（分析化学专业论文）顺序注射化学发光测定大气中的氮氧化物和水中的亚硝酸根离子.pdf

查苎苎兰婴主兰些丝查塑兰 顺序注射化学发光测定大气中的氮氧化物 和水中的亚硝酸根离子 摘要 本文实现了顺序注射( s i ) 进样技术和化学发光( c l ) 检测手段的联用。设 计了流路简单的顺序注射化学发光检测系统，首次将s i - c l 体系用于大气中氮氧 化物和水中亚硝酸根离子的检测，获得了比较令人满意的结果。 论文第一部分综述了c l 方法在大气污染物监测过程中的应用和进展，并对c l 检测方法进行了展望。 第二部分介绍了s i c l 联用测定大气中的氮氧化物。对实验装置进行了改进， 改变常规的顺序注射进样装置中储存管路和反应管路被多位选择阀隔开的方式， 在本文的实验中位于光电倍增管光窗前部的流通池既是反应管路又可作为储存管 路的一部分。贮存管既作为试剂与样品溶液的存储管道又作为反应管道。以三乙 醇胺( t e a ) 作为吸收液浓集大气中的氮氧化物。用单因素法进行了实验参数的优 化。工作曲线线性范围为1 0 x 1 0 一i 0 x i 0 “m o l l 。检测限为1 0 x i 0 一m o l 。 r s d 为2 7 ( n = 1 l ，5 0 x i 0 一m o l l ) 。样品回收率在8 5 一1 0 4 之间，分析 频率为8 0h 。 第三部分介绍了s i c l 联用技术测定水中的亚硝酸根，设计了一种芯片式流 通池。采用单因素法进行实验参数的优化，通过阳离子交换树脂柱消除了水中存 在的阳离子的干扰，成功用于标准样品和实际水样的分析。工作曲线线性范围为 i 0 x 1 0 一一l _ 0 x i 0 m o l l ，检测限为6 8 x 1 0 m o l l 。r s d 为2 7 ( n = 1 1 ，1 0 x 1 0 一m o 1 ) 。回收率在9 0 一9 9 之间，分析频率为8 0h 一。结果与标准值相 符。并用常规螺旋形流通池测定了水中的亚硝酸根。工作曲线线性范围为i 0 x1 0 一i 0 x 1 0 “m o l l ，r s d 为3 8 ( n = 1 1 ，1 0 x 1 0 1 m o l l ) ，检测限为6 5 x1 0 m o l ， 分析频率为8 0h 。对饮用水样进行了回收实验，结果令人满意。 最后一部分，对s i c l 联用的特点进行了总结。 关键词顺序注射化学发光氮氧化物亚硝酸根 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t d e t e r m i n a t i o n n i t r o g e n o x i d ei na i ra n d n i t r i t ei nw a t e r b y s e q u e n t i a li n j e c t i o n a n a l y s i s w i t hc h e m i l u m i n e s c e n c ed e t e c t i o n a b s t r a c t i nt h i s d i s s e r t a t i o n ，w ef i n i s h e dt h ec o m b i n a t i o no fs e q u e n t i a l i n j e c t i o n ( s i ) t e c h n i q u ew i t hc h e m i l u m i n e s c e n c e ( c l ) d e t e c t i o n a s p e c i a lm a n i f o l dd i f f e r e n tf r o m t h en o r m a ls im a n i f o l ds y s t e mt od e t e c t n i t r o g e no x i d e i na i ra n dn i t r i t ei nw a t e r s a m p l e s w a s d e s i g n e d ，a n ds a t i s f a c t o r yr e s u l t sw e r eo b t a i n e d t h ef i r s ts e c t i o no ft h ed i s s e r t a t i o nc o n c e r n e dt h er e v i e wo nt h ea p p l i c a t i o n sa n d p r o g r e s si ns o m ea r e a s ，e s p e c i a l l yf o rt h ed e t e r m i n a t i o no fa t m o s p h e r ep o l l u t a n t sb y c h e m i l u m i n e s c e n c ed e t e c t i o n ，a n dt r e n d so fc lw e r ei n t r o d u c e di nd e t a i l i nt h es e c o n ds e c t i o n ，ac lm e t h o dc o u p l e dt os e q u e n t i a li n j e c t i o ns a m p l i n gw a s p r o p o s e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no ft r a c ea m o u n to fn i t r o g e no x i d ei na i r t h er e a c t i o n c o i l ( f l o wc e l l ) a n dh o l d i n gc o i lw e r ec o m b i n e di nw h i c ht h ef l o wc e l lw a sa sap a r to f h o l d i n gc o i l t r i e h a n o l a m i n e ( t e a ) s o l u t i o nw a su s e dt oa b s o r bn i t r o g e nd i o x i d ei na i r aa n i v a r i a t ea p p r o a c hw a sa d o p t e df o rt h eo p t i m i z a t i o no f e x p e r i m e n t a lp a r a n a e t e r s n i t r o g e nd i o x i d ec a nb ed e t e r m i n e di nt h el i n e a rr a n g eo f1 0 1 0 。7t o1 0 10 m o l l t h ed e t e c t i o nl i m i t ( 3 6 ) o f1 0 10 “m o l lw a so b t a i n e df o r5 0 p 1s a m p l ew i t ht h e r e c o v e r i e so f 8 5 - 1 0 4 a n d s a m p l i n gf r e q u e n c yo f 8 0h 1 r s dw a s2 7 ( n = 1 1 ，5 0 1 0 一m o l l ) i nt h et h i r ds e c t i o n ，as e q u e n t i a li n j e c t i o nc u s s y s t e mu s i n gac h i pf l o wc e l lw a s d e s c r i b e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no ft r a c ea m o u n to fn i t r i t ei ns o m ew a t e rs a m p l e s a u n i v a r i a t ea p p r o a c hw a sa d o p t e df o rt h eo p t i m i z a t i o no f e x p e r i m e n t a lp a r a m e t e r s t h e i n t e r f e r e n c eo fc a t i o n si nw a t e rs a m p l e sw a se l i m i n a t e d b yp r e v i o u s l yp a s s i n gt h e s a m p l es o l u t i o nt h r o u g hac a t i o n e x c h a n g ec o l u m n t h el i n e a rr a n g eo ft h ec a l i b r a t i o n i i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t g r a p hi so b t a i n e df r o m1 0 x1 0 。6 t o1 0 x1 0 4 m o l l t h ed e t e c t i o nl i m i t w a s6 8 x 1 0 7 m o l l r s dw a s2 7 ( n = 1 1 ，1 0 1 0 m o l l ) ，t h er e c o v e r i e so f 9 0 一9 9 a n dt h e s a m p l i n gf r e q u e n c yo f 8 0h w e r eo b t a i n e d g o o da g r e e m e n t so fr e s u l t sw i t hs t a n d a r d e n v i r o n m e n t a lw a t e rs a m p l e sw e r ea c h i e v e d ，a n da t t h es a m et i m e ，n i t r i t ew a s d e t e r m i n e db yt h es p i r a lc lf l o wc e l l t h el i n e a rr a n g eo ft h ec a l i b r a t i o ng r a p hw a s o b t a i n e df r o m1 , 0 x1 0 7t o1 0 1 0 m o l l r s dw a s3 8 ( n = 1 1 1 0 x1 0 一m o l l ) t h ed e t e c t i o nl i m i t ( 3 c r lo f6 5 1 0 。8m o l lw a so b t a i n e dw i t ht h er e c o v e r i e so f8 8 10 3 a n ds a m p l i n gf r e q u e n c yo f8 0h t h ep e r f o r m a n c eo f s p i r a la n dc h i pf l o wc e l l w a s c o m p a r e d i nt h el a s ts e c t i o n t h ec h a r a c t e ro f c o m b i n a t i o no f s i - c lw a sd e s c r i b e d k e y w o r d s s e q u e n t i a li n j e c t i o n ，c h e m i l u m i n e s c n c e ，n i t r o g e no x i d e ，n i t r i t e 1 1 卜 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，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其他学位而使用过的材料。 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。 本人签名：史谇 日期：如彳、三 查! ! 垄兰翌主兰竺堕圭堑二兰塑兰 第一章概述 1 1 引言 燃料和固体废弃物的焚烧以及各种生产场所设施排放的废气，严重地影响了 大气环境的质量，进而影响了人类健康和生物的生长发育。空气中的s 0 2 不仅对人 眼睛结膜和呼吸道粘膜具有刺激作用，而且还可以和空气中的氧形成酸雾迸一步 损害农作物，腐蚀金属，建筑物等；氮化物中的n o 可以使人体血液中的血红蛋白 失去亲氧能力；n o ：是大气中重要的光吸收因予，在适当的条件卜可与其它污染物 发生光化学反应，形成光化学污染：碳氢化合物，是形成光化学烟雾的主要成分， 与氮氧化物在光照的条件下可以形成光化学烟雾；包括臭氧和过氧乙酰硝酸酯 ( p a n ) 在内光化学氧化剂，是大气污染物通过化学作用形成的二次污染物。大气 中其他一些的气体，如肼和甲醇等，虽然不是大气污染的主要成分，但在一定的 范围内也会对人体产生较大的危害。因此对人气中气念污染物的测定一直是环境 检测重要内容之一。测量大气污染物的分析方法主要有：分光光度法，容量法， 色谱法，原予吸收法等。上述这些方法中或由于测定灵敏度偏低，或仪器造价昂 贵，操作复杂，应用有一定的局限性。物质在进行化学反应时释放的能量被处于 基态的反应物分子吸收而跃迁至第一激发态，当返回基态时，激发态分子所吸收 的能量以光的形式辐射出来，称为化学发光( c h e m i l u m i n e s c e n c e ，c l ) 。化学发 光分析不需要外来光源，避免了瑞利散射和拉曼散射的干扰，降低了噪声，大火 的提高了信噪比。近些年，化学发光发展主要表现在新体系的不断完善、合成新 的发光试剂、与流动注射( f i a ) 、高效液相色谱( h p l c ) 、传感器、固定化试剂、 生化免疫等技术联用。化学发光分析具有仪器简单、价格低廉、灵敏度高、分析 速度快、容易自动化等优点，在环境科学研究中的应用日益广泛。“。 1 2 无机气体的化学发光检测 1 2 1 硫化物的化学发光检测 r u ( p h e n ) ：”是一种被广泛研究的化合物，其化学发光应用逐渐增多。吴风武“0 1 以三乙醇胺为吸收剂，建立了基于r u ( p h e n ) ，”一s o2 - _ k 。s 。0 。化学发光体系测定亚硫 酸盐的分析方法。作者所在的研究小组又分别以k m n o 。“、k i n “作为氧化剂成功 东北犬擘硕士学位论文 第一章概速 地测定了空气中的s o 。在同一研究小组的其它报道中同样以三乙醇胺吸收气体， 以r u ( h i p y ) ? + 为发光试剂，选择不同的氧化剂k m n o 。1 、k 。s ：咄1 、k b r o 。1 、k i o ”6 1 测定大气中的s 0 2 ，取得了满意的结果。 旭( i i ) 是一种强氧化剂，但在水溶液中不稳定。l i 等“”用流动注射( f i ) 进样 方法，以f ) t 为阳极，在h n o 。介质中恒电流电解a g n o ：，在线产生a g ( i i ) ，进行化学 发光反应，克服了船( i i ) 不稳定带来的影响，成功地测定了空气中的s o 。方法的 线性范围0 4 - 1 0p m o l l ，检出限为0 1 7p m o l l 。i s h i i 等“”设计了一个流动式 分析装罱连续检测空气中的s o ：与h ：s 。以i t g c l 。一n a c 和z n ( n 呦。( o l ) ：溶液为吸收 液，分别收集s 吼和h 2 s 气体，尔后将收集的气体与k m n o 。和核黄素一5 i 磷酸酯溶 液汇合，检测化学发光信号，仅n a ：s ：0 ，产生干扰。 h u a n g “”报道了一个以t w e e n8 0 为增敏剂的罗丹明6 g ( r h 6 6 ) 测定硫化物的 l ? 卜c l 方法。该文作者将0 3 9 固化有r h 6 g 的7 3 2 型阳离子交换树脂装填在一个 2 5 m m 内径，0 5 m l 容积的玻璃内，以0 o l m o l lh 。s o t 溶液( 含0 2 m l1 5 t w e e n 8 0 ) 作为载流，使样品溶液以3 m l m i n 的流速通过固化有r h 6 g 的阳离子交换柱， 产生化学发光用于大气中的s 0 ：的检测，结果与标准方法一致。金属离子的干扰可 经阳离子交换柱在线除去。章竹君研究小组“”用n a o h 溶液吸收s o 。，通过h c l 中 和释放，样品溶液通过一个含有鲁米诺的阳离子交换柱后注入到2 0 0 儿螺旋型流 动池中进行反应，测量化学发光强度。 1 2 2 氮化物的化学发光检测 在所有的化学发光体系中鲁米诺体系是研究最多和应用最广泛的发光体系。 r o b i n s o n 。”报道了用c r o 。氧化n o 生成n o 。，然后在碱性的条件下与鲁米诺- h 。0 。反 应产生化学发光，测定呼出气体中n o 的含量。其装置如图1 1 。 - 2 - 东北大学硕士学位论文 第一章概述 n o z e r oa i r p a t i e n t h s c a r t e n a f i o r t u b i n g p e r is t a l t i c p u m p f i b e rm o d u l e 订 图1 1 液相n 0 检测器结构图 f ig 1 1s c h e m a t i cd i a g r a mo fa ii q u i d - p h a s en os e n s o r 待测气体通过一个中空多孔的聚丙烯纤维膜同鲁米诺溶液接触完成发光反 应，h 。o ：的存在可使测定灵敏度提高2 0 倍。捡出限为0 3p p b v 。用碱性石棉洗涤 器消除了c o ：的干扰。m i k u s k a ”2 1 在鲁米诺体系中加入络和滴定试剂和表面活性剂 抑制了共存污染物0 。，p a n 的干扰，利用化学发光方法检测了大气污染物n o ：，线 ，降范围为3 - 6 6 5 p p b ( v v ) 。 许多发光体系采用待测组分直接与催化剂接触产生发光，既节省了试剂义扩 大了分析范围。p e r r o s 等“3 1 改进了f a h e y 等提出的还原化学发光方法，在高空飞 行器上检测大气中n 0 。他们利用a u 做固体催化剂直接进行氧化，还原过程在一个 涂有l o 帅厚a u 片的不锈钢管内进行。不锈钢管直接与空气试样接触，消除了取 样过程中i _ i n o ，因吸附造成的损失。方法可以检测8 0p p b 的n o 。 与试剂固定化技术联用是c l 检测的一个正在不断完善的方法，其突出的优点 是可以显著地减少试剂的消耗。c o l l i n s ”将鲁米诺固化在水凝胶吸附剂上，以 c u ( i i ) 为催化剂测定了空气中的n o 。采用不同的固定化试剂可以检测空气中其它 一3 一 船以舰 托 h m h 东北大学硕士学位论文第一章概述 气体如s o 。、o ：。其缺点是鲁米诺反应的不可逆性，检测器长期暴露在空气中可导 致基线漂移其结构如图l _ 2 所示。 图1 2 固相n 0 z 检测器结构图 f i g 1 2 s c h e m a t i cd ja g r a mo fas o ii d - p h a s en 0 2s e n s o r s p i c e r ”“等用两种不同的发光方法检测空气中的n o 。方法一是把n o 。还原为 n o 后再与0 ：反应产生化学发光，方法二是利用鲁米诺溶液直接与n o ? 反应产生化 学发光。前一种方法的线性范围为o - 8 0 0p p b ，后一种方法的线性范围是o 一5 0p p b 。 采用二次曲线拟合可检测至5 0 0p p b 。在第一种方法中亚硝酸和硝酸均有干扰；在 第二种方法中臭氧产生正干扰，n o 产生负干扰。 1 2 3 其它无机气体的检测 光化学反应产生的h 。0 ：是一种重要的大气氧化剂，测定h ：o 。的报道在无机气体 分析中较为普遍。基于h ：o 。对鲁米诺- k i o 。的协同氧化效应，周艳秀等”6 1 利用鲁米 诺一k i o 一h 。0 ：发光反应体系直接检测了大气中的h 2 0 。k u m a r 以水为溶剂吸收富集 空气中的m o ：，然后吹入纯 r 气消除氮或氧的干扰，再与p i t l l 0 的鲁米诺浴液混 合，在3 5 0 5 5 0n m 处进行发光检测，线性范围超过5 个数量级，检出限低于0 1 p p b 。 - 4 - 东北太学硕士学位论文 第一章概述 李建中等1 用n a f i o n 膜扩散涤气器( n m d s ) 收集气态的h 。o 。，以液芯波导管( l c w ) 为检测器测定了l l ：0 ：。l c w 既是反应池也是光收集器，将产生的信号川光纤导_ = j 三光 电倍增管。线性范围达1 0 0p p b v 。使用价廉的微型光电倍增管也可以得到2 5p p t v 的检出限，等量0 ，的干扰 o 5 。大气中f 常含量的n o 。和s o 。并不干扰测定。林 金明等。1 观察到固定在d o w e x 一5 0 w 树脂上的单乙醇胺钴的配合物与h 2 0 。混合使后 者迅速分解，产生非常微弱的化学发光。但加入适量中性的鲁米诺试剂，发光强 度大为增强。这一多相化学发光体系可用于h 。0 2 的检测，检出限是1 x 1 0 。m o l l ， 固定化试剂在中性溶液中稳定，选择性好，使用寿命长。 利用h ：o 。与c i o 在碱性条件下反应产生的化学发光可以测定氯气”。线性范 围3 - 1 0 0p p m ，检出限为l p p m 。碳氢化合物、n o 、s 0 。没有干扰，方法亦可用于i l c l 气体的分析。o ：，与没食子酸在曙红( 增敏剂) 和二甘醇( 增强剂) 存在下产生强 烈化学发光以此可以测定o 。“1 ，线性范围在1 4 - 3 4 9p p b 之间，检出限为0 3p p b 。 文献。”1 将气体样品以恒定的速率连续引入玻璃或氟聚合物采样管，经过滤后进入 反应池l i ，与过坠的乙烯洮台，住4 0 0n l l l 处测量发光强度，该力法检测0 。浓度住 0 0 0 1 5 p p m ( 0 0 0 2 1 0m g m 3 ) 之间。 c o ：与连续流动的碱性鲁米诺一c o ( i i ) 一酞菁的溶液混合产生化学发光， 以c 0 。浓度的对数绘制标准曲线，线性范围可达8 0 0p p m ，检出限1 5p p m ，r s d ( n = 1 1 ) 为1 2 。实验装置经改进后，可用于测定人体呼出的c o ：，反应时间仅为1 秒，s o 。、 n o 、0 ，刘测定没有明娃干扰。”“。 1 3 有机气体的化学发光检测 1 3 1 单一组分检测 肼( n 扎) 可以作为发动机燃料，因其有剧毒，是公认的致癌物质。因此在工 厂和实验室等特殊的环境里肼的含量测定是非常重要的。用六氰基高铁酸盐在碱 性鲁米诺溶液中氧化咐1 产生化学发光可用来测定空气中n ：时”+ 。“，与r i 进样方 法联用可以显著地提高分析效率。前一方法成功地检测了医药中的异烟肼及空气 中的n ：h 。后者将分析试剂鲁米诺和六氰基高铁酸盐固定在阴离子交换柱上，注入 n a 。p 矾溶液将鲁米诺和六氰基高铁酸盐洗脱流出，其原理是n ：m 的存在使发光强度 降低，在0 1 - 1 0 0n g m l 范围内发光强度降低与n ：浓度呈线性响应关系，检出 一5 一 东北走学硕士学位论文第一章概述 限为0 0 4n g m l 。阴离子交换柱上固定的发光试剂可以连续使用4 0 0 次。 m l 。祚佣米潇溶液巾亦可被k m n o 氧化产生化学发光。何志柯等”“采用该反麻 ， 体系在常温卜测定1 作堑l i 的n l l 。气体。n 。l l 。枉0 卜3 0p g m l 范围i 内与发光强度 成正比，检出跟为2 0n g m l 。文中给出了在测定2p g m ln 。也肘2 7 种外来离予的 允许限。吴远远。以h 。s o 。为吸收液收集n ：h 。然后用n a o h 中和到p h 5 ，用水稀释 后将样品溶液注入列碱性的妫i n 液流中，并与碱性的鲁米诺液流在反应池混合进 行发光检测。标准曲线在0 0 卜lug m l 范围呈线性，检出限4n g m l ，r s d 3 ， 采样频率8 0 h 。 c o l l i n s 。”报道了内置和外置两种检测n ：扎及其一甲基，二甲基衍生物的测定 方法。在外置方法中，样品经空气稀释后以1m l m i n 的速度通过纤维膜扩散至反 应器。反应器内含有r u ( b i p y ) 3 2 + 的o 。l m o l l 磷酸盐缓冲溶液，用j ) t 工作息极氧 化发光试剂，检测还原过程中产生的发光信号。n ：h 及其一，二甲基衍生物的检出 限分别为0 3 5 ，i 2 和1 4p p b 。同一作者”7 又提出一种实时检测空气中h 的发 光方法。方法基于肼被胶态的铂催化氧化产生的中间体氧化剂随后再氧化鲁米诺 产生化学发光，发光强度与n 。h 。的浓度在1 - 2 0 0 0p p b 范围内成正比。t l j u l e r “o 峙艮 道了一个山不锈钢气体探针、p t r h 催化剂和n h ，吸收剂、及化学发光n o ，检测器 组成的分析系统。将n h 。转化为n 0 检测了废气中的n h 。m a e d a “”研究小组采用化 学发光分析法连续监测都市空气和烟雾中甲醛的含量。该文作者将新制各的没食 予酸，h 。0 ：和n a o h 溶液在填充有玻璃珠的硼硅酸玻璃管内混合作为试剂溶液，以 4m i m i n 的流速连续导入气液反应池，与2m l m i n 流速流过的待测气体样品棍合 反应，记录产生的化学发光信号。标准曲线线性范围是0 0 1 5 0p p m ，c 2 h 、c o 、 c o 。、s o 。、n o 、n o 。、o 。和苯甲醛没有干扰，乙醛和丙醛有微弱干扰。k e a r n e y “2 1 利用实验室自制的流动实验装置检测了联苯三酚，以o 。8 8m o l l 也o 。为氧化剂， 以l m o l l 甲醛为增敏剂，在5 0 0n m 处检测发光强度。检出限为6n m o l l 。该法 亦可以用于分析其它的苯酚。 燃烧过程叶，产生的多环芳烃( p a l l s ) 广泛存在于自然界中。k e y jn ”以过氟v 扛 酸酯为试剂测定了空气中的多环芳烃。该文使用1 2 v 的低功率光电倍增管的检测 灵敏度和1 0 0 0v 的高功率的光电倍增管的灵敏度相当：使用二维电荷耦合检测器 ( c c d ) 提供整个谱带信息，结合多变量校正方法完成定量而无须分离。 一6 一 查些垄兰塑主兰堡垒墨 1 3 2 混合气体检测 第一章概迷 多元有机物的测定一般通过与气相色谱( g c ) ，毛细管电泳( c e ) 等装置联用 爿晴8 达到分离检测目的，用化学发光方法分析有机气体混合物的文献报道不多。 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 ) 是待测气体在活性表面被催化氧化 产生的化学发光。一些有机气体能在y a l ：0 3 表面被催化氧化产生化学发光。基 于此，u t s u n o m i y a 等“”设计了可以连续检测混合气体中各种组分浓度的化学发光 气体传感器。他们将y - a i 。o 与胶质的硅胶混合，烧结在。一a l 。o 。底物上作为化学 发光气相检测器。检测器以+ 一9 s 的速率在2 0 0 7 0 0 间周期性加热和冷 却，通过测量在加热和冷却过程中的发光强度，可以检测混合气体如乙醇和丙酮 等组分的含量。测定下限为l p p m ，文中并讨论了检测机理。n a k a g a w a “”将分析组 分的范围扩大，同样在底物q - a 1 ：0 ，上涂有一层y a 1 。o 。作为检测器置于反应池内， 气体以恒定的流速通过。检测器被加热到7 0 0 时解吸气体，然后以1 7 m i n 的速度从4 5 0 冷却至2 5 0 ，利用光子计数记录在3 0 0 4 0 0n m 处冷却过程中 的化学发光强度。乙醇和丁醇有相似的谱图，但不同于丙醇和酪酸的谱图。工作 曲线的线性范围达2 个数量级，检出限为l p p m ；在1 0 0 时解吸气体然后在纯净 的气体中加热至4 6 0 可获得最佳的检出限。c l 强度对温度的曲线可以用来区 分气体。混合气体可以通过重复的加热和冷却循环进行分析。检测器简单，耐用， 稳定性好，在使用过程中无损耗。其结构装置见图1 3 。 7 东北走学硕士学位论文第一章概述 图1 3 多组分化学发光检测系统结构图 f jg 1 3s c h e m a t i cd i a g r a mo fam u i t i e | e n m n tc l b a s e ds e n s o rs y s t e m 在此基础上同一作者“”报道了通过催化化学发光的光谱图象识别有机气体的 方法。以a 1 ( no = 。) 。为胶粘剂将1n l f f l 厚的y a l 。吼烧结在陶瓷片加热器( 6c m 5r a m ) 上作为传感器，沿着陶瓷片产生一个4 4 0 5 3 04 c 的温度梯度。将传感器安置在一 个8 毫米内径的石英管内，待测气体样品以5 0 0 m l m i n 的速度流过，发射光透过 一个狭缝后再通过中间夹有一个光栅的两片透镜，初始和色散后的图象经过增强 和放大由c d 照相机记录。该方法用于研究在3 5 0 6 5 0n m 范围内气体样品中几百 p p m 的乙醇，丙酮，丁醇，二甲苯及酪酸的化学发光光谱。测量中获得的参数可用 于上述组分的鉴别和定量。此外o k a b a y a s h i “7 1 发现含有d y ：0 。的y a 1 。0 。对沉香醇、 柠檬醛、l ，8 一萜二烯、蒎烯等属于萜烯类有芳香气味的物质敏感，以此提出催化 化学发光气体传感器来检测和区分柠檬和橘子等水果的芳香气。以固定速率加热 时产生的c t l 发光强度剖面曲线( c t lg l o wc u r v e ) 与气体的种类有关。应用三 个特扯参数| = ! l j 发光曲线上两峰的温度年| i 。或阴个发光谱骷的半! 宽度，采j 1 】：土三成分 一8 一 圭苎查兰堡主兰竺堡墨 苎二兰! 暨垄 分析方法测定了浓度在0 i - - im g l 之间空气中上述这些组分的含量。同一作者” 又用经过d y ：i + 活化的y a i 。0 对乙醇，丙酮等有机气体催化氧化产生化学发光， 研制成高灵敏度和有线性响应特征的碳氢气体传感器，测定了空气中的异丁烷， 检出限可达o 2p p m 。 1 4 化学发光分析技术在其它方向的应用 无机化合物化学发光分析：金属离子分析，痕量的金属离子对化学发光具有 很好的催化作用，因而化学发光测定金属离子得到了广泛的应用。x i e “”应用2 ，6 ， 7 - i 羟基一9 一( 4 一氯苯基) 一2 - 荧光酮一h ：0 ：- c t a b 体系中测定了c o ( i i ) 。线悻范 围在o 5 6n g m l ，检出限是0 0 7n g m l ，并应用于湖水分析。张“0 1 在鲁米诺一 c u ( i i ) 一c n 一体系中测定了c u ( i i ) ，在自来水和地下水分析中结果与a a s 方法 一致。但是不同的金属离子对化学发光的催化选择性差，因此有必要进行前处理： 例如加入掩蔽剂，敏化剂，色谱分离，溶剂萃取等手段。利用化学发光方法测定 无机阴离子的文献也很多”“，q i n ”“将鲁米诺固定在阴离子树脂上，随氢氧化钠 水溶液流出，与通过阳离子交换柱的样品溶液接触反应来测定自来水中的氯。过 氧化氢是一种常见的氧化剂，化学发光测定过氧化氢以及由此而间接测定其它物 质的报道相当普遍“叫。 有机化合物的分析：有机酸的分析，由于有机化合物的同系物结构和性质相 似，使单组分的检测遇到了困难，因此有机化合物同系物的分析常与h p l c 联 用。有机酸的化学发光分析一般是先将其衍生生成荧光物质后经色谱分离进行化 学发光检测”“。k i s h i d a 。”在碱性环境下将苯丙酮酸氧化为1 ，2 二氧杂环丁烷类 化合物，裂解产生化学发光测定病人尿液中的苯丙酮酸：有机碱的分析，近年来 利用化学发光手段进行有机碱的分析取得了很好的结果。”。 氨基酸的分析：由于绝大多数的氨基酸没有内源荧光特性，因此测定氨基酸 需要将其衍生成荧光物质，但避免不了衍生法所固有缺点：( 1 ) 衍生反应不完全； ( 2 ) 衍生物稳定性羞要求直接检测；( 3 ) 限制了分离和分析方法的选择。因此氨 基酸的分析方法有待于改进。j a c k s o n ”提出了位点产生r u ( b i p y ) ，”与氨基酸反应 测定氨基酸法，该法为毛细管化学发光检测器的开发提供了理论依据。 糖类、类固醇与类脂：i g a r a s h i “”和p e t e r s s o n “”利用鲁米诺h 。( ) 。体系分别 一9 一 东北大学枷士学位论文第一章概迷 测定了葡萄糖和d 葡萄糖。另外一种重要的方法是测定酶反应产生的h 。( b 来测定 糖，山此对酶底物葡萄糖，乳糖等进行测量。酶的固定化技术也为此法的发展注 入了新的活力”“。类固醇与类脂的化学发光分析如文献“。 多环芳烃：多环芳烃是优良的化学发光能量接受体，非常适合过氧草酸盐体 系化学发光检测，关于多环芳烃的报道有”“7 “等。 其它有机化合物的化学发光分析：根据有机化合物的不同性质，人们对不同 的有机化合物提出了不同的方法：( 1 ) 待测物直接参与化学发光反应：( 2 ) 待测 物作为化学发光反应的敏化剂：( 3 ) 待测物作为化学发光反应的抑制剂；( 4 ) 待 测物衍生成适当的化合物后，参与前面三种反应；( 5 ) 化学发光一酶免疫分析。近 年来人们通过在发光体系中引入增强剂，形成增强发光酶免疫分析( e n h a n c e d c h e m i l u m i n e s c e n c ee n z y m ei m m u n o a s s a y ) 。常用的体系有：( 1 ) 增强化学发光辣 根过氧化物酶( h r p ) 免疫分析；( 2 ) 增强化学发光碱性磷酸酶免疫分析；( 3 ) f l 强化学发光黄i 嘌i 岭酶免疫分析。 1 5 化学发光分析方法的发展趋势 化学发光分析方法具有设备简单，快速的动力学反应，较宽的线性范围，容 易与各种分析技术联用，仪器易微型化等优点。然而在大气环境监测应用中还有 许多方面需要进一步完善，如：环境污染涉及的样品含量低，种类多，需要发展 多种有效的样品收集处理技术；需要与色谱，毛细管电泳等分离设备联用爿能达 到较为理想的分离鉴别效果；此外连续的试剂消耗是不可取的，应进一步降低试 剂的消耗，如控制释放，循环利用，固定化，采用固相催化剂等方法”“；研究更 多的发光体系( 如无鲁米诺发光试剂的自身化学反应发光) 进一步扩大分析范 围。 一1 0 一 东北大学硕士学位论文 第二章顺序注射化学发光测定大气中的氯氧化物 第二章顺序注射化学发光测定大气 中的氮氧化物 2 1 引言 火气i ，缀氧化物直接危害人类和其它生物。一氧化氮i j j 使人体血液中的血红 蛋白失去亲氧能力。并对中枢神经系统产生影响；二氧化氮是空气污染的重要指 示剂，其浓度和一氧化碳，多环芳烃，及煤烟的浓度密切相关。二氧化氮的毒性 比一氧化氮高4 倍，它对深部呼吸道有强烈的刺激作用，可引起肺部损害，甚至发 生病变。n o ：又可以与其它的污染物在适当的条件下发生光化学反应，形成光化学 污染：因此对大气污染物中氮氧化物的检测具有十分重要的意义。 由于氮氧化物对自然环境和人体健康的重要性，已经报道了多种分析方法。 基于采样吸收过程生成的亚硝酸根与芳香族胺反应产生的红色偶氮染料产物进行 测定的光度分析法”，显色稳定，但灵敏度偏低，测定所需时间长；电化学法一 般采用原电池库仑法”，该法仪器结构简单。但此类仪器易受大气中常见的共存 物质s o ：、h 2 0 、0 。、c 1 。等的干扰使用时须用前置过滤器除掉干扰组分。化学 发光分析具有仪器简单，价格低廉，灵敏度高，分析速度快，容易自动化等优点。 已用于大气环境中氮氧化物的测定m 。7 。气相化学发光检测方法大多基于n o ：转化 为n o 后同0 。之间的气相化学发光反应。所用的还原剂包括抗坏血酸“，碘化物 s o , s t ，或三价的钒o ”。我国也将气相化学发光方法用于大气中氮氧化物的检测。”。 在气液界面化学发光方法中，r o b i l 2 s o f i 。“报道了用c r o ，氧化n o 生成n o 。，然后 在碱性条件下与鲁米诺- h 。0 ：溶液直接反应，测定了氮氧化物。s p i c e r “”等人用两 种不同的发光方法检测空气中的n o ：。方法一是把n 0 。催化还原为n 0 再与0 。反 应产生化学发光测量n 0 2 浓度。方法二是利用鲁米诺溶液直接与n o 。反应产生化 学发光。前一种方法的线性范围为o - 8 0 0ug l ，后一种方法的线性范围是0 5 0 pg l 。顺序注射( s i a ) 进样方式较之流动注射进样，流路更为简单、通用、易 于白动化和在线监测，但目前尚无将流动( 流动注射和顺序注身寸) 进样方法与化 学发光法结合用于大气中氮氧化物检测的报道。在酸性介质中，亚硝酸根与过氧 化氢反应生成过氧亚硝酸，在碱性的环境中猝灭生成过氧亚硝酸根离子产生化学 一l l 东北太学硕士学位论文第二章顺序注射化学发光测定大气中的氯氧化物 发光”“。基于上述发光机理，本文将顺序注射分析( s i a ) 和化学发光( c l ) 检测 结合，以三乙醇胺为吸收液4 “，测定了大气中的氮氧化物。 2 2 实验部分 2 2 1 仪器设备 顺序注射进样系统由a s d 一1 0 注射泵( b o d e n s e e w e r k ，p e r k i n e l m e r ， u b e r l i n g e n ，g e r m a n y ) 和l o 位选择阀( v a l c o ，h o u s t o n ，t x ，u s a ) 组成，配备5 m l 针筒；注射泵和选择阀的操作由计算机通过v i s u a lb a s i c 语言编写的程序同 步控制：b p c l 微弱发光分析仪及数据采集处理系统( 中国科学院生物物理研究所) ： 邸一6 c 大气采样器( 青岛崂l u 电子仪器实验所) ；9 0 0 0 5 0 2 纯水系统( l a b c o n c o ) ： c q 一6 超声波清沈器( 上海沪超超声波仪器有限公司) ；螺旋形化学发光流通池。 顺序注射化学发光分析检测流路装置见图2 1 。多位选择阎的公共通道和流 通池之间及流通池和双位选择阀之间分别用8 c m ，8 0 c m 长，内径i m m 的聚四氟乙 烯管路相连。其它通道的聚四氟乙烯管路尽可能短，分别与载流、试剂r i 、r 2 、 试样s 相连。螺旋形化学发光流通池，自制。将长2 5 c m 、内径0 5 m 、外径1 6m m 透明的聚乙烯微线管绕成螺旋形，固定在一镀银的镜面上，来增加光的反射强度。 置于微光测量仪恒温槽内的光电倍增管光窗前部。结构示意如图2 2 。 一1 2 东北大学硕士学位论文第二章顺序注舯化学发光测定大气中的氮乳化物 图2 1 顺序注射化学发光分析检测流路 f i g 21s c h e m eo fs i ks y s t e mf o rc h e m ii u m i n a s c e n c ed e t e r m i n a t i o n c ：c a r t i e r ( 载流) ：s p ：s y r i n g ep u m p ( 注射泵) ：v s p ：t w o - p o s i t i o nv a l v e ( 双位选 择阀) ：h c ：h o l d i n gc o if ( 贮存管) ：f c ：f l o wo s ( 流通池) ：m p v ：m t t i p o s i t i o n v a i v e ( 多位选择阀) ：p m t ：p h o t o - m u i t i p ii e rt u b e ( 光电倍增管) ：w ：w a s t e ( 废液) ： r 1 ：r e a g e n t1 ( 试剂1 ) 0 1 6r n 0 i lh 2 s o ，0 0 8m o i 儿h j 0 2 ：s ：a a m p i es o i u t i o n ( 样 品溶液) ：r 2 ：r e a g e n t2 ( 试剂2 ) ，6 5 x 1 0 3m i lc t a b 1 o x l o - m e l lu r a n i n e 0 4 i l ln a o h w o 图2 2 螺旋形化学发光漉通池示意图 f i g 2 2s c h e m eo fs d ir a lt h e m i m ：m jr r o r ( 镜面) ：m l ：m i g r o i i n e ( 微线管) ；s o u t p u t ( 废液出) 一1 3 一 s i i u m ir l e s c e n g ef l o wc e l i ：s o i u t i o ni n p u t ( 溶液进) ：w o ：w a