（分析化学专业论文）液态纳米粒子和流动注射化学发光分析方法的研究.pdf

液态纳米粒子及流动注射化学发光分析方法的研究 周福林 摘要：化学发光( c h e m i l m n i n e s c e n c e ，c l ) 分析是根据化学反应产生的光辐射 来确定物质含量的一种痕量分析方法。化学发光分析法具有灵敏度高、线性范围 宽、仪器设备简单、操作方便、分析快速和易实现自动化等优点，成为分析化学 中一个十分活跃的研究热点。在化学、生物、食品、医药、环境监测等领域得到 广泛的应用。随着化学发光分析在各个领域的应用，除了传统的分析方法与技术 继续快速发展之外，出现了许多新的发光分析法，如发光成像、发光活体分析等， 大大促进了发光分析的发展及应用。近年来，将性能优良的纳米粒子引入分析化 学的研究领域，为建立灵敏、快速的分析方法提供了巨大潜力和发展空间。 本论文研究工作旨在研究液态纳米粒子对化学发光信号的增强作用，建立简 便、快速、灵敏的液态纳米粒子化学发光分析方法。 本论文是由综述和研究报告两部分组成。 第一部分对纳米粒子的在发光分析中的应用进行了评述，并对纳米粒子在 化学发光分析中的研究应用进行了展望。 第二部分研究报告研究了鲁米诺液态纳米粒子和过氧化氢液态纳米粒子 在有机溶剂介质中的化学发光行为，建立了高灵敏检测氯氮平和吡罗昔康的化学 发光分析方法；将流动注射和化学发光分析法相结合，建立了灵敏、快速的褪黑 素和己烯雌酚的测定方法。 本文具体研究内容如下： 1 我们发现，与相同条件下水相的l u m i n o l h 2 0 2 体系相比，在鲁米诺液态纳 米粒子和过氧化氢液态纳米粒子中测定氯氮平有更大的化学发光信号，基于此建 立了一种测定痕量氯氮平的液态钠米粒子化学发光分析新方法。用近场显微镜对 液态钠米粒子进行了观察，考察了介质、表面活性剂、l u m i n o l 、h 2 0 2 、n a o h 对 化学发光强度的影响。在最优化条件下，实现了对氯氮平的高灵敏分析。氯氮平 在5 l o 。0 l 1 0 - 7 9 m l 浓度范围内与化学发光强度呈良好的线性关系，相关系数 为0 9 9 8 9 。根据1 u p a c 建议，计算出氯氮平的检出限( 3 为1 1 0 - 1 0 9 m l 。对 5 l o - i o g m l 氯氮平进行l1 次平行测定的相对标准偏差为3 1 ，结果满意。此方 法具有分析速度快、线性范围宽、灵敏度高、干扰小等优点。已用于尿样中痕量 氯氮平的测定。 2 基于吡罗营康与鲁米诺和过氧化氢液态纳米粒子可产生强的化学发光，建 立了一种测定吡罗昔康的液态纳米粒子化学发光分析新方法。用近场显微镜对液 态钠米粒子进行了观察，考察了介质、表面活性剂、l u m i n o l 、h 2 0 2 、n a o h 对化学 发光强度的影响。在最佳实验条件下，实现了对吡罗昔康的高灵敏分析。吡罗昔 康在2 1 0 s 2 x l o 。5 咖l 浓度范围内呈良好的线性关系，相关系数为0 9 9 9 0 ，检出限 ( 3 0 ) 为5 x 1 0 9 9 m l ，对2 x 1 0 - s g m l 0 比罗昔康进行1 1 次平行测定的相对标准偏差为 4 6 ，并与紫外可见分光光度法进行了比较，结果令人满意。我们还与相同条件 下水相中的化学发光强度进行了比较，发现液态纳米粒子测定吡罗昔康的化学发 光信号明显强于水相。此方法具有分析速度快、灵敏度高、干扰小等优点。已用 于尿样中吡罗昔康的测定。 3 基于己烯雌酚在碱性条件下与鲁米诺和高碘酸钟反应产生强的化学发光， 建立了一种测定己烯雌酚的流动注射化学发光分析方法。己烯雌酚浓度在 1 3 4 1 3 4 0 a g l 范围内与化学发光强度呈良好的线性关系，检出限( 3 0 ) 为4 叽，对 2 6 8 p g l 己烯雌酚进行1 1 次平行测定，相对标准偏差( r s d ) 为1 4 。该法已用于药 物制剂及尿液中己烯雌酚含量的测定。 4 在强碱性介质中，铁氰化钾可直接氧化褪黑素产生化学发光。基于此，结 合流动注射建立了一种测定褪黑素的简单的流动注射化学发光分析方法。在摄优 化条件下，线性范围为1 9 1 0 4 2 3 1 0 4 9 m e ，检出限为5 x 1 0 - 7 9 m l ( 3 0 ) ，对浓度 为1 2 1 0 - 5 m l 的褪黑素进行1 1 次平行测定的相对标准偏差为3 4 。该法用于脑白 金片剂中褪黑素含量的测定，结果令人满意。 关键词：化学发光；纳米粒子；液态纳米粒子 流动注射：鲁米诺 t h ei n v e s t i g a t i o no fl i q u i dn a n o p a r t i c l ea n df l o wi n j e c t i o n c h e m i l u m i n e s c e n c ea n a l y s i s f u l i nz h o u a b s t r a c t ：c h e m i l u m i n e s c e n c ea n a l y s i s ，b a s e do nt h ee m i s s i o nd u r i n gs o m e c h e m i c a lr e a c t i o n s ，i sat e c h n i q u ef o rt h ed e t e r m i n a t i o no ft r a c es p e c i e s d u et oi t s r a p i d i t ya n a l y s i s ，h i g hs e n s i t i v i t y , w i d el i n e a rr a n g e ，s i m p l i c i t ya n dr e l a t i v e l yl o wc o s t ， c h e m i l u m i n e s c e n c ea n a l y s i sh a sr e c e i v e dm u c ha t t e n t i o no v e ra n a l y t i c a lc h e m i s t r y i t h a sb e e n w i d e l y u s e di n c h e m i s t r y , b i o l o g i c a le n g i n e e r i n g ，f o o d ，m e d i c i n e ， e n v i r o n m e n t a lc h e m i s t r ya n ds oo n w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc h e m i l u m i n e s c e n c e a n a l y s i si nv a r i o u sf i e l d s ，s o m en e w l u m i n e s c e n c ea n a l y s i sm e t h o d s a p p e a r a n c es u c ha s l u m i n e s c e n c ei m a g i n gp r o m o t el u m i n e s c e n c ea n a l y s i s d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n g r e a t l ye x c e p tt h et r a d i t i o n a la n a l y s i sm e t h o da n dt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n tm p i d l y i n r e c e n ty e a r s ，d u et ov a r i o u sa d v a n t a g e o u sp r o p e r t i e so fn a n o p a r t i c l e ，w h i c hh a v eb e e n f o u n dt oo f f e rn e wo p p o r t u n i t yf o rr a p i da n ds e n s i t i v ec l a n a l y s i sm e t h o d t h i st h e s i si n c l u d e sar e v i e wa n dar e s e a r c hs e c t i o n i nt h ef i r s tp a r t ，w eh a v er e v i e w e dt h ea p p l i c a t i o no fn a n o p a r t i c l ei nl u m i n o u s a n a l y s i s m o r e o v e r t h ep u r p o s eo f t h i sr e s e a r c hw o r ki sp r e s e n t e d t h er e s e a r c hs e c t i o nc o n t a i n sf o u rs u b u n i t s i nt h er e s e a r c hs e c t i o n ，w e i n v e s t i g a t e dt h ee f f e c t so fl i q u i dn a n o p a r t i c l eo ne m i s s i o ni n t e n s i t yi nl u m i n o ! 一h 2 0 2c l s y s t e ma n dd e v e l o p e ds i m p l e ，r a p i da n ds e n s i t i v el i q u i dn a n o p a r t i c l ec la n a l y s i s m e t h o d d e v e l o p e d f l o wi n j e c t i o n c h e m i l u m i n e s c e n c e ( f i c l ) m e t h o df o r t h e d e t e r m i n a t i o no fd i e t h y l s t i l b e s t r o la n dm e t a t o n i n t h em a j o rc o n t e n t si nt h i st h e s i sa r e d e s c r i b e da sf o l l o w s ： 1 i tw a sf o u n dt h a t ，c o m p a r e dw i t hl u m i n o l - h 2 0 2s y s t e mi na l la l k a l i n es o l u t i o n u n d e rt h es a m ec o n d i t i o n s ，t h ee f f e c t so fc l o z a p i n eo ne m i s s i o ni n t e n s i t yi n l u m i n o l h 2 0 2l i q u i dn a n o p a r t i c l ec ls y s t e mw e r em o r es i g n i f i c a n t ，b yw h i c h ，w e d e v e l o p e d an e wl i q u i dn a n o p a r t i c l ec la n a l y s i sm e t h o df o rt h ed e t e r m i n a t i o no ft r a c e c l o z a p i n ef o rt h ef i r s tt i m e w ei n v e s t i g a t e dt h ee f f e c t so fv a r i o u sf a c t o r si n c l u d i n g m e d i u m ， s u r f a c t a n t ，l u m i n o l ，h y d r o g e np e r o x i d e ， s o d i u m h y d r o x i d e o n c h e m i l u m i n e s c e n c ei n t e n s i t y i nt h e o p t i m u mc o n d i t i o n s ，c l i n t e n s i t i e sw e r e p r o p o r t i o n a lt oc o n c e n t r a t i o n so fc l o z a p i n eo v e rt h er a n g eo f5 10 - 1 0 1 10 - 7 9 m lw i t h ad e t e c t i o nl i m i to fl 10 - 1 0 9 m l ( 3 0 ) t h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o n ( r s d ) w a s3 1 f o r5 x 1 0 。o g m ee l o z a p i n e ( n - 1 1 ) t h em e t h o dp r o v i d e dr a p i d i t ya n a l y s i s ，h i g h s e n s i t i v i t y , w i d el i n e a rr a n g e ，s m a l li n t e r f e r e n c e ，a n dt h e r e f o r e ，h a db e e na p p l i e dt ot h e d e t e r m i n a t i o no f 仃a c ec l o z a p i n ei nu r i n ew i 廿lh i g hs e n s i t i v i t y 2 an e wm e t h o dw i t hl i q u i dn a n o p a r t i c l ec h e m i l u m i n e s c e n c eh a db e e nd e v e l o p e d f o rt h ed e t e r m i n a t i o no fp i r o x i c a m t h ep r o p o s e dm e t h o dw a sb a s e do nt h er e a c t i o no f l u m i n o ll i q u i dn a n o p a r t i c l ea n dh y d r o g e np e r o x i d el i q u i dn a n o p a r t i c l e ，a n dp i r o x i c a m e n h a n c e st h i sc h e m i l u m i n e s c e n tr e a c t i o ng r e a t l y w ei n v e s t i g a t e dt h ee f f e c t so fv a r i o u s f a c t o r si n c l u d i n gm e d i u m ，s u r f a e t a n t ，l u m i n o l ，h y d r o g e np e r o x i d e ，s o d i u mh y d r o x i d eo n c h e m i l u m i n e s c e n c ei n t e n s i t y i nt h eo p t i m u mc o n d i t i o n s ，t h el i n e a rr a n g eo ft h e c a l i b r a t i o nc u r v ew a s2 x 1 0 。s - 2 x 1 0 5g m lm a dt h ed e t e c t i o nl i m i tw a s5 x 1 0 。9 9 m l ( 3 0 ) t h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o n ( r s d ) w a s4 6 f o r2 1 0 4 9 m lp i r o x i c a m ( n 2 11 ) t h e r e s u l t sw e r ec o n s i s t e n tw i t hw h i c ho fu l t r a v i o l e ts p e c t r o p h o t o m e t e r t h em e t h o dh a d b e e na p p l i e dt ot h ed e t e r m i n a t i o no f p i r o x i c a mi nu r i n ew i t hh i g hs e n s i t i v i t y 3 an e wm e t h o dw i t hf l o wi n j e c t i o nc h e m i l u m i n e s c e n c eh a db e e nd e v e l o p e df o r t h ed e t e r m i n a t i o no fd i e t h y l s t i l b e s t r 0 1 t h ep r o p o s e dm e t h o dw a sb a s e do nt h er e a c t i o n o fp o t a s s i u mp e r i o d a t ea n dl u m i n o li na na l k a l i n es o l u t i o n ，a n dd i e t h y l s t i l b e s t r o l e n h a n c e st h i sc h e m i l u m i n e s c e n c er e a c t i o ng r e a t l y i nt h eo p t i m u mc o n d i t i o n s ，c l i n t e n s i t i e sw e r ep r o p o r t i o n a lt oc o n c e n t r a t i o n so ft h es t u d i e dd m go v e rt h er a n g e 1 3 4 1 3 4 0 9 9 lw i 廿1ad e t e c t i o nl i m i to f4 i _ t g l ( 3 0 ) t h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o n ( r s d ) w a s1 4 f o r2 6 ，8 9 9 ld i e t h y l s t i l b e s t r o l ( n 2 11 ) t h em e t h o dh a db e e na p p l i e d t ot h ed e t e r m i n a t i o no fd e si np h a r m a c e u t i c a ls a m p l e sa n du r i n ew i t hh i g hs e n s i t i v i t y w i t hs a t i s f a c t o r yr e s u l t s 4 as i m p l ef l o w i n j e c t i o nc h e m i l u m i n e s c e n c e ( f 1 一c l ) m e t h o dh a db e e n d e v e l o p e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no fm e l a t o n i n t h ep r o p o s e dm e t h o dw a sb a s e do nt h e d i r e c to x i d a t i o no ft h ep o t a s s i u mf e r r i c y a n i d ei na l k a l i n ea q u e o u ss o l u t i o n i nt h e o p t i m u mc o n d i t i o n s t h el i n e a rr a n g eo fm e l a t o n i nw a sf r o m1 9 xlo 。ot o2 3x10 4 9 m l w i t ht h ed e t e c t i o nl i m i to f 5 1 0 - 7 9 m e ( 3 仃) t h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o n ( r s d ) w a s 3 4 f o r1 2 x l o 。g m lm e l a t o n i n ( n = 1 1 ) t h em e t h o dh a db e e na p p l i e dt ot h e d e t e r m i n a t i o no f m e l a t o n i ni nt a b l e tw i t hs a t i s f a c t o r yr e s u l t sr e l a t i v e l y k e y w o r d s ：c h e m i l u m i n e s c e n c e ；n a n o p a r t i c l e ；l i q u i dn a n o p a r t i c l e ； f l o wi n j e c t i o n ；l u m i n o l 学位论文独创性声明 y 。9 0 0 0 2 9 本人声明所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得陕西师范大学或其它教育机构的学 位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文 中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：区l 茏垒丛口期：坦：丝 学位论文使用授权声明 本人同意研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属陕西师范大 学。本人保证毕业离校后，发表本论文或使用木论文成果时署名单位仍为陕西师 范大学。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其它指定机构送交论文的电 子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校 图书馆、院系资料室被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索； 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。 作者签名： f 訇叠丕丛 日期： 丑翌4 ：丝 第一部分纳米粒子化学发光的研究进展 1 引言 化学发光( c h e m i l u m i n e s c e n c e ，c l ) 是指某些化学反应中发出可见光的现象。 其发光机理是：反应体系中的某种物质( 反应物、产物、中间体或荧光物质) 的分 子吸收了反应所释放的化学能由基态跃迁至激发态，激发态物质不稳定再回到基 态，同时能量以光的形式释放出来，就产生化学发光。 将化学发光应用于分析化学，根据某一时刻的发光强度或发光总量来确定体 系相应组分含量的分析方法叫化学发光分析法。它无需光源和色散装置等复杂设 备，避免了光源不稳定性和光学分析中常见的散射光、杂散光等的干扰，检测背 景低，具有灵敏度高( 1 0 “吐1 0 “m o l l ) 、线性范围宽( 3 6 数量级) 、仪器设备简单、 操作方便、分析速度快和易实现自动化等优点：它还具有“化学谱带变窄”效 应，这是由化学发光反应的动力学速度很快引起的，即样品还未充分扩散到本体 溶液前就已产生化学发光信号，因此很适合于在线快速检测，且汜录的信号峰尖 锐，不会造成明显的区带展宽1 2 】。目前，已广泛应用于化学分析、免疫分析、食 品检验、医药环境分析等领域，关于它的进展综述国内外已经有很多报道1 3 - 6 。 2 纳米粒子及其在发光分析中的应用 2 1 纳米粒子的概念和内涵 纳米粒子( n a l l o p a r t i c l e ) 是指颗粒尺寸为纳米量级( 1 0 9 m ) 的超细微粒【7 】，其范 围一般为1 - l o o n m ，大于原子，小于通常的微粒，介于微观与宏观之间，是一种 典型的介观( m e s o s c o p y ) 系统。美国著名理论物理学家查理德费曼在5 0 年代术提 出最早的纳米构想。1 9 9 0 年在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议，正式宣 布纳米材料科学为科学的一个新分支悼】。理想的纳米技术是一门能在纳米尺度内 操纵原子和分子的高技术学科。“纳米”的内涵不仅仅指空间尺度，更重要的是建 立了一种崭新的物质和越来越精确的技术生产成品来满足更高层次的要求。纳米 科学的最终目的，是人类按照自己的意志，从单个原子组装有特定功能的产品， 为人类服务1 9 j 。近年来，将纳米粒子引入分析化学研究中已成为一个研究热点， 并取得许多创新性研究成果 1o j 。 纳米粒子区别于宏观结构的特点是：粒子的表面原子占有很大的比例，而表 面原子是既无长程序又无短程序的非晶区。这种特点使得纳米粒子的物理、化学 性质明显不同于传统的体相物质，主要表现在纳米粒子具有表面效应、体积效应、 量子尺寸效应和宏观量子隧道效应j 等： 表面效应：固体表面原子与内部原子所处的环境不同。当粒子直径比原子直 径大得多时( 如 1 0 0 n m ) ，表面原子可以忽略；但当粒子直径逐渐接近原子直径时， 表面原子的数目和作用就不能忽科2 】，这时粒子的比表面积、表面能和表面结合 能都发生了很大的变化。人们把由此引起的种种特殊效应统称为表面效应，表面 原子由于周围缺少相邻的原子，有许多悬空键，当遇到其它原子时，能很快结合 使其稳定，所以纳米粒子具有强烈的化学活性。 体积效应：因为纳米粒子是由有限个原子或分子组成的，故原来由无数个原 子或分子组成的集体属性，当粒子的尺寸下降到纳米量级时，它们的物理和化学 性质骤然发生巨大的变化，如金属纳米粒子的电子结构与大块金属迥然不同。这 就是纳米粒子的体积效应。 量子尺寸效应：量子尺寸效应即k u b o 效应，是指当粒子尺寸下降到某一值 时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象。早在二十世纪6 0 年代，k u b o 就提出了著名的k u b o 公式i l 珂： a 2 2 e f ( 4 n ) 其中a 为能级间距，e f 为费米能级，n 为总电子数。对宏观物体包含无限个原子， n 一8 ，a o ，即对大粒子或宏观物体，能级间距几乎为零；而对纳米粒子，所包 含的原子数有限，n 值很小，这就导致a 有一定的值，即能级间距发生分裂。当 能级间距大于热能、磁能、静磁能、静电能、光子能量或超导态的聚集能时，就 必须考虑k u b o 效应，这就导致纳米粒子的磁、光、声、热、电及超导电性与宏 观特性有显著的不同。 宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。近来，人 们发现一些宏观量，如微粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量及电荷等亦具 有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而发生变化，故称为宏观的量子隧道 效应1 9 1 。 由于纳米粒子具有上述四种效应，这使它呈现许多新异的物理、化学性质。 2 2 纳米粒子在发光分析中的应用 2 2 1 纳米粒子在化学发光分析法中的应用 最近，纳米科学的发展为化学发光分析提供了新的机遇。当具有催化活性的 固体材料的尺寸由微米级降低到纳米级时，与外界气体、流体甚至固体原子或分 子发生反应的活性获得了很大的增强；因而发生在纳米粒子表面的化学发光要比 在微米粒子表面的化学发光强很多，使原来由于发光强度较低而难于检测的物质 得到了检测。刘科辉等0 4 1 用制得的平均粒径为1 0 n m 的纳米氧化铜催化精氨酸和 天冬氢酸的鲁米诺化学发光体系，催化性能较分析纯氧化铜和硫酸铜溶液分别提 高了5 6 5 和4 5 l 倍。氨基酸的检出限达1 0 - g m o l l ，而相应的c u ”催化时，检出 限仅达到1 0 6 m o l l 【l ”。张新荣等1 1 6 发现纳米t i 0 2 具有很强的催化活性，在氧气 存在下，能够催化乙醇分子氧化生成乙醛和乙烯，乙烯进一步氧化，从而产生化 学发光，基于此建立了测定乙醇的纳米t i 0 2 化学发光传感器。 由于纳米粒子较块体材料更活泼，使原来由于活性低而不能用于分析化学的 材料，制成纳米材料后，具有了更强的催化活性，为纳米粒子用于物质的检测和 识别提供了一种崭新的手段。清华大学张新荣教授等在这方面的研究很多。他们 发现当一些物质分子通过具有催化活性的纳米粒子表面时，能够产生强的化学发 光。据此，设计了一系列测定乙醇、乙醛、氨、硫化氢、丁酮等的纳米材料化学 发光传感器 1 6 - 2 4 】。并对传感器的灵敏度、选择性、使用寿命等参数进行了评价， 证明了这类传感器具有良好的传感性能，是一类有前途的化学发光传感器。z f z h a n g 【2 5 j 等利用金纳米粒子催化鲁米诺化学发光的原理，对含有羟基、氨基或巯 基的7 种分子进行了检测。与传统溶液中的c l 或e c l 检测相比，在纳米粒子表面 进行的反应更加迅速，灵敏度更高。这类传感器的一个显著特点是选择性高。张 振宇等【l ”建立了纳米氧化镐为敏感材料的乙醇传感器，除了有灵敏度高、线性范 围宽、寿命长等优点，对乙醇气体也有高的选择性，对己烷、环己烷、乙烯、氢、 氮氧化合物和氨气等常见气体物质均无响应。基于纳米碳酸锶为敏感材料的乙醇 传感器【l8 】，选择性也很高。张新荣等i 坶l 用b a c 0 3 纳米材料作为催化发光材料设计 了乙醛气体传感器。研究发现，乙醛气体在s r c 0 3 纳米材料上产生更强的催化发 光信号【2 0 】和更好的选择性。他们还通过制备复合纳米材料来提高这类传感器的选 择性。丁酮在纳米m g o 和纳米a 1 2 0 3 表面均有化学发光现象，但在m g o 与a 1 2 0 3 摩 尔比为4 ：1 的混合物上有较好的选择性【2 ”。据此提出了一种快速、简便、直接测 定车间废气中丁酮含量的方法。饶志明等1 2 2 j 研究发现，当氨分子通过c r 2 0 3 纳米粒 子时可产生很强的化学发光，当掺杂l a c 0 0 3 干1 p t 纳米粒子后，发光强度得到了进 一步的增强，结果表明c r 2 0 3 l a c 0 0 3 p t 掺杂材料比纳米c r 2 0 3 的光强度提高约2 5 倍。此外，纳米t i 0 2 为转换材料的传感器对c c l 4 的测定也是非常灵敏的f 2 ”。若利 用不同纳米材料对乙醛、甲醛和乙醇等气体选择性的差异，有可能设计成阵列传 感器同时测定这些气体“。 寿命长是纳米材料传感器的另一个特点，传统的传感器由于发光试剂存在不 可逆反应，反应一段时间后试剂就会消耗殆尽，所以这类传感器实际上是一种消 耗性的传感器，寿命很短。而基于纳米材料的化学发光传感器克服了这一一缺点， 使用寿命大大延长。这主要是由于这类传感器所基于的是纳米材料表面的催化发 光机理，测定中没有试剂的消耗。施进军等1 24 】建立了纳米l a c 0 0 3 转换化学发光法 检测痕量氨，此转换器的显著优点是寿命长，连续使用一年其催化活性不受影响。 在纳米s r c o a 的乙醇传感器中i l ，连续1 0 0 h 通过浓度为2 0 0 0 p p m 的乙醇时，发光强 度和稳定性没有明显的降低。最近，张振宇等【2 7 】建立了基于纳米y ：0 3 的催化化学 发光传感器对三甲胺测定的方法，检出限达1 0 p p m ，氨气和其它有机气体不干扰。 此传感器对信号的响应速度快，而且连续工作9 6 d , 时都有好的稳定性。 虽然催化发光气体传感器有着选择性高、寿命长等很多优点，但是它必须在 高温( 4 0 0 ) 下才能有最高的催化效率。例如，用纳米催化化学发光法测定氨和乙 醇的最佳温度分别为4 0 0 。c 2 4 i 和4 7 0 。c 【l6 】。这不仅会产生强的背景，而且在简单的 仪器装置中限制长时间使用的小电池的应用。张振宇等人i l ”研究发现了一种新的 纳米材料，可在低温下( 1 9 5 。c ) 通过催化化学发光法测定痕量乙醇，检出限仅为 0 6 1 x gm l 。清华大学朱永法及张新荣教授预见纳米材料作为催化剂的无损耗特点 将为自动在线连续分析和化学发光传感器敏感系统的长寿命响应提供进一步发展 的空间1 2 ”。当还原性气体通过纳米催化剂表面时，生成了激发态中间体，从而产 生了催化化学发光( c a t a l u m i n e s c e n c e ，c t l ) 。张振宇等人1 2 9 】提出了纳米催化剂能量 转移催化化学发光( e n e r g y t r a n s f e rc t l ，e t c t l ) 。当在催化剂中加入h 0 3 十、c 0 2 + 或c u 2 + 时，c t l 就会猝灭；但是n j k e u ”或t b 3 + 时，反而会产生新的强的c t l 峰。 进一步研究表明，新的峰来自于激发态中间体将能量转移给加入的离子，从而产 生发光。基于此机理，建立了掺杂e u 3 + 的纳米z r 0 2 乙醇传感器。实验结果，整个 线性范围都比以前c t l 传感器的检出限低，且灵敏度也是相应的纯纳米传感器的 7 2 倍，同时有高的选择性和稳定性。 纳米粒子本身的化学发光的研究也得到了人们的广泛关注。p o z n y a k 等研究了 量子点的化学发光行为【30 1 。王周平等【3 1 】研究了纳米晶体c d t e 的化学发光性质，研 究表明，在碱性水溶液中，氧化剂可以直接氧化c d t e 发光，且随着晶体尺寸的增 加，发光强度也增大；当加入一定浓度的表面活性剂c t a b 和环糊精时，化学发 光强度又会增加。c u i 等1 32 j 用流动注射化学发光法研究了纳米金年n k i o 。n a o h n a 2 c 0 3 体系的化学发光，发光强度与一定浓度的纳米金成线性关系，据此可以通 过化学发光法选择性的测定纳米金，可在生物传感器和酶标技术方面得到很大的 应用。 纳米粒子( 尤其是金属纳米粒子) 作为生物标记物已经引起了科学家们广泛的 兴趣，在生物样品的测定中得到了很大的应用。目前，已有多种纳米粒子被作为 生物标记物田。3 ”，其中，胶体金纳米粒子应用最为广泛，它可以标记蛋白厨3 6 l 、 免( i g g ) i ”1 、人绒膜促性腺激素( h c g ) 1 3 8 1 、葡萄糖氧化酶1 3 9 1 等。c h a n 等1 4 0 研制出一种高灵敏度非同位素标记的对生物分子或细胞进行检测的方法。合成 4 2 n m 高发光强度的半导体量子点一覆盖z n s 的c d s e 微粒，用它可以标记生物分子， 与传统的染料标记物如罗月明相比，它的发光强度高2 0 倍，稳定性( 抗氧化退色) 提高1 0 0 倍。可用于蛋白质、抗体和抗原的定量检测。z h e n g p i n g l i 等【4 1 1 采用间接 酶联反应( 人免疫球蛋n l g o 、羊抗人蛋l g g 、兔抗羊i g g ) 与a u c l 4 一l u m i n o l h 2 0 2 化 学发光反应耦合，间接测定羊抗人i g g ，检出限达1 5 r i gm l 。通过选用不同的纳 米标记物和适当的化学发光体系，用纳米粒子标记的生物样品就会得到很好的检 测。在环境、临床或生物崎测过程中，连续检测变得越来越重要，用传感器埘水 质在线连续检测引起丁人们的广泛关注。在实际应用中，此传感器存在着表面生 物污染问题，即在使用一段时间以后，一些微生物、蛋白质等干扰物就会沉积在 传感器表面，降低了传感器的灵敏度甚至使其失效。最近，f n a v a r r o v i l l o s l a d a 等人【4 4 用合成的抗生物污染的纳米聚合物覆盖在光学氧传感器表面，极人的减小 了传感器表面污染物的沉积，有效的解决了传感器的牛物污染问题( 图1 ) 。研究表 明，纳米聚合物膜并没有影响传感器的性能，而且在水溶液r p 连续使用日、j 间可长 达一年。在使用5 0 n m 的保护膜时，传感器精密度没有改变，灵敏度有所下降 ( 8 ，11 ) ，检出限可达到0 0 4 m gl 。 a 没有覆盖抗污染聚合物h 覆盖了抗污染聚台物 的传感器表面的传感器表面 图l 纳米聚台物处理前后的光学氧传感器表面 纳米粒子的各种特殊性质正在被研究工作者用来开发各种各样的高灵敏度高 选择性的检测方法和器件，而且还正在以更快的速度和更广的范围扩大这一领域 的研究工作。 2 2 2 粒子在电化学发光分析法中的应用 广义的化学发光包括电致化学发光f e l e t r o g e n e r a t e dc h e m i l u m i n e s c e n c e ， e c l ) ，它是指在电极表面刚近发生电极反应或电极反应产物进一步发生化学反应 产牛发光现象，与化学发光相比，二者的发光均由进行能量电子转移反应的组分 所产生；而不同之处足化学发光是由试剂的混合所引发和控制，电化学发光是由 电极上施加的电压所日1 发和控制【4 ”。它是集化学发光分析法和电化学分析法的优 点于一体，因此，近年来受到广泛的关注【” 。m a r km r i c h t e r t a 5 1 最近也对电化学 发光进行了综述。电化学发光分析是依据电化学发光强度莱检测待测物的浓度， 因此电化学发光强度的强弱直接决定着分析测定的灵敏度，但是在电化学发光分 析中，由于发光试剂的发光强度强烈的受到电极材料和电极表面状态的影响【4 叫”。 为进一步提高电化学发光信号的强度或信噪比、减少电极表面污染、提高重现性 和选择性以及制作长寿命的电化学发光传感器等，利用修饰电极是解决这些问题 常用的方法之一。 在1 9 7 7 年，f u j i h i r 等首次报道了修饰电极上的电化学发光现象【4 8 j 。修饰电 极突破了传统电化学中只限于研究裸电极电解液界面的范围，赋予电极选择性的 富集、分离待测物以及催化电化学发光反应，从而可以大大提高电化学发光分析 法的选择性、灵敏度，开创了从化学状态上人为控制电极表面结构的领域。另外 在修饰电极电化学发光分析中可将高浓度的电化学发光试剂固定在电极表面，不 仅可提高分析的灵敏度，而且可制作成电化学发光传感器，使电化学发光分析方 法更加实用化，因此修饰电极电化学发光分析法很快受到了人们的关注。 修饰材料是修饰电极的重要组成部分，它不仅决定修饰电极电化学发光响应 强度，而且决定修饰电极电化学发光测定的选择性。近年来，纳米粒子被广泛应 用于电化学分析法和电化学生物传感器的研究中【4 ”。将纳米材料引入修饰电极 电化学发光已成为一个研究热点，特别是在制作电化学发光传感器方面。用于修 饰电极电化学发光的纳米材料主要有：纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米金、 碳纳米管、半导体纳米材料【5 5 - 5 6 j 等。 w a l t 掣”】将纳米金沉积在单束光导纤维上，对钌联吡啶的电化学发光体系进 行了测试，表明该光导纤维电极具有良好的光电传输性能，对纳米光纤电化学发 光传感器的研制具有参考价值。 最近，董绍俊研究小组分别将s i 0 2 纳米粒子1 5 剐和碳纳米管1 5 9 j 修饰在电极上制 成电化学发光传感器，研究钌联吡啶的电化学发光，并用于t p a 的分析测定。灵 敏度大大提高，t p a 的检出限可达n m 0 1 l ，使用寿命长达一个月到两个月。纳米 粒子的电活性和高的比表面积，为研制电化学发光传感器提供了思路。 金纳米粒子，因其良好的生物相容性，己被作为标记物广泛用于免疫分析和 核酸分析中。金纳米粒子作为生物分子识别物质的放大载体，使得在有限的电极 表面所连接的捕获分子数目成倍增加，电极表面的电化学发光活性物质的浓度同 样也增加，电化学发光信号由此被放大、灵敏度大大提高。c u ih u a 等【6 0 】研究了 中性和碱性溶液中鲁米诺在纳米金自组装金电极表面的电化学发光性质。汪尔康 小组研究了【6 i j 以4 - 二甲基氨基酪氨酸( d m b a ) 为电化学发光标记物标记金纳米粒 子，用来放大生物分子如牛血清蛋白( b s a ) 和人免疫球蛋白( i g g ) 的电化学发光信 号，结果表明，利用金纳米粒子的放大作用，使方法的灵敏度比直接将生物识别 6 分子固定在裸电极上高6 , - 1 0 倍，比传统的r u ( b p y ) 3 2 标记方法具有更强的生物亲 和性以及廉价的特点。然而，金纳米粒子在该方法的应用也存在着制成的电极只 能测量一次、电极表面固定的生物分子的流失等负面影响【6 z j 。 纳米粒子因其具有生物亲和性、高的比表面积、高的催化活性和特异的光学 特性1 6 3 删，在固定生物物质、电催化、表面增强拉曼散射( s e r s ) 等研究领域均得 到了广泛的研究与应用 6 5 。6 8 】。其中利用纳米粒子构建各种纳米结构的功能膜在电 化学分析中已经受到人们的密切关注1 6 5 】。h a n 等【6 9 n 用掺杂纳米二氧化钛n a t i o n 膜将r u ( b p y ) 3 2 + 固定在玻碳电极表面，与h p l c 联用，不但提高了选择性而且使 用寿命可达三个星期。董绍俊等 7 0 l 研究了以层层自组装( l b l ) 技术，即将带负电 荷的s i 0 2 纳米粒子与带正电荷的r u ( b p y ) 3 2 + 在i