很好的抑菌效果，但在大量使用三氯生之后，各类微生物对其产 生抗药性时，我们该如何应对这类问题，这也是对抗生素行业的一大挑划8 1 。现在，由于 世界各国都在日化、医药、食品中使用三氯生，特别是日化用品中的广泛使用，使得江河、 湖泊中三氯生含量越来越甜引。有很多文章都报道了河流、泥土中发现大量的三氯生，并 对其进行研究分析。 2 至二茎堑丝 此外，三氯生的水溶液在紫外光光照条件下，可以生成二嗯英的衍生物，主要产物为 二氯代二苯并二嗯英( 2 ，7 2 ，8 d c d d ) ，并发现去离子水和污水中的三氯生在光照下光分解 程度不一样。同时，溶液p h 值和介质对光解反应影响也较大，在偏碱性条件下比酸性条 件分解能力更引1 0 l 。三氯生的水溶液在太阳光照射的条件下，可以产生2 ，8 ，二氯代二苯并 二嗯英】。有文中曾报道，利用18 w 的紫外灯在2 5 4 i 皿处照射二分钟后，三氯生溶液降 解7 0 ，由此可见三氯生水溶液并不是很稳定【1 2 】。水、溶液p h 值和光照是促使三氯生降 解为二嗯英的重要因素。 1 2 氯代酚的光敏化降解 1 2 1 氯代酚降解方法概述 由于氯代酚类物质而引起的日趋严重的环境问题，近年来氯代酚降解也越来越受到研 究者的重视。降解方法主要包括生物降解和化学降解两大类。 生物降解包括氧化脱氯降解和还原脱氯降解。好氧条件下，五氯酚逐步脱去氯取代基， 生成单氯酚或苯酚，并最终开环【1 3 1 。在固、液两相体系中，黄孢原毛平革菌都能对高浓度的 五氯苯酚进行有效降解和矿化，五氯酚降解率大多可达8 5 8 9 ，最高达到9 8 。降解反 应遵循准一级动力学【1 4 。利用厌氧活性污泥降解五氯苯酚发现，羟基邻位的氯原子较间、 对位容易被取代【1 5 】。用经五氯苯酚驯化的产甲烷菌还原五氯酚，得到了相似的结论，在驯化 1 0 d 的产甲烷茵作用下，五氯苯酚脱氯主要发生在羟基邻位；在驯化6 个月的产甲烷菌作用 下，五氯酚在邻、间、对位可同时脱氯【1 6 】。将厌氧颗粒污泥和4 种氯酚的高效降解菌种固定 化后，通过批处理实验，较系统地研究了在有限供氧、完全厌氧和好氧条件下五氯苯酚的降 解过程。结果发现，在完全厌氧条件下，尽管厌氧微生物能有效降解较低初始浓度五氯酚， 但对高初始浓度五氯酚，由于微生物本身缺乏吸收和同化其代谢产物的能力，导致了有毒 代谢产物的积累，阻碍了五氯酚完全降解；在有限供氧条件下，通过厌氧颗粒中的厌氧菌群 与好氧或兼性菌的协同作用，借助后者消除厌氧过程中产生的抑制性的低氯酚等中间产物， 从而使五氯酚较完全降解【1 。 在化学降解方面，主要包括超声波诱导降解，臭氧降解，电化学降解和光降解。 超声波降解有机物主要利用声空化。声空化是液体中一种极其复杂的物理化学现象， 液体中的微小泡核在超声波作用下被激化，表现为泡核的振荡、生长、收缩，并最终高速崩 溃，由此会产生短促、极强的高温、高压和高强电场，使进入空化泡中的水蒸气在高温和高 压下发生分裂，产生羟基自由基等( h 0 - 、o 、h o o ) 强氧化性物质。同时，空化泡崩溃产生 的冲击波和射流，使这些物质逃逸到气液界面和整个溶液中，并与有机污染物发生氧化反 应。超声波降解有机物的一般规律是：挥发性有机物主要通过空化泡内的热分解降解：难挥 发性有机物则主要通过空化泡表面层或液相主体中的羟基自由基氧化而降解。五氯酚是憎 水性、难挥发的有机物，其降解主要靠自由基氧化【1 8 1 。分别采用低频、高频和复频超声波 降解五氯苯酚模拟废水。实验表明，复频降解效果最好，低频最差。在无氧化剂条件下，复 频降解率是高频的1 5 倍，低频的4 8 倍：在f e n t o n 类试剂( h 2 0 2 f e 2 + ) 存在条件下，低频超声 堑塑奎堂婴主堂篁丝茎 辐射作用与f e n t o n 类试剂单独作用相比，五氯酚降解率几乎无变化，高频是f e n t o n 类试剂 单独作用的4 9 倍，而复频是f e n t c n l 类试剂单独作用的2 0 9 3 倍，且降解时间缩短u 引。 在臭氧降解研究中，瞄m 等 2 0 】发现，当气相中臭氧的质量浓度为1 0 4 0 9m d 时，溶解的 臭氧与气相中的臭氧可很快达到平衡。在此范围内，对每个反应物来说是一级反应，而总 体上却是二级反应。其反应速率比质量传递速率大得多，表明反应是在溶液中臭氧气泡的 表明进行的。五氯苯酚经过臭氧化反应的最终产物是草酸。 电化学反应可以生成进攻氯代酚基质的自由基，自由基和氯代酚反应得到阴离子中间 体。该中间体分解并产生氯离子和自由基，促使反应不断进行。l i n 等【2 0 j 认为，在不同溶 液中，均存在2 个可产生五氯酚还原脱氯反应的电压；而且溶液不同，其电压值也不同， 如在碳酸丙烯体系中，五氯酚的还原脱氯发生在2 个不同的电压( 2 4 0v 和1 7 0v ) ，而 在水溶液中电压则为1 9 5v 和1 6 0v 。五氯酚和吸附的氢原子在电极上发生分解反应；随 着电解时间的增加，电流效率下降，这是因为氢气的生成量较大，阻碍了五氯酚分子运动 到锌电极表面。在其他强电反应中，电流密度会极大地影响反应体系，此时该降解反应还 伴随着自由基反应。 氯代苯酚的光催化降解法主要有紫外光v ) 光解、法【2 、u v h 2 0 2 和u v 0 3 法【2 2 | 、 p h o t o f e n t o n ( u v h 2 0 2 f e ( i i ) 或f e ( ) ) 法以及u v 半导体法【2 2 彩】。五氯苯酚含有苯 环，在紫外区( 波长2 0 0 3 6 0 眦) 有2 3 个吸收带，其钠盐的紫外吸收带红移，且吸收强度 增大。当用一束光照射五氯苯酚时，五氯苯酚可选择吸收其中的紫外光部分，发生光致降解 瞄，2 6 础】。w o n g 等2 8 1 研究了水中五氯苯酚的紫外及太阳光光致降解，发现其在p h = 7 3 0 时 降解速率大于p h = 3 。3 0 时，光解产物分别为四氯邻苯二酚、四氯间苯二酚、四氯对苯二酚、 四氯苯酚、三氯苯酚和2 ，3 二氯苹果酸。五氯苯酚的光催化降解法中，u v t i 0 2 异相光催化 降解研究较多 2 5 ，2 9 - 3 3 1 。以高压汞灯为光源，t i 0 2 为催化剂，研究了水中五氯苯酚的光催化 氧化降解。结果发现，五氯苯酚光催化氧化降解速率明显高于光分解，3 0m i i l 内可完全脱氯， 随着反应的进行，五氯苯酚被氧化成简单的小分子，直至完全矿化。此研究成果可用于饮用 水的深度处理【2 9 。席北斗等阱】又研究了基本活性组分为t i 0 2 、载体为空心玻璃珠、黏合 剂为硅酸钠的负载型催化剂在五氯苯酚钠光催化降解中的应用。碱性条件下，当反应液的 c o d c r 初始质量浓度为4 0 0m gl 、p c p - n 砌始质量浓度为1 0m g l 。时，在强度为3 0w m 也 ( 光照度3 2 2l m m 。2 ) 的光照2h 后，c o d c ，去除率大于6 5 ，p c p n a 去除率大于9 2 。 1 2 2 氯代酚的敏化光降解 近年来，敏化光降解方法由于其利用了空气中的氧气和可见光这两个无穷无尽的自然 的资源而越来越引起关注。所谓敏化光降解就是在反应混合物中加入一种特殊的催化剂一 敏化剂，敏化剂吸收可见光从基态跃迁到激发态，激发态的敏化剂把能量或电子传递给不 吸收光的氧气分子，产生活性很强的单线态氧( 1 0 2 ) 或过氧阴离子自由基( 0 2 1 ，活性氧分子 或激发态敏化剂进攻氯酚发生一系列的反应。而在光降解过程中加入的光敏剂难以去除的 问题，也通过光敏化固定化而得到解决，而日益引起关注。 4 第一章绪论 敏化剂i1 敏化剂+ 一 3 敏化剂 3 敏化剂。+ 0 2 敏化剂 + 1 0 2 1 0 ，+ 氯代酚降解产物 在目前的光敏化降解氯代酚研究中，主要关注的是氯代酚降解效率和光敏化最终产 物，如的g l i k 【3 4 】研究了模拟太阳光照射下2 氯酚在固定敏化剂存在下的光解，发现在同样 条件下照射2 小时后，孟加拉红敏化的2 一氯酚降解了7 8 ，而亚甲基蓝敏化的2 一氯酚仅降 解了3 0 ，原因主要是不同的敏化剂产生单线态氧的量子产率不同。m i l l e r 等【1 】借助于高效 液相色谱( 唧l c ) 研究了2 氯苯酚的敏化降解产物，用标准品对照后发现产物主要有邻苯 二酚，2 氯1 ，4 苯醌，2 氯对苯二酚，马来酸。s k _ u r l a t o v 等【3 5 j 研究了2 ，4 ，5 t c p 的光敏降解 产物，发现降解产物有2 ，5 二氯对苯二酚和2 ，5 二氯1 ，4 苯醌。在这些报道中，对于氯代酚 光敏化过程中产生的初级产物几乎未见研究，而对初级产物的研究将成为此文的一个研究 重点。 1 3 氯代酚的测定方法 1 3 1 氯代酚测定方法概述 目前国内外对氯代酚的测定方法主要有高效液相色谱法( h p l c ) ，气相色谱法( g c ) ，毛 细管电泳法，分光光度法等。 其中高效液相色谱法和气相色谱法是实验室中测定氯酚及其降解产物含量最常用的 方法，洪麟等【3 6 采用高效液相色谱法测定医用消毒洗手液中三氯生的含量，方法的最低检 测量为o 3p g 蹦一，r = o 9 9 9 9 ，线性和检测限都较为理想。但是由于自然水环境中氯酚的 含量一般比较低，用液相色谱法测定痕量的氯酚时需要溶剂萃取富集，操作麻烦且误差大， 而气相色谱法一般需要衍生化处理，操作繁琐，所以使得高效液相色谱和气相色谱的使用 都受到了限制。 毛细管电泳由于仪器简单，维持日常分析工作的消费低，只需要少量的水溶液，近年 来被大量用于氯酚的分离分析37 1 ，如毛红霞等p 8 】建立了三氯生消毒剂的毛细管电泳分析方 法。探讨了缓冲介质和电泳参数对三氯新测定的影响。本方法的检出限为o 0 4m g m 一， 线性范围r = o 9 9 7 ，测定值的相对标准偏差分别为峰高7 7 ，迁移时间5 5 。将本法与 高效液相色谱法进行比较，检测限和线性都不够理想。 此外，由于氯酚对波长在2 3 0 3 0 0 衄范围内的光有强吸收【3 9 1 ，使用紫外分光光度法可 以测定氯酚的含量。朱琨等 4 0 】研究2 ，4 二氯苯酚在u v _ h 2 0 2 作用下的降解时，使用紫外分 光光度法测定2 ，4 二氯苯酚的残留含量，但是分光光度法的缺点是检测限比较高，而限制 了其应用。 1 3 2 流动注射一化学发光法检测氯代酚 望堕奎堂堡主兰篁笙茎 近年来，流动注射化学发光( f i c l ) 作为一种新兴的测定氯酚、苯酚及其衍生物的方 法，由于具有灵敏度高、线性范围宽、仪器价格低廉、操作简单等优点，受到了越来越多 的关注【4 卜4 引。w e iz h a n g 等用流动注射一猝灭鲁米诺化学发光的方法测定了酚和4 一氯酚的 含量，检测限为2 0 p m o l 【4 。本实验室基于三氯生和2 ，4 二氯苯酚分别在荧光素存在下光转 化后产物与氧化剂n 一溴代丁二酰亚胺反应产生化学发光的现象，建立了高灵敏度检测三 氯生及2 ，4 一二氯苯酚的新方法。表面活性剂作为增敏剂可以有效的增强体系的化学发光强 度。该方法具有线性关系好、检出限低、连续测定的相对偏差较小等优点，将其直接应用 于实际样品中氯代酚含量的测定，并与高效液相方法进行了对照，结果令人满意【4 3 | 。因此 流动注射化学发光法检测氯代酚方法的研究具有十分重要的现实意义。 1 3 3 高效液相色谱一化学发光法检测氯代酚 近年来，高效液相色谱一化学发光法检测氯代酚也成为热点之一。化学发光法 ( c h e m i l u m i n e s c e n c e ，c l ) 因其具有灵敏度高、线性范围宽、仪器简单等优点而倍受关注。 化学发光检测技术与高效液相色谱分离相结合，能较好克服化学发光选择性差的弱点，因 而使得h p l c c l 成为一种有效的痕量及超痕量分析技术。如有研究者j 结合微超滤采样 技术建立了测定人体血清中的盐酸多巴酚丁胺的h p l c c l 新方法，与其它方法相比，本法 操作简单，不需程序洗脱，实验时间短，灵敏度高，在选择性和适用范围等方面也具有明显 的优势。而注射液经 玎? l c 分离后，利用氢化可的松对c e ( ) 一s 0 3 卜化学发光体系的增敏 作用，实现了对氢化可的松的分离与测定【4 川，达到了良好的效果。 但是与上面的方法相比，氯代酚本身不会产生直接反应产生化学发光，因此需要用衍 生化方法将底物转化为可以发光的物质再进行化学发光检测。如t s u k a g o s m h7 j 等利用丹磺 酰氯衍生化，过氧草酰化学发光法实现了对几种氯代酚的毛细管电泳分离的柱后检测，检 测灵敏度在1 0 。7m o ll 。1 级。这类方法步骤繁杂，引入误差的机会也较大。近几年，一种新 的衍生化方法，即所谓“无试剂”( r e a g e n t 1 e s s ) 的光解一化学发光法成为研究热点。与以往 的衍生化方法不同的是，该法的样品预处理仅需紫外光的照射，大大简化了操作也更有利 于实现自动化，同时拓展了化学发光法的应用范围。c a l a t a y u d 【4 8 j 等报道了一系列基于光解 一化学发光原理测定农药的分析方法。章竹君【4 9 等公开了一种利用相似原理进行有机磷农 药残留分析仪的专利。这种方法有较高的灵敏度，但由于紫外线的能量高，光解产物较为 复杂，样品中共存的其他组分也会降解而产生类似的发光现象。 1 4 化学发光介绍 1 4 1 化学发光简介l s 0 ，5 1 】 对于化学发光现象人们并不陌生，它是指某些化学反应中发出可见光的现象。对于化 学发光现象的认识可以追朔到古代，最早发现的化学发光现象发生在生物体内，如萤火虫， 现在称为生物发光( b i o l u 血e s c e n c e ，b l ) ，是由生物体发出的可见光而得名。发光生物体广 泛存在于自然界，大约有1 3 大类近千种。海洋中9 0 9 5 的生物都能发光。人类在古代 6 就对生物发光进行了观察和研究，但没人知道为什么有的生物能发光，而有的生物不能发 光。1 9 世纪8 0 年代末，法国生理学家d u b i o s 首次解释了发光的化学机制，把这种发光现 象归属于一种相对简单的有机反应。人们把通过化学反应产生的发光现象称为化学发光， 而把生物体内的发光和有酶参与的化学反应产生的光称为生物发光。从化学角度讲，上述 的发光都经历了化学反应，因此人们也把生物发光划归为化学发光的一个重要分支。 直到1 9 2 8 年，a l b r e c h t 才观察到鲁米诺( 3 氨基苯二甲酰肼) 在碱性介质中的化学发光 行为，并描述了这一反应的机理。鲁米诺化学发光现象的发现，是有机化合物发光研究史 上的一个里程碑。由于它有很高的发光效率，结构简单，容易合成，有较好的水溶性，得 到深入和广泛的研究。 由于大多数化学发光非常徼弱，且稍纵即逝，早期的化学发光研究进展一直比较缓慢， 几乎没有获得实质性的应用。到了6 0 年代以后，由于现代电子技术和高灵敏的光电传感 器的发展，光电倍增管的诞生，化学发光凭着设备简单，分析速度快以及灵敏度高，成为 一种有效的微量和痕量分析手段，已经在环境科学、临床检验、药学、工业分析等领域得 到广泛的应用。但是，化学发光分析法也存在着选择性差的问题，限制了这一方法的应用 范围。 1 4 2 化学发光的分类 化学发光是指某些化学反应中发出可见光的现象。其发光机理是：反应体系中的某些物 质分子，如反应物、中间体或者荧光物质吸收了反应释放的能量而由基态跃迁至激发态， 然后再从激发态返回基态，同时将能量以光辐射的形式释放出来，产生化学发光。其过程 主要有两种可能：( 1 ) 物质a 和b 反应，产生激发态c 术，c 奉为发光物质直接发出可以测 量的光；( 2 ) 物质a 和b 反应，同样产生中间体c 幸，当体系存在另一种易于接受能量的荧 光物质f 时，c 车把能量转移给荧光体，使得荧光物质接受了能量由基态跃迁至激发态， 当激发分子返回基态时，产生发光现象，其发光体为荧光物质，发光波长与荧光物质的荧 光发射波长相一致。其化学发光反应的过程如下： a + b _ c 牟+ d c 车一c + 乃v 或者a + b _ c 牛+ d c 幸+ f _ f 宰+ c f 事_ f + 忍v 根据上述的反应过程，一个化学反应要产生化学发光现象，必须满足一下三个条件： 第一，反应中可提供足够的激发能，并由某一步骤单独提供，因为前一反应释放的能量将 因振动弛豫消失在溶液中而不能发光；第二，有有利的反应过程，使化学反应的能量能至 少被一种物质所接受并产生激发态；第三，激发态分子具有一定的化学发光量子效率释放 出光子，或者能够转移它的能量给另一个分子使之进入激发态并释放出光子。 化学发光反应之所以能够应用于分析测定，是因为化学发光强度与化学发光速率相关 联，因而一切影响反应速率的因素都可以建立测定方法的依据。化学发光强度( i c l ) 取决于 7 江南大学硕士学位论文 化学反应的速率、激发态产物的效率和激发态物质的发光效率。 i c l = c ld c d t = e x e md c d t 式中i c l 化学发光强度( 每秒发射的光子数) ； d c d t _ 一化学反应速率( 每秒的反应分子数) ； c i 化学发光量子产率( 每一个参加反应的分子发射的光子数) ； e 厂激发态量子产率( 每一个参加反应的分子产生的激发态) ； e m 发光量子产率( 每一个激发态产生的光子数) 。 对于一定的反应，c l 为一定值。通常可用于分析化学的化学发光系统的c l 在0 0 1 0 2 0 之间。化学发光测定受化学反应条件，如p h 值、离子强度、溶液组成、温度等的影响， 影响反应速率或者任意一个量子效率的因素都会改变发光强度。因此，在一定化学反应条 件下，通过测定化学发光强度就可以测定反应中某种物质的浓度。 化学发光分析测定的物质可以分为三类：第一类物质是化学发光反应的反应物；第二 类物质是化学发光反应中的催化剂、增敏剂或抑制剂；第三类物质是偶合反应中的反应物、 催化剂或增敏剂等。通过标记这三类物质还可以测定人们感兴趣的其他物质，近一步扩大 化学发光分析的应用范围。 化学发光过程中产生电子激发态的能量来自于化学反应，对于在可见光区的反应，反 应需要放出至少1 6 8 2 9 4 k j | m 0 1 。1 的热量。通常具有这种能量的反应是氧化反应，这些能 量的释放必须来自键断裂时电子的转移。所以，化学发光分析也是氧化还原反应过程中能 量转移的测定，这是化学发光分析区别于其他光学测定法的重要标记和特征之一。 化学发光按其反应介质的状态，主要有气相和液相两大类，如用于大气污染物n o 、 n 0 2 、s 0 2 等测定的化学发光体系属气相化学发光，而用于过氧化氢、金属离子以及大量 的有机化合物测定用的鲁米诺、过氧草酸酯、光泽精等化学发光体系属于液相化学发光。 除上述提及的化学发光分类外，电致化学发光和生物发光也是化学发光的两种主要形 式。 电致化学发光或电化学发光( e l e c t r o g e n e r a t e dc h e m i l u n l i n e s c e n c e ，简称e c l ) 是将电化 学手段与化学发光现象相结合的一种方法。它是目前国际上电化学工作者和化学发光研究 者共同关注的课题。电致化化学发光是利用电化学手段，通过电极给含有化学发光物质体 系施加适当的电压或电流，使其中某些成分在电极上发生氧化还原反应，从而产生某种具 有化学活性的物质，该物质能与发光物质反应并提供足够的能量，致使发光物质的基态电 子跃迁到激发态，当激发态电子回到基态时便发出一定波长的光，或者利用电极提供能量 直接使发光物质进行氧化还原反应，并生成稳定的中间产物，该产物迅速分解导致发光。 因此电致化学发光分析是基于电解过程中所产生光强度的测量。 生物发光是化学发光的一个重要分支，人们最早对化学发光的认识就是对生物体发光 现象的观察。萤火虫的发光是人们最常见的一种生物发光。常见的生物发光体系主要有萤 火虫荧光素荧光素酶发光体系、甲壳动物荧光素发光体系、细菌发光体系等。生物发光己 得到了广泛的应用，主要可应用于微生物与细胞研究中的生物统计、临床化学、制各生物 化学以及组织化学等。 r 1 4 3 电致化学发光的介绍 电致化学发光是在化学发光的基础上发展起来的一种新的分析方法，它是化学发光 与电化学相互渗透的产物。这种方法不但可以利用电化学分析的特长，而且可以发挥化 学发光分析的优点，具有高灵敏、高选择、易于实现连续自动分析等特点，己成为国际上 光、电分析工作者感兴趣的新课题。电致化学发光还可用于探索化学发光反应中电子转移 的规律、反应速度、量子产率及催化特性等、由于电致化学发光比通常的化学发光具有更 高的灵敏度，因此，可以发展成为高灵敏度的分析方法。这种新技术与通常的化学发光法 比较有其独特的特点表现在以下几个方面： 1 ) 由于发光物质是在电极上产生的，因此可以通过电极电位的控制及改变波形发生 器所发出的波型，达到控制化学发光反应过程的目的，提高分析的选择性，并能为化学 发光反应机理的研究提供更多有用的信息。 2 ) 具有极高的灵敏度及很宽的动力学响应范围。 3 ) 一些特别不稳定的化学发光试剂或中间产物可以在电极表面现场产生，并尽快产 生反应。 4 ) 有可能用电化学的方法修饰某些无化学发光活性的化合物，使之能直接参与化学 发光反应，扩大了化学发光法可检测物质的范围。 5 ) 易于与其他技术，如流动注射、高效液相色谱等联用。 目前被研究最多的电化学发光活性物质包括三联吡啶合钌( r u ( b p y ) 32 + ) 、鲁米诺等。 近年来电致化学发光的最新进展主要包括以下几个方面： 1 ) 电致化学发光中的修饰电极，生物传感器及核酸探针。y a s u o 5 2 】等建立了鲁米诺一 过氧化氢体系的电致化学发光免疫分析技术分析方法( e c li a ) ，并把它用于人免疫球蛋白、 人血清白蛋白及人中性粒细胞溶菌酶的测定；z 抓，a 【5 2 】等把鲁米诺标记的抗体上，用光子 计数的方法灵敏地检测在光透电极上进行电化学发光释放的光子，建立了该体系的免疫电 化学发光分析方法。另外，电致化学发光试剂特别是钌螯合物作为标记物，标记生成核酸探 针，也正在被越来越多地应用于免疫测定领域，包括测定病毒h p v 、h i v 等。由于r u ( b p ”3 z 十的分子量较酶标记小很多，可在核酸分子上进行多个标记( 大于2 0 个) 而不影响核酸的杂 交活性和特异性再加上r u ( b p y ) 32 + 可在e c l 反应中进行再生循环反应，使得一个标记物 在每个检测周期中有几个光子生成，因而分析灵敏度很高，标记物检出极限可达2 0 0 筋0 1 l 一。 2 ) 电致化学发光免疫分析进展。电致化学发光免疫分析技术是利用化学发光剂作为标 记物标记抗体或抗原而形成稳定的复合物。当这种复合物与被检测物中对应的抗原或抗体 结合后，在加电电极的作用下激发出特异的光，根据发光的强度可检测出被测物的浓度等 参数值。e c l 免疫分析可分为直接法、双夹心法和竞争法等3 种方法，其中直接法主要用 于检测抗体，双夹心法主要用于测定大分子抗原，竞争法主要用于测定小分子抗原。与荧 光、放射和酶联等常规的免疫技术相比，e c lm 无放射性辐射危害；灵敏度高，检测线性 范围在6 个数量级，下限值为1p m o l ，达到或超过放射免疫技术水平：检测线性范围快， 堡堕奎堂婴主堂垡笙茎 检测仅需几分钟到十几分钟：稳定性好，自动化程度高：应用范围宽，既可检测不同分子大 小的抗原、半抗原和抗体，又可用于核酸探针的检测。基于上述优势，电致化学发光技术正 被