（分析化学专业论文）微量毒物和药物的流动注射化学发光分析研究.pdf

微量毒物和药物的流动注射化学发光分析研究 吴丰魁 摘要：对微量毒物或药物进行分析时，所使用的检测方法应具有高的灵敏度。 化学发光方法作为一种高灵敏度的分析方法，特别适合于以上毒物和药物的分析。 同时，化学发光分析还具有仪器简单、响应迅速、易于与其它分离技术联用等特 点。本文的主要目的是以微量毒物和药物作为分析对象，建立相关的快速、简便、 高灵敏度、低成本并可实现自动化的流动注射化学发光分析方法。本文分为两个 部分：综述和研究报告。 综述：化学发光分析在毒物分析中的应用。主要对近年来( 2 0 0 0 2 0 0 7 年) 化 学发光及其联用技术在微量毒物分析方面的应用作了概括，展望了化学发光在微 量毒物分析领域的发展前景。 研究报告主要涉及三个研究工作 ( 】) 超声预处理液滴流动注射化学发光检测有机磷 基于无机磷酸盐和铜酸根、钒酸根形成的磷钼钒杂多酸能够氧化鲁米诺产生 化学发光这一反应体系。利用超声助氧化预处理将有机磷氧化为无机磷酸盐，结 合液滴流动注射化学发光方法检测，实现了有机磷农药的快速转化和高灵敏度、 高频率的分析检测。方法的分析特性如下：线性范围为1 o l f f 8 2 5 1 0 - 6m o l l ( r = 0 9 9 8 8 ，n = 7 ，磷酸根) ，检出限为3 1 0 4 m o l l ( n = 1 1 ) ，相对标准偏差为3 4 ( 1 o 1 0 - 7m o l l 磷酸根，n = 1 1 ) ，信号采集频率3 0 0 h 。该方法应用于水果蔬菜表 面三种有机磷农药( 氧乐果、敌敌畏、敌百虫等) 残留的测定，并与光度法测定 结果进行了对照。 ( 2 ) 醋酸地塞米松化学发光检测及反应机理研究 研究了一种流动注射化学发光测定膏剂中醋酸地塞米松( d a ) 的方法。浚方 法基于醋酸地塞米松对鲁米诺一铁氰化钾化学发光反应体系的增敏作用，采用溶剂 萃取分离膏剂中的醋酸地塞米松，实现了对醋酸地塞米松的流动注射化学发光测 定。方法的分析特性：线性范围为0 0 4 4 4 4 g m l ( r = 0 9 9 8 4 ，n = 7 ) ，检出限为 o 0 1 g m l ，样品分析速率为2 0 h ，相对标准偏差为1 8 ( 0 4 4 ”g m ld a ，n = 1 1 ) 。 探讨了醋酸地塞米松一鲁米诺铁氰化钾化学发光反应的反应机理。基于相关实验结 果和文献，提出如下反应体系的机理：铁氰化钟氧化d a 生成d a 中间态氧化态，。 物( d a o x ) ，d a o x 可快速氧化鲁米诺生成发光巾间体。该方法还被用于人体上肢 表皮对膏剂中醋酸地塞米松吸收的研究。 f 3 ) 异相液滴流动注射化学发光初步研究 提出了一种异相液滴流动注射化学发光分析方法。利用液滴流动注射独特的 液流控制模式，以碘一鲁米诺化学发光体系为实验模板，探讨了异相液滴化学发光 分析的可行性。方法的分析特性：线性范围为1 o l o x l o m o l l ，检出限为3 1 0 4 m o l l ，相对标准偏差为1 9 ( 5 o x l 0 4 m o l f l 的碘，n = 1 1 ) ，信号采集频率为4 0 0 h 。 方法应用于食盐中碘的测定。 关键词：化学发光液滴流动注射有机磷醋酸地塞米松异相 t h ec h e m i l u m i n e s c e n c em e t h o df o rt h em i n u mp o i s o na n dp h a r m a c e u t i c a ls t u d y w u f e n g k u i a b s t r a c t ：t h ep r e s e n tt h e s i sc o n s i s t e do ft w op a r t s ：r e v i e wa n dr e s e a r c hr e p o r t i n t h er e v i e ww eh a dr e v i e w e dt h ea p p l i c a t i o no fc ld e t e c t i o nm e t h o da n di t sr e l a y i v e t e c h n o l o g yf o rt h em i n u mp o i s o na n a l y s i s ，t h e r ea r ec lm e t h o df o rh y d r o x y b e n z e n e a n a l y s i s ，p e s t i c i d ea n a l y s i s ，p o l y c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n s ( p a h s ) a n a l y s i s ，t o x i c g a sd e t e c t i o n ，t o x i cm e t a li q j aa n a l y s i s ，t o x i ci n o r g a n i ci o nd e t e c t i o na n dh a r m f u ld r u g a n a l y s i s ，e t c t h er e s e a r c hr e p o r tc o n t a i n st h r e es u b u n i t s ： ( 1 ) u l t r a s o n i cd i g e s t a n dn o n s e g m e n t e dc o n t i n u o u s d r o p l e t f l o w i n j e c t i o n c h e m i l u m i n e s c e n c em e t h o df u rt h eo r g a n o p h o s p h o r u sp e s t i c i d e sa n a l y s i s b a s e do nt h em o l y b d o v a n a d o p h o s p h r a t e ( p - m o v ) h e t e r o p o l ya c i do x i d a t e a l k a l i n el u m i n o lp r o d u c e dc h e m i l u m i n e s c e n c e s t h eo r g a n o p h o s p h o r u sp e s t i c i d e sw e r e q u a n t i t a t i v ec o n v e n e dt oo r t h o p h o s p h a t eb yu l t r a s o n i cc o u p l e sw i t ho x i d a n t t h e nt h e o r t h o p h o s p h a t ew i t hm o l y b d a t ea n dv a n a d a t et of o n nt h ev a n a d o m o l y b d o p h o s p h o r i c ( v - m o p ) h e t e r o p o l ya c i d t h e nt h ed r o pf l o wi n j e c t i o ns y s t e mw a su s e dt od e t e c tt h e c h e m i l u m i n e s c e n c e ss i g n a l i nt h ep r e s e n tm e t h o do r t h o p h o s p h a t ec a l i b r a t i o ng r a p h w a su s e df o ro r g a n o p h o s p h o r u sp e s t i c i d e sm e a s u r e m e n t si nt h es a m p l e s u n d e rt h e o p t i m a lc o n d i t i o n s ，t h ec li n t e n s i t yw a sl i n e a rt ot h eo n h o p h o s p h a t ec o n c e n t r a t i o ni n t h er a n g eo f1 0 1 0 2 5 x 1 0 4m o l l ( r = 0 9 9 8 8 ，n = 7 ) ，t h ed e t e c t i o nl i m i ti s3 x 1 0 - 9 m o l l t h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o nw a s3 4 a t1 0 x 1 0 - 7m o l l ( n = 11 ) t h i s m e t h o dh a sb e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e dt ot h ed e t e r m i n a t i o no ft r a c ed i m e t h o a t e ， d i c h l o r v o s ，t r i c h l o r f o n ( d i p t e r e x ) r e s i d u e si nv e g e t a b l e sa n df r u i t s t h er e s u l t sa r eg o o d a g r e e m e n tw i t ht h er e f e r e n c es p e c t r o p h o t o m e t r y ( t h er ei sl e s st h a n 士4 ) t h ep r e s e n t m e t h o dr e a l i z e dr a p i d ( 3 0 0 h ) ，s e n s i t i v e ，s i m p l ed e t e c t i o n ( 2 ) f 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 em e t h o df o rd e x a m e t h a s o n ea c e t a t ea n a l y s i s a n dr e a c t i o nm e c h a n i s ms t u d y af 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 ( e l ) m e t h o dc o u p l e dw i t hs o l v e n te x t r a c t i o n f o rt h ed e t e r m i n a t i o no fd e x a m e t h a s o n ea c e t a t e ( d a ) i no i n t m e n ti sp r e s e n t e di nt h i s p a p e r i ti sb a s e do nt h ee n h a n c i n ge f f e c to ft h es t u d i e dd r u g o nc le m i s s i o no f l u m i n o l k 3 f e ( c n ) 6s y s t e m s t h i sm e t h o dh a st h ea d v a n t a g e so fs i m p l es a m p l e t r e a t m e n t ，c h e a pi n s t r u m e n t a t i o na n dr a p i dd e t e c t i o n u n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n s r e l a t i v ec li n t e n s i t i e sa r ep r o p o a i o n a lt od ac o n c e n t r a t i o n si nt h e0 0 4 4 - - 4 4j _ t g m l r a n g e t h el i m i to fd e t e c t i o ni so 0 li t g m l ( 3 0 ) f o rd a ，t h em e t h o di sa p p l i e dt od a c o n t e n ti nc o m m e r c i a ld ao i n t m e n tp h a r m a c e u t i c a la n dt oh u m a ns k i nd aa b s o r p t i o n a n a l y s i s e x p e r i m e n t s a r e p e r f o r m e dt o e v a l u a t et h en a t u r eo fd ae n h a n c e d l u m i n o l k 3 f e ( c n ) 6c h e m i l u m i n e s c e n c er e a c t i o n ，b a s e do nt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sw e s u g g e s tt h a t i nt h i sc ls y s t e m ，d aw a so x i d i z e db yk 3 f e ( c n ) 6t of o r mam e d i u m p r o d u c t ( d a o x ) ，t h e nd a o xo x i d i z el u m i n o lw i t haf a s t e rk i n e t i cs t e pt h a nk 3 f e ( c n ) 6 d i r e c t l yo x i d i z el u m i n o lt oaa c t i v ef o r m ，a st h i se n h a n c e st h el u m i n o l k 3 f e ( c n ) 6 c h e m i l u m i n e s c e n c er e a c t i o ns p e e d f i n a l l yi n t e n s i f yt h ec ls i g n a l ( 3 ) h e t e r o g e n e o u sd r o pf 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 es t u d y t h ec o n t i n u o u sd r o pf l o wi n j e c t i o ns y s t e mw a su s e dt od e t e c t i o nt h ec ls i g n a lo f o r g a n i ce x t r a c t i o ns o l v e n td i r e c t i l yr e a c t e dw i t ht h ec lr e a g e n ti np o l a r i t ya q u e o u s r e a l i z e dt h eh e t e r o g e n e o u sr e a c t i o n t h es e n s i t i v e1 2 一l u m i n o lc ls y s t e mw a sc h o s e da s t h es t u d ym o d e l t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h em e t h o dr e a l i z e dt h er e a c t i o n o f r e a g e n t si nh e t e r o g e n e o u sa n dh a st h ea n a l y t i c a lc a p a b i l i t y k e y w o r d ：c h e m i l u m i n e s c e n c e ；d r o pf l o wi n j e c t i o n ；o r g a n o p h o s p h o r u s ；d e x u m e t h a s o n e h e t e r o g e n e o u sr e a c t i o n v 学位论文独创性声明 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，论文中不包含其它个人已经 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：叁季建垂每 日期：兰堕： 学位论文使用授权声明 本人同意研究生在校攻读学位期问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，发表本论文或使用本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。 作者躲丞盎缸作者签名：系盈& 坐日期：巫生 第一章综述 化学发光在毒物分析中的应用 引言 毒物分析是现代分析研究的一个重要内容。它们在法医物证鉴定、刑事侦察、 生物科学、食品科学、环境科学、药物科学等与人们生活密切相关的领域都有着 重要的应用。近年来，毒物分析逐渐成为广大分析工作者开展研究工作的重要着 眼点之一。目前有关毒物的专门期刊也有很多，例如：著名科学论文数据库：e l s e v i e r 中关于毒物的期刊就有6 种之多，它们分别是：t o x i c o l o g i c a ls c i e n c e s ，t o x i c o l o g y ， t o x i c o l o g ya n da p p l i e dp h a r m a c o l o g y ，t o x i c o l o g yl e t t e r s , t o x i c o l o g yi n v i t r o ， t o x i c o n 等。化学发光法是微量毒物分析最常用的方法之一，在微量毒物的分析中 占据着重要的地位。虽然关于化学发光分析应用的综述文章较多，但专门针对化 学发光在微量毒物分析中应用的综述并不多见l q 。本文就化学发光在微量毒物分析 中的应用作一个简要的概括。 1 化学发光在酚类物质分析中的应用 许多酚类物质对生物活体会产生毒害作用，并具有致癌性，长期饮用被有害 酚污染的水会引起头昏、贫血、癌变及各种神经系统疾病等1 2 翔。由于酚类物质对 人体及环境的危害，建立对不同样品中毒害酚类物质的分析方法，对污染防治、 环境保护、维持生态平衡等具有着重要的意义。化学发光分析法在酚类物质的分 析中也有着重要应用。由于酚类物质通常都具有较强的还原性，一常见的一些氧 化剂，如0 2 、k 3 f e ( c n ) 6 、c e ( i v ) 和h 2 0 2 等就可以使其氧化，并导致化学发光的增 强或抑制。一般情况下，有酚参与的化学发光反应，其反应机理与发光体系所采 用的氧化剂或发光反应的中间产物有关，如c e ( ) 体系与c e ( 1 i d 有关，过氧化 草酸酯类体系与中闯体( 二氧杂丁二酮) 有关，k m n 0 4 体系与其还原产物激发态 m n i i ) 或产生的单线态氧有关等。酚的存在可能加速了相关活性中阃产物的生成 速率，所以以上反应体系在用于酚的测定时多是基于酚类物质对发光体系的增敏 作用，其中以c ) 和k m n 0 4 做为氧化剂的化学发光体系常用于酚类物质的直接 氧化发光测定。如使用过氧化草酸酯类体系测定酚，往往需对酚类物质先进行荧 光衍生化标记或发生能量转移。对鲁米诺化学发光体系而言，酚对发光反应可能 产生增敏或抑制作用，其作用机理与酚的结构有很大关系，同时也受到反应条件 和反应环境的影响。苟劲等1 4 】研究了1 9 种酚类物质对鲁米诺化学发光体系的作用， 讨论了勖类物质物质对化学发光强度抑制或增强的机理。其研究结果认为，酚类 物质在被氧化过程中生成了具有强氧化能力的自由基，增敏了鲁米诺的氧化反应； 对抑制作用的解释是酚类物质被氧化成为还原性的醌式结构，与鲁米诺氧化反应 产生竞争，导致鲁米诺化学发光受到抑制。龚正君等i s i 署u d u 等1 6 1 分别研究了苯酚和 一些多羟基酚参与的鲁米诺化学发光反应，其实验结果发现均为发光增敏过程； 他们认为酚在氧化过程产生了活性氧自由基，使鲁米诺化学发光得到增敏。而 x u l 7 ) 、崔华i s 、h u l 9 1 、z h a n g lj 0 1 等分别报道了一些基于酚类物质对鲁米诺发光反 应的抑制作用而建立的检测方法，其对抑制机理解释是：酚截获了作为鲁米诺氧 化剂的活性自由基，导致鲁米诺发光淬灭。此外，c e ( i v ) 、k m n 0 4 、t c p o ( f 。c p o ： 双( 2 ，4 ，6 - 三氯苯基) 草酸酯) 和p o ( 过氧化草酸酯) 发光体系在酚类物质的化学发 光检测中也有一些研究。表l 对近年来( 2 0 0 1 - 2 0 0 7 年) 酚类物质化学发光分析应用 研究做了简单的总结。 表1 化学发光在酚类物质分析中的应用 t a b l e1c lm e t h o df o rt h ep h e n o l i cc o m p o u n d sa n a l y s i s 2 1 2 化学发光在农药残留分析中的应用 农药本身具有一定的毒性，它们在农业生产中在起相应的病虫害防治、杂草 去除等作用的同时，也会对环境和人的生命健康造成威胁。近年来关于农药滥用 所造成的食物、环境残留问题也越来越引起人们的关注。从研究文献来看有关农 药分析研究的文章也越来越多。化学发光分析方法由于其高灵敏度、仪器简单廉 价等特点，在农药分析中也显示出其优越性，得到了许多的应用。对农药的化学 发光分析化学发光体系主要包括鲁米诺体系、过氧草酸酯体系、钌联毗啶体系、 以及一些直接氧化反应体系等。下面我们将农药化学发光分析分为有机磷农药化 学发光分析和其他农药化学发光分析两部分分别进行概述。 有机磷农药具有广泛的适用性和优异的杀虫效果，加上其较为低廉的成本， 在农业生产中大量使用。在我国，有机磷类农药产量占农药总量的7 5 以上。也 正是由于这种广泛的应用甚至“滥用”，有机磷农药成为众多农药中毒案件的“元 凶”。近年来关于水果、蔬菜、食品中有机磷农药残留的危害也越来越多的受到 重视。关于有机磷农药的分析测定也成为当前毒物分析的一个重要内容。关于化 学发光对有机磷农药的分析测定研究，比较早见的是基于有机磷农药对胆碱酯酶 的抻制作用，r o d a 等f 3 3 1 人正是根据以上抑制原理，采用流动注射化学发光法 ( f i a c l ) 建立了对氧磷、涕灭威等有机磷农药的分析方法。a l e x a n d r a 等1 3 4 1 报道 了关于有机磷农药的化学发光免疫分析。由于受到酶和免疫分析测定的一些缺陷 诸如生物活性物质的性能所受影响因素较多、操作条件要求严格、所需的分析时 间较长等因素的制约，此类化学发光分析法在有机磷农药分析方面的应用非常有 限。随着鲁米诺化学发光体系研究的深入，基于鲁米诺化学发光的有机磷农药分 析开始出现。王建宁等1 3 5 - 3 8 1 发现一些有机磷农药，如敌敌畏、敌百虫1 3 9 1 等对鲁米 诺h 2 0 2 化学发光体系具有增敏作用，表面活性剂c t m a b 存在时可进一步增强这 种增敏作用。根据以上实验现象，他们建立了敌敌畏、敌百虫的鲁米诺 h 2 0 2 c t m a b 增敏的化学发光分析方法，后来发展到对实际样品的分析。关于以 3 上增敏反应机理，他们认为是敌敌畏与h 2 0 2 在碱性条件下反应，可能生成过氧化 磷酸盐产物，面过氧磷酸盐具有比h 2 0 2 更强的氧化能力，这种氧化能力更强的氧 化剂替代h 2 0 2 氧化鲁米诺，使得化学发光信号增强。基于磷酸盐和钒酸根、钼酸 根形成的磷铝钒杂多酸可以氧化鲁米诺产生化学发光这一现象，李保新等i ”，4 l 】 利用紫外辅助氧化有机磷结合人工神经元网络线性回归技术实现了对敌敌畏、敌 百虫、氧乐果的化学发光法同时测定。 除了以上的化学发光体系之外，范顺利等1 4 2 还利用了在酸性介质中，革甘膦 与过量的n 0 2 反应生成稳定的n 亚硝胺，而剩余的n 0 2 快速氧化亚铁氰化钾为铁 氰化钾这一反应，与鲁米诺铁氰化钾化学发光反应相偶合，建立了反相流动注射 化学发光法测定草甘膦的方法，并将所建立的化学发光方法应用于废水中草甘膦 的测定。其它化学发光法测定有机磷农药的研究概述列于表2 。 表2 化学发光在有机磷农药分析中的应用 t a b l e2c lm e t h o df o rt h eo r g a n o p b o s p h o r u sp e s t i c i d e sa n a l y s i s 4 其它农药的化学发光法分析研究概述列于表3 表3 化学发光在其他农药分析中的应用 t a b l e3c lm e t h o df o ro t h e rp e s t i c i d e sa n a l y s i s 1 3 化学发光在多环芳烃( p 廿l s ) 分析中的应用 多环芳烃是普遍存在的环境污染物质之一，它们广泛的存在于空气、水、土 壤污染物中，其中有一些芳烃具有致癌性，与很多肿瘤的产生有着重要关系。此 类物质主要通过参与新陈代谢来改变d n a 的合成，从而对生物体产生毒害作用， 目前多环芳烃已被列为美国优先控制的环境污染物之一1 5 ”。对多环芳烃，尤其是 环境中的多环芳烃进行分析和监测具有重要的意义。目前常用于多环芳烃检测的 比较好的方法主要是质谱法，但是质谱仪相对价格昂贵、分析成本较高。也就限 制了这种方法的广泛应用，而紫外检测灵敏度低，选择性差，难以满足微量样品 的分析要求。多环芳烃类物质分子是大平面结构的共轭体系，多具荧光性， 特别是当芳环上有供电子基团如氨基时，荧光性更强，非常适合采用荧光或化学 发光方法进行检测。其中，化学发光检测使用仪器更为简单、灵敏度更高，在多 环芳烃的分析中受到越来越多的关注。林会明等1 5 s 5 9 1 对化学发光及联用技术在多 环芳烃的分析研究中的应用作了比较详细的综述，早在1 9 7 8 年s h e r m a n 等1 6 0 1 就对 t c p o 用于p a h s 发光分析的可能性进行了探讨，1 9 8 3 1 9 8 4 年s l g v a r d s 等1 6 1 , 6 2 1 利用 t c p o h 2 0 2 化学发光体系对1 8 种p a i l s 和1 4 种多环芳胺的发光反应进行了研究，并 结合液相色谱分离方法建立了这些多环芳烃的化学发光检测方法，检出限达n g - p g 数量级。近年来，h a y a k a w a 等1 6 4 - 6 5 对硝基多环芳烃( n p a h s ) 的化学发光分析与 应用进行了一系列的研究，他们用n a i l s 或金属锌还原n p a h s 为氨基多环芳烃，然 后利用这些氨基多环芳烃对t c p o - h 2 0 2 化学发光体系的作用建立了这些多环芳烃 的t c p o 化学发光检测的方法，检出限达l x l o - l i l x l 0 4 m o l l 。唐宁等【6 6 l 利用化学 发光- h p l c 联用技术建立了空气中2 2 种多环芳烃的化学发光检测方法。最常用的多 环芳烃化学发光体系测定是t c p o - h 2 0 2 体系，林金明等1 5 9 垤测为其检测原理如下： 酷+ p h k - - - - - ，刚 i i6 li 。 i c 一c l 一一亡p h 叫 ll lii 1 o oi6 6i a 麒v + c 饥 p h a * c 0 2 - , _ 1 7 1 1 l a + 嘞p l n - p l l a + h 1 4 化学发光在有毒气体分析中的应用 在环境保护工作中，空气中有毒气体的污染控制也是一个重要的方面。由于 空气的流动性和易变性，对于空气中有毒气体的分析检测，需要一种快速、高灵 敏度、操作简便、仪器相对简单、易于自动化的检测方法。化学发光的诸多优点( 快 速、灵敏、仪器简单、能够测定的有毒气体种类多等) 使其在有毒气体的分析监测 中显示出明显的优越性。化学发光对有毒气体污染物的检测主要有两种形式。一 种是气相化学发光，主要是基于待测物质跟臭氧( 0 3 ) 能产生化学发光的现象建 立了系列有毒气体的化学发光测定方法，例如，k a n d a 等1 6 7 j 基于n o r o ，之问的 6 化学发光反应建立了氮氧化物的连续化学发光检测方法。第二种是液相化学发光， 如王洋、范世华等1 6 8 】报道了一种测定大气中痕量的氮氧化物的方法，其原理是在 酸性介质中n 0 2 可与h 2 0 2 反应生成不稳定的过氧亚硝酸，而在碱性环境中，过氧 亚硝酸发生分解生成亚硝酸根离子并在此过程中产生化学发光。有关化学发光在 有毒气体分析中更多的研究文献列于表4 。 表4 化学发光在有毒气体分析中的应用 t a b l e4c lm e t h o df o rt h et o x i cg a sa n a l y s i s 1 5 化学发光在有毒重金属离子分析中的应用 重金属离子污染所引起的社会和环境问题越来越受到人们的重视，比如铅中 毒1 7 5 , 7 6 】，铊中毒等1 7 ”8 1 。对环境中的重金属离子形态、分布、含量等状况进行检测， 从而确保食品安全和实现生态修复具有重大意义。要开展以上工作，需要建立针 对有毒有害重金属离子的快速、灵敏、方便、连续性、易于自动化的检测方法。 目前关于重金属离子的检测多用的原子吸收法以及原子发射光度法，此类方法对 金属离子的分析具有较好的选择性和较高的准确性，但是此类方法的一个显著的 不足就在于灵敏度不够高，对于微量金属离子的测定不能有效的发挥作用。而在 化学发光反应体系中很多的重金属离子即使是非常少量的存在都会对化学发光体 系产生显著的影响，对于微量金属离子的测定化学发光法可以达到一个非常高的 灵敏度。目前已经有了许多针对金属离子的化学发光检测方法，近年来的一些相 关研究文献列于表5 。 7 表5 化学发光在有毒重金属离子分析中的应用 t a b l e5c lm e t h o df o rt h et o x i ch e a v ym e t a li o na n a l y s i s 1 6 化学发光在有毒无机离子分析中的应用 关于有毒无机离子，尤其是含氧酸根离子对环境和生物体的毒害作用，人们 很早就有认识，例如，所谓的砒霜( a s 2 0 3 ) 溶于水后生成的砷( i i i ) 离子便是剧毒物 质。对于此类物质的分析多采用化学分析方法，分析效率比较低，灵敏度也较为 低，于高灵敏度、高效的分析方法的需求比较强烈。近年来，随着化学发光分析 方法研究的深入，对一些以前不能用化学发光法检测的无机酸根离子，也出现了 的报道。关于无机酸根的化学发光研究主要有两个方向。一种是利用无机离子在 氧化还原反应过程中自身对某些化学发光体系的增敏作用，例如s a k c h a i 等l s 7 】利 用高锰酸钾氧化砷( 1 i i ) 离子产生化学发光的现象建立了砷( 1 i t ) 的化学发光分析方 法。另外是利用待测离子与另外一种能够参与化学发光体系的物质发生偶合反应， 然后根据相应物质的量的改变来闯接的实现对待测离子的分析测定。例如，章竹 君等岬j 将钒( v ) 催化氯酸钾氧化碘离子生成单质碘的反应与碘鲁米诺化学发光 8 反应相偶合测定了钒p c ) ，其反应机理如下：0 0 3 + i 。+ i + - - - , 1 2 ，v ( v ) 的存在可催 化以上反应，通过对所生成碘的测定，间接的实现了对钒酸根离子的化学发光分 析。 表6 化学发光方法在无机离子分析中的应用 t a b l e6c lm e t h o df o r t h et o x i ci n o r g a n i ci o na n a l y s i s 1 7 化学发光在其他毒物分析中的应用 化学发光除了在上述毒物分析中的应用外，还在其他一些有毒有害药物以及 生物毒性物质的分析中得到了应用，如对激素类药物、爆炸物等的分析。激素类 物质本身虽然不是毒物，但是由于常常被滥用，也会给人们的健康和安全造成危 害，例如激素类物质被违禁添加在家畜食品中作为增肥剂使用，最近曝光的化妆 品中添加激素类药物引起使用者皮炎红疹等也是典型的案例p 哪。爆炸物本身也具 有毒性，会对环境和人体造成毒害。对这一类物质的分析，尤其是微量分析也越 来越受到人们的关注。关于激素类药物的化学发光分析，y u k i en i w a 等眇j 较早地 注意到地塞米松对化学发光反应的作用，h i r o a k ik u b o 等p o o l 在研究还原性物质对 于鲁米诺化学发光体系的作用时，发现了皮质肾上腺激素类药物可对鲁米诺化学 发光体系产生类似的作用；这种作用被认为是与皮质肾上腺激素类药物的甜羟基羰 基基团( h y d r o x i c a r b o n y lg r o u p ) 有关，初步的解释是0 t 羟基羰基基团在碱性条件下能 9 够生成自由基，从而对化学发光体系产生增敏作用。l g l e s i a s 等 1 0 1 , 1 叫对化学发光法 在激素类药物的分析应用作了较为详细的研究，他们利用液相色谱分离结合化学 发光测定方法探讨对于9 种皮质肾上腺激素类药物：曲安西龙、泼尼松龙、醋酸泼 尼松、可的松、倍他米松、地塞米松、肾上腺酮、弗拉米松、曲安奈德同时测定， 并将液相色谱化学发光法应用于肝脏中九种皮质肾上腺激素类药物的含量分析。 对于爆炸物的分析，近年来，化学发光分析方面的论文出现的频率也比较高， j i m 6 n e z 等 1 0 3 对化学发光法在爆炸物检测中的应用进行了综述，从已经发表的文 献看，大多数的爆炸物含有n 0 2 或者n 0 3 基团，所报道的方法也多是基于对这些基 团的化学发光检测而建立的。h a l l o w e l i1 1 0 4 1 关于进出口违禁物品检测方法的综述中 曾提到关于气相色谱化学发光法作为一种隐蔽监测手段来监测人员是否隐藏有爆 炸物品的专利方法。 1 8 化学发光毒物分析展望 ( 1 ) 新的样品处理技术的研究，由于化学发光分析在越来越多的毒物分析中应 用，对于各种不同的样品处境，以及不同层次的样品含量，那么也就需要开发更 多更有利于化学发光检测样品前处理技术，例如各种富集、衍生手段的应用。 ( 2 ) 与其他分离、液流控制手段的偶合，例如流动注射、连续液滴流动注射、 高效液相色谱、超临界流体色谱、膜分离、毛细管电泳、微流控芯片等的联用， 对于要解决的毒物分析问题以及所要达到的水平采用不同的联用方式。 k 并且k i k 2 ， 若不是这样化学发光被d a 增敏是无法说的通的。作为9 3 f e ( c t c g 1 u m i n o l 体系的一 步慢反应，反应( 4 ) 被认为是该体系的决速步骤i l 。以上对于反应机理的建议是最 符合逻辑的选择。 事实上，即使k 3 f e ( c n ) 6 的量是d a 物质的量的1 1 0 ，依然可以得到d a 浓度对 相对化学发光强度的线性关系。这个实验现象也支持了关于k , f e ( c 0 6 被氧化回补 到k 3 f e ( c l q ) 6 推断，如反应式( 5 ) 所示，这样的结论还证实了s h e v l i n i 珏5 】所报道的有 关k 3 f e ( c n ) 6 1 u m i n o l 化学发光反应机理的假设。 4 致谢 非常感谢国家然科学基金项目( n o 2 0 6 7 5 0 5 0 和9 0 6 0 7 0 1 6 ) 对本实验工作的资 金资助。 ( 3 ) 异相液滴流动注射化学发光初步研究 擒要：萃取是种常用的样品预处理方法，用来对复杂样品的分离纯化以及 低浓度样品的富集。在化学发光分析中，萃取也是一种常用的样品处理方法。萃 取溶剂多是与水不相混溶的有机溶剂，而化学发光反应多发生在极性的水溶液中。 那么在化学发光分析中，为了对萃取后的待测组分进行分析测定，还需要通过反 萃取的步骤将有机相中的待测组分转入水相溶液中进行反应分析。这种萃取与反 萃取的操作加大了干扰离子引入的可能性、同时又降低了富集效率、延长了操作 时间。在本实验中，尝试用液滴流动注射技术建立一种异相混合化学发光测定方 法，直接让萃取后的有机相中的待测物质跟水相中的化学发光试剂进行反应。选 择碘一鲁米诺化学发光体系作为实验的模板进行了研究。在优化的实验条件下所获 的分析特性为线性范围为1 o 1 0 x 1 0 - 7m o l l ，性相关系数为o 9 9 8 3 ( 舻5 ) ，检出 限为3 x l o - s m o l l ，相对标准偏差为1 9 0 4 0 ( 5 0 1 0 - 7m o l l 碘溶液，n = 1 1 ) ，信号 采集频率为4 0 0 h 。最后方法还应用于食盐中碘的测定并与光度法测定结果进行了 对比。 关键词：异相液滴流动注射化学发光研究 1 弓l 言 萃取技术作为一种常用的分离富集方法，由于其原理简单、易于操作、较好 的分离特性而在各种分析方法的样品处理中具有重要的应用。那么它在流动注射 化学发光分析的样品处理过程中也常常用到，化学发光多发生在相同极性溶液的 混合与反应过程中。也就要求样品和所用的化学发光试剂是在相同极性的溶液中。 以常用的鲁米诺化学发光体系为例，化学发光试剂：鲁米诺多存在于水溶液中， 而萃取往往是将在水溶液中溶解度小的物质转化富集到溶解度大的有机相中。为 了最后的化学发光测定，就需要通过反萃取的操作，将有机相中的待测物质转化 到水相中进行化学发光测定。很显然，增加了操作步骤。分析过程中样品的处理 过程繁琐，一方面会增加分析测定所消耗的时间。另一方面容易引入新的干扰离 子。设想能否用一种液流控制模式实现异帽溶液的直接混合，并用化学发光方法 对样品信号进行检测。要想实现两种不同极性溶液的混合，需要有外力的帮助， 对于化学发光检测来说，这种外力不仅要足够的强度，还要能够在很快的时间内 完成( 多数的化学发光反应会在几秒的时间内达到最大值，然后迅速的衰减，为 了获得好的灵敏度，必须要在获得最大化学发光强度值前完成混合) 。 对于化学发光分析最常用的液流控制模式是流动注射技术，流动注射分析方 法分析速度快、易于自动化、分析稳定性好、液流装置简单、分析成本低廉等。 4 0 自从1 9 7 5 年丹麦技术大学r u z i c k a 和h a n s e n 提出了这一种在非平衡状态下对待测样 品溶液进行高效处理、测定的新方法后。这种新型的液流控制模式从根本上改变 了几百年来分析化学测定必须在物理化学平衡状态下进行的传统，开辟了溶液分 析化学的一个全新领域。在随后的3 0 年的研究发展中，流动注射分析技术广泛的 应用于众多的领域，例如药物分析、环境分析、海洋学，过程控制、农药生产、 新药探索、医学诊断【1 5 9 l 。作为一种新型的液流控制进样检测模式，流动注射技术 可以实现溶剂的混合、稀释、液流驱动、自动化采样，还可以与其他样品处理技 术如样品富集、化学标记、基质改性、溶剂交换、氧化转化等相结合来实现更好 的分析性能。 对于传统的流动注射技术想要实现溶液的强制混合并不是很容易，那么就尝 试对流动注射技术进行改进，实现两种不同极性的溶液的混合与反应在传统流 动注射的基础上，开展了对新型液流控制模式；液滴流动注射化学发光分析方法 的研究。在初步对这种新型的液流控制装置的制备和分析应用的可能性研究的基 础上，尝试用这种液流控制模式来实现两种不同极性溶液的混合与反应。 在最初的关于液滴流动注射液流控制模式的实验中，所用的都是相同极性的 两路溶液混合并快速反应，液滴在两路毛细管的尾端生成并产生化学发光。而对 于不同极性的两路溶液来说，由于极性的差异，在毛细管的尾端接触，但是没有 充足的搅拌力量使得两路溶液强制混合并未产生化学发光反应。于是，初步设定 一种水相和有机溶剂中物质的反应作为研究模板来探讨连续液滴装置在两相溶液 混合反应中是否能够发挥作用。考虑到有机溶剂的一些特性，对液滴装置的材料 以及毛细管交界处的角度、毛细管尾端距离光窗的高度进行了新的考虑。利用两 个没有混合的液滴在生成后竖直滴落在光窗时，因为自由落体的原因，各自液滴 会带有一定的动能，当这两个液滴同时与光窗的碰撞时候迅速的向周围蹦射，达 到瞬间的混合，快速的化学发光反应就可以在这瞬间的混合过程中完成，实现了 不同极性的两种溶液的混合与反应。 在随后进一步的实验中，选择了灵敏度很高的h l u m i n o l 化学发光体系作为模 板进行了研究。发现最初所设定的混合问题得到了较好的解决。实验结果显示， 微量溶在有机相中的碘与水相中的碱性鲁米诺溶液通过改进后的连续流动液滴化 学发光装置后在化学发光分析仪上获得了重现性较好的化学发光信号，也在一定 浓度范围内获得了碘浓度与相对化学发光强度的较好的线性关系