（分析化学专业论文）化学发光及其联用技术在分析化学中的应用研究.pdf

中文摘要 本文从毛细管电泳一化学发光联用技术着手，分别研究了检测接口技术和对些 重要物质的分离分析，建立了一些超高灵敏度的分析方法。本文共分四章，各章内 容概述如下： 第一章归类总结了近五年流动注射化学发光( f 队c l ) 和毛细管电泳化学发 光( c e c l ) 的技术开发与应用的文献，综述了化学发光理论的发展，以及流动注 射化学发光和毛细管电泳化学发光的研究进展，提出了本文研究的立意。 第二章探索了苄丝肼对鲁米诺铁氰化钾发光体系的影响，首次建立了基于碱性 条件下苄丝肼对鲁米诺一铁氰化钾发光的增强作用的f i a c l 方法。采用正交设计方 法探讨和优化了进样时间、鲁米诺浓度、铁氰化钾浓度和氢氧化钠浓度等因素的影 响。结果表明，在最优条件下，发光强度与浓度为0 0 1 1 0 # g m l 的苄丝肼呈良好 的线性关系( 相关系数为o 9 9 9 2 ) ，方法检测限为0 9n g m l ( 是现有方法中最低的) ， 平行1 1 次测定含0 1 0 “m l 的苄丝肼其相对标准偏差为2 4 。该方法应用于加标 尿样中苄丝肼的测定，结果令人满意。 第三章考察了苄丝肼和左旋多巴在c e c l 中对鲁米诺铁氰化钾发光体系的抑 制作用，首次建立了种同时间接检测苄丝肼和左旋多巴的c e c l 方法。改进了 c e ，c l 检测接口并详细讨论了接口特性。探讨优化了缓冲溶液浓度、缓冲溶液p h 、 鲁米诺浓度、铁氰化钾浓度、进样时间和运行高压等因素的影响情况。在最佳条件 下，苄丝胼和左旋多巴分别在浓度1 0 0 1 0 0 0 鹏m l 。和1 0 1 0 0 0 肛gm l 。与发光强 度呈线性关系( 相关系数分别为0 9 9 8 1 和o 9 9 9 0 ) ，检测限( s n = 3 ) 分别为i 8 5p gm i 。 和0 1 2 鹇m l ，相对标准偏差均小于3 。该方法用于美多芭药片和加标尿样中苄 丝肼和左旋多巴含量的测定，结果令人满意。 第四章基于金属离子n i 2 + 对鲁米诺过氧化氢体系的后化学发光反应，通过场放 大富集进样，建立了一种新颖的毛细管电泳，后化学发光超灵敏检测n i 2 + 的方法。实 验优化和讨论了缓冲溶液浓度、p h 值、鲁米诺浓度和过氧化氢浓度等因素的影昀。 在最佳条件下，对n i 2 + 检测的检测限( s n = 3 ) 可达1 0 x l f f ”m o l l ，平行7 次测定 1 0 x l f f ”m o l l n i ”，其峰面积相对标准偏差为6 2 3 ，迁移时间的r s d 为2 8 6 。 该方法成功地用于分离几种金属离子混合物。 关键词：化学发光；流动注射；毛细管电泳；鲁米诺 a b s t r a c t t h i st h e s i sh a s e x p l o i t e dc a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s c h e m i l u m i n e s c e n c e ( c e c l l d e t e c t i o ni n t e r f a c e t e c h n i q u e a n d s e p a r a t i o na n a l y s i s o fs e v e r a li m p o r t a n t p h a r m a c e u t i c a l su s i n gc e c lh y p h e n a t e dt e c h n i q u ea n dd e v e l o p e daf e wu l t r a s e n s i t i v e d e t e c t i o nm e t h o d s t h ec o n t e n to ft h i st h e s i sa r ed i v i d e di n t of o u rc h a p t e r sa n da r el i s t e d a sf o l l o w ： 1 w ec l a s s i f i e da n dc o n c l u d e dt h el i t e r a t u r e sc o n c e r n e dt h ed e v e l o p m e n ta n d a p p l i c a t i o no f c h e m i l u m i n e s c e n c ea n di t sh y p h e n a t e dt e c h n i q u e si n c l u d i n gf 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 a c l ) a n dc e - c l , r e v i e w e dt h ed e v e l o p m e n tp r o g r e s so f c h e m i l u m i n e s c e n c ep r i n c i p l e ，f i a - c la n dc e c l ，t h e np u tf o r w a r dt h er e s e a r c ha i mo f t l l i st h e s i s 2 as i m p l e r a p i da n ds e n s i t i v em e t h o df o rt h ed e t e r m i n a t i o no fb e n s e r a z i d ew a s d e v e l o p e db yf 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 eb a s e do nt h ee n h a n c i n ge f f e c to f b e n s e r a z i d eo nt h ec h e m i l u m i n e s c e n c eo fl u m i n o l - p 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 e m e d i u m t h ee x p e r i m e n t a lp a r a m e t e r s ，s u c ha st h es a m p l i n gt i m ea n dd o s a g eo fl u r n i n o l ， p o t a s s i u mf e r r i c y a n i d ea n ds o d i u mh y d r o x i d e ，w e r eo p t i m i z e db yo r t h o g o n a la r r a y d e s i g n s u n d e rt h eo p t i m a lc o n d i t i o n s ，t h ee m i s s i o ni n t e n s i t yi sp r o p o r t i o n a lt ot h e c o n c e n t r a t i o no fb e n s e r a z i d ei nt h er a n g eo fo 0 1 一1 0 # g m 1 t h ed e t e c t i o nl i m i tf o r b e n s e r a z i d e ( s 小= 3 ) t u r n e do u tt ob e0 9n g m l ，w h i c hw a st h el o w e s to n er e p o r t e d ，a n d t h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o nf o r1 1d e t e r m i n a t i o n su s i n ga0 1 0l a g m lb e n s e r a z i d e c o n t a i n i n gs o l u t i o nw a s2 4 t h em e t h o dw a ss a t i s f a c t o r i l ya p p l i e dt ot h ed e t e r m i n a t i o n o f b e n s e r a z i d ei ns p i k e du r i n es a m p l e s 3 an e wt y p ei n t e r f a c ei nc a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ( c e ) c h e m i l u m i n e s c e n c e ( c l ) a p p a r a t u sh a sb e e nd e s i g n e d ，a n da p p l i e df o rt h es i m u l t a n e o u sd e t e r m i n a t i o no f b e n s e r a z i d ea n dl e v o d o p a t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h en o v e li n t e r f a c ei s c h a r a c t e r i s t i co fs i m p l e , r e l i a b l ea n ds i m p l i f y i n gt h ec e c le q u i p m e n t t h ec e c l c o n d i t i o n sf o rt h es i m u l t a n e o u sd e t e r m i n a t i o no fb e n s e r a z i d ea n dl e v o d o p aw e r ea l s o o p t i m i z e d u n d e rt h eo 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 rw i t hc o n c e n t r a t i o n s o fl e v o d o p ai nt h er a n g eo f1 0t o1 0 0 0 # g m l ，a n db e n s e r a z i d ei nt h er a n g eo f1 0 0t o 10 0 0 # g m 1 r e s p e c t i v e l y t h ed e t e c t i o nl i m i t s ( s i n = 3 ) i nt u r nw e r e1 8 5 # g m lf o r i l b e n s e r a z i d ea n d0 1 2 # g m lf o rl - d o p aw i t hr e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i 0 1 1 8o fl e s st h a n3 t h ep r o p o s e dm 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 fb e n s e r a z i d e a n dl e v o d o p ai nm e d o p a rt a b l e t sa n ds p i k e du r i n es a m p l e s 4 an o v e lm e t h o do fo n - l i n eu l t r a s e n s i t i v ed e t e c t i o no fn i c k e l ( i i ) w i t hc a p i l l a r y e l e c t r o p h o r e s i sp o s t - c h e m i l u m i n e s c e n c eb yf i e l da m p l i f i e ds a m p l ei n j e c t i o nh a sb e e n d e v e l o p e d an e wp o s t - c h e m i l u m i n e s c e n c er e a c t i o nw a so b s e r v e dw h e nn i c k e l ( i i ) w a s m i x e dw i t ht h er e a c t i o nm i x t u r ea f t e rt h ef i n i s ho fc h e m i l u m i n e s c e n c er e a c t i o no f l u m i n o la n dh 2 0 2 s e v e r a lp a r a m e t e r ss u c ha s p ho fb u f f e r s o l u t i o na n dt h e c o n c e n t r a t i o n so fr u n n i n gb u f f e r , l u m i n o la n dh 2 0 2w e r eo p t i m i z e d 。u n d e rt h eo p t i m a l c o n d i t i o n s 。t h ed e t e c t i o nl i m i tf o rn i 2 + w a s1 0 x l f f l 5 m o ll ，r e l m i v es t a n d a r dd e v i a t i o n s o f p e a ka r e aa n dm i g r a t i o nt m eu s i n g1 0 x 1 0 q 2 m o l 】n i 2 + ( n = 7 ) w e r e6 2 3 a n d2 8 6 ， r e s p e c t i v e l y , 伯ep r o p o s e dm e t h o dw a ss u c c e s s f u l l ya p p l i e df o rt h es e p a r a t i o no ft h r e e m e t a li o n si nt h e i rm i x t u r e k e yw o r d s ：c h e m i l u m i n e s c e n c e ；c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s ；f l o wi n j e c t i o na n a l y s i s ； i u m i n o l 1 1 1 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下。独立进行研究工作所取得的研 究成果a 除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过 的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法 律结果由本人承担。 作者签名：天矛名啼 日期：2 p 年j 月2 j 1 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即；学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中师范大 学可以将本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 等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中 国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名：i 罚 南 专 日期：2 7 牟j 月互日 导师 日期 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本人的 学位论文提交“c a l l s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权益。旦塞迨塞握銮卮溢压i 旦圭生i 旦二生i 旦三生筮查! 作者签名 橱一苇啼 日期：上口0 7 年r 月z f 日 砌z ，日午 新1 凇枷 师期 乎日 1 1 化学发光研究进展 第一章绪论 1 1 1 化学发光基本原理 1 1 1 1 化学发光研究概况 公元前3 8 4 3 3 2 年，伟大的哲学家亚里士多德在d e a n i m a ) ) 中记载死鱼、真 菌类和墨鱼分泌物能发出“冷光”，这是记载最早的生物发光现象。1 8 7 7 年， r a d z i s z e w s k i 在合成有机物的过程中第一次发现了化学发光现象并得到了第一个合 成化合物的化学发光图谱。1 8 8 8 年，w i e d e m a r m 为区分热致激发和化学反应激发产 生发光现象的不同首次引入了“c h e m i l u m i n e s c e n c e ”，同时将发光现象分类为：光 致发光，电致发光，热致发光，摩擦发光，结晶发光和化学发光。随后，鲁米诺、 过氧草酸酯、光泽精类和钌的配合物等常用发光试剂陆续被开发和应用。光电倍增 管的出现增强了光信号的检测能力，是化学发光发展史上的里程碑，从此化学发光 的应用价值被世人重视。 国内的化学发光研究起步较晚，相比而言，陕西师范大学、福卅l 大学和武汉大 学等单位对化学发光的研究较早也取得了突破性的成果。2 0 0 4 年，林金明等出版国 内首册化学发光专著化学发光基础理论与应用，详细介绍了化学发光的基本理 论和应用研究。如今化学发光分析的研究和应用在国内的发展势如破竹。研究内容 主要涵盖：机理探讨、新型试剂的开发、装置( 特别是和其他手段联用) 开发和应 用研究。国际上分析化学类著名期刊( a n a l y t i c a lc h e m i s t r y ) ) ，( e l e c t r o p h o r e s i s ) ) ， ( ( j o u r n a lo fc h r o m a t o g r a p h ya ，a n a l y t i c ac h i m i c aa c t a ) ，( t r e n d si na n a l y t i e a l c h e m i s t r y ) ) ，( f t a l a n t a ) ) ， l u m i n e s c e n c e 等每年都有许多关于化学发光方面的报道。 如今利用数据库资源能很方便地查阅化学发光文献资料，我们以 c h e m i l u m i n e s c e n c e i n t i t l eo ra b s 仃a e t 为关键词分别从e l s e v i e r , w i l e yi n t e r s c i e n c e ， a c s ，r s c 四个数据库搜索到1 9 5 0 - 2 0 0 7 年化学发光方面的文献，然后进行分类。 图1 1 统计了自1 9 5 0 年历年来化学发光研究文献的变化情况，化学发光的研究日趋 受到人们的关注。 图1 - 11 9 - 5 0 年以来每五年间发表文献数图 1 1 1 2 化学发光的反应机理 化学发光就是在化学反应中反应体系中的物质吸收由化学反应释放的能量从 基态跃迁至激发态，然后由激发态的最低振动能级返回基态的过程中发射的电磁辐 射。如( 图i 2 ) 所示，化学发光与荧光的光子发射过程是一样的，只是二者的激 发方式不同：化学发光的产生借助于化学反应的能量，荧光则是光致发光。化学发 光反应机理般可分为两种：一种是直接化学发光，见式( 1 t ) ，物质a 和b 反应 生成一种激发态的中间产物c ( 有时需要催化剂) ，c + 不稳定释放出光予回到基态， 产生发光现象；第二种是间接化学发光，见式( 1 2 ) ，物质a 和b 反应同样生成中 间产物c ，此时c 将能量转移到另外一个共存的荧光团f ，f 接受能量由基态跃迁 至激发态，激发态以光辐射的形式释放多余的能量返回到基态，产生化学发光现象。 在这两种反应中，发光体是不同的，前者是中间产物c ，后者是荧光团f 。 a + b 寸c + d c j c + h v ( 1 1 ) a + b 斗c 十dc + f - c + ，f 一尸+ h p ( 1 2 ) 2 光致发光 化学发光 秘 ；i c 幽1 2 分析吸收和发射过程的j a b l o n s k i 能级图 f 荧光：c 化学发光：p 磷光；c d 振动驰豫；i c 内转换： s c 系间窜越；s o 基态；s l ( s 2 ) 第 一( 第二) 激发态单重态；t 。激发三重态 一个化学反应要产生化学发光现象须满足以下条件：一是化学反应必须能够产 生足够的能量使得某种物质吸收能量后能从基态跃迁至激发态；二是化学反应路径 必须有利于该物质激发态的产生；三是在激发态返回到基态的各种路径中，诸如光 子辐射、热辐射、分子解离、外转换、物理淬灭、化学反应等，光子辐射必须是一 种有利的途径。 几乎所有化学发光反应都属于氧化还原反应，伴随着电子的转移和价态的改 变。化学发光不需要外加光源，简化了化学发光检测装置，并且消除了瑞利散射和 拉曼散射，降低了背景干扰，从而可得到很高的灵敏度，其检出限可与激光诱导荧 光媲美。但化学发光检测选择性不高并且分析对象有一定的局限性，能够用化学发 光测定的物质一般分三类：第一类物质是化学发光反应中的反应物；第二类是化学 发光反应中的催化剂、增敏剂或抑制剂等：第三类是偶合反应中的反应物、催化剂、 增敏剂或抑制剂等。从结构上来说，通常多被化学发光分析的物质为无机过度金属 离子及其配合物、酚羟基或者胺类有机化合物等。 1 1 1 3 常用化学发光试剂 化学发光的产生离不开发光试剂，最常用到的发光试剂有鲁米诺类，过氧草酸 酯类，光泽精类，钌配合物类，二氧杂环丁烷类，洛酚碱类等，下面是几种常用发 光试剂的结构。 - 荔 哆 ， 题莨 硕士学位论文 m a s t e r 。st h g s l s 讳n 辟： 鲁米诺 r 一0 一c c o r l l o0 r 过氧革酸醋类 异鲁米诺 t c p o r t n p o f 洛酚碱光泽精 r - - c h 3 钉( ) 联毗啶 二氧杂环丁烷类 4 1；，_1 基， 1 1 2 化学发光反应体系 根据化学发光反应中所用发光试剂的种类，化学发光反应体系，亦称化学发光 体系，可分为鲁米诺发光体系、过氧草酸酯体系、洛酚碱发光体系、钌联吡啶；廷发 光体系和光泽精类发光体系等。林金明【l 】在化学发光基础理论与应用一书中对 各种化学发光体系作了精辟的论述。下面对常用的鲁米诺、过氧草酸酯、洛酚碱、 钌联吡啶和光泽精等发光体系作一简单介绍。 1 1 _ 2 1 鲁米诺化学发光体系 鲁米诺( 3 - 氨基邻苯二甲酰肼) 最早由a l b r e c h t l 2 于1 9 2 8 年报道，是迄今最具 代表性的，研究最广泛的化学发光试剂之一。鲁米诺在碱性介质中可以被多种氧化 剂如：高锰酸钾、过氧化氢、次卤酸盐、碘单质和活性氧等氧化生成激发产物3 氨基邻苯二甲酸盐离子( 图1 - 3 ) ，然后发出蓝光，最大发射波长是4 2 5n m ，在水溶 液中量子产率为0 0 1 ，在二甲基亚砜中是o 0 5 。这一反应可以被许多金属离子 ( c 0 2 + ，c u ”，c ，m n 2 + ，f e 2 + 等) 、铁氰化钾和一些金属复合物( 血晶素，血红 蛋白和过氧化物酶等) 催化。因此，反应中的金属离子和酶等催化剂、抑制剂、氧 化剂和反应底物等对发光强度有影响的物质都可以利用这一反应体系测定。使得该 发光体系在很多领域都得到应用，如金属离子测定4 3 羽、药物检测分析嘲、临床应用 川、环境监测8 1 、法医鉴定9 】等。为了改进该体系的发光效率，许多新的鲁米诺类衍 生物被合成并应用。鲁米诺发光体系在分子标记，免疫分析以及传感器技术等领域 也有了新的发展。 oo n h n h 斧n 骂 删一时轴砘 图1 - 3 鲁米诺发光体系推测机理 1 1 2 2 过氧草酸酯化学发光体系 过氧草酸酯发光体系 于1 9 6 3 年f l j c h a n d r o s s i o l 首次报道。他在向过氧化氢和蒽 毗 一 等荧光试剂的混合溶液中加入草酰氯时发现了发光现象。该体系中包括氧化剂过氧 化氢、芳基草酸酯和荧光试剂，其反应机理已研究多年1 n - 1 3 】但目前还尚无定论，不 过多被认为如( 1 4 ) 所示。很明显，发光强度与过氧草酸酯和荧光剂的种类密切相 关。学者4 l t 悼1 6 1 开发筛选了多种过氧草酸酯类化合物，最典型的当属t c p o 双( 2 ， 4 ，每三氯苯基) 草酸酯】和d n - p o x 2 ( 2 乒二硝基苯基) 草酸酯】。过氧草酸酯类发 光量子产率可达n o 2 5 ，是所有发光体系中最高的，因此其灵敏度很高。其应用主 要有两个方面：一是研制化学发光冷光源；二是用于化学发光分析，它在环境分析 1 7 j ，农残检测【i s j ，药物分析“2 0 1 ，食品监测【2 ，金属离子检测 2 2 】等领域都有广泛 的应用。m a k o t ot s u n o d a 【2 3 】等对过氧化草酸酯发光体系在分析中的应用作了比较详 细的阐述。结合荧光标记技术可使其应用范围更加广泛。 。 _ 嗡一k 一o o o 鬯掌一、f 触 静 ii 触 f l u o r o l x l m r e w 一 - i - li 一”q i 4 如岬斗如衄e + h v 图l _ 4 过氧草酸酯发光推测机理 1 1 2 3 洛酚碱类化学发光体系 洛酚碱，即2 ，4 ，5 - 三苯基咪唑，是第一个化学合成的发光物质。早在1 8 7 7 年，r a d z i s z e w s k i 发现该物质在碱性溶液中可以被过氧化物氧化而发光【2 4 】。该物质 6 在碱性溶液中，可被氧气、过氧化物次氯酸盐等氧化发出波长为5 2 5a n l 的黄色的 光【2 5 1 。其可能反应机理如图1 5 。起初，洛酚碱发光体系主要应用在对金属离子的 检测2 6 1 。随着对洛酚碱系列衍生物的开发以及发光性能研究( 2 7 , 2 8 j ，使其在化学分析 的更多领域得到应用1 2 9 1 。 卜。一 + h l x 地5 2 5 a m ) 图1 - 5 洛酚碱类化学发光反应机理 1 1 2 4 钌( i i ) 的联吡啶( b i p y ) 及邻菲洛林( p h e n ) 配合物化学发光体系 r u ( b i p y ) 3 2 + 是电致化学发光领域最常用的发光试剂。r u ( b i p y ) 3 ”可被多种方式的 能量激发，然后返回基态发射出波长为6 1 01 1 1 1 1 桔黄色的光。r u ( b i p y ) 3 ”化学发光体 系最早是由h e r c u l e s 于1 9 6 6 年率先报道m 1 ，1 9 7 2 年t o k e l 等1 3 1 1 研究了其电致化学 发光特性。g e r a r d i 等【3 2 】曾对这一发光体系研究进展进行评述。近年，汪尔康等【3 3 1 对r u ( b i p y h 2 + 及其衍生物的电化学发光在流动注射、高效液相色谱、毛细管电泳以 及微全分析等领域的应用给予详细的综述，并且对r u ( b i p y ) 3 2 + 电化学发光流通池进 行新的设计【弘】。r u ( p h e n ) 3 2 + 也可以用作发光试剂，何治柯等用r u ( b i p y ) 3 “和 r u ( p h e n ) 3 2 + 化学发光法在酸性介质中测定了草酸、酒石酸及5 种羟基酸口“。 1 1 2 5 光泽精和吖啶酯类化学发光体系 光泽精( 二甲基双吖啶硝酸盐) 是最具代表性的吖啶酯类发光试剂。1 9 3 5 年g l e u 和p e t s h1 3 6 1 首次报道，在碱性溶液中，光泽精和过氧化氢作用时可发出蓝色或绿色 的光，波长一般在4 7 0 5 1 0n n l 。虽然光泽精化学发光反应机理的研究很多【3 “3 9 1 ，但 至今仍无定论，不过有一点得到了大家的共识：在碱性溶液中，主要生成的激发态 产物是n 甲基吖啶酮【加1 。许多金属离子如c o ( ) ，f e ( i i ) ，f e ( i i i ) ，c u ( i i ) ，c r ( n o ，n i ( ) 和p b ( n ) 对体系发光可起到催化作用【4 0 4 1 l 。其应用包括：金属离子检测，生物 和酶免疫分析【4 2 】，还原性有机物的测定即i ，在滴定中作为化学发光指示剂m 】等。由 7 沁 于反应产物像n 甲基吖啶酮等水溶性很差，因此添加适当的表面活性剂可以防止沉 淀且能改善发光性能 4 5 1 。 1 1 2 6 其他化学发光体系 l ，2 二氧杂环丁烷类化合物也是一种比较常用的化学发光试剂，早在1 9 6 8 年， m c c a p r a l 4 6 】就对这类化合物的化学发光特性进行研究。这类化合物经单分子转变后 生成含羰基产物，产物之一为激发态放射发光。目前，已经有1 0 0 多种氧杂环丁 烷类化合物被合成且得到广泛的应用f ”1 ，但国内这方面报道不多。 高锰酸钾作为一种常用的强氧化剂，可以氧化很多还原性物质而产生化学发 光。由于药品价廉易得，其应用也受到人们的关注，早在1 9 2 0 年就有人报道( 4 8 1 。 高锰酸钾发光体系报道可用于测定维生素b 6 、利血平、吗啡、海洛因、肾上腺素等 药物分子，这些测定大多基于高锰酸钾的氧化作用。除高锰酸钾外，还有其他一些 常用氧化剂如四价铈盐、高碘酸钾、次卤酸盐、重铬酸盐及过氧化氢等，也在氧化 还原性物质时产生微弱的化学发光现象，因此也可建立相应的氧化发光体系，此方 面也有相应的报道。 1 1 3 化学发光最新进展 随着高新技术的出现和人们对新理论的探索，新的科学工具和新的研究领域不 断涌现出来，这些创新点如能与化学发光结合必将为化学发光的发展提供了肥沃的 土壤。就我认为的化学发光研究新热点或新趋势，浅谈以下几点拙见： l 1 3 1 量子点化学发光 量子点( q u a n t u md o t s ) 又称半导体纳米晶体，是一种由2 4 族和3 5 族元素 组成的纳米颗粒。量子点有独特的荧光特性，与传统的有机荧光染料或镧系配合物 相比，具有以下优点：( 1 ) 单个波长可激发所有的量子点，而不同染料分子的荧光 探针需多个激发波长；( 2 ) 量子点的发射波长可通过控制它的大小和组成来调谐； ( 3 ) 量子点的荧光强度高，稳定性好，谱线宽度窄；( 4 ) 量子点具有很好的生物相容 性。因此量子点荧光标记技术和量子点发光研究引起各科学者的极大关注，s e t hc o e 等1 4 9 】在n a t u r e ) ) 曾报道利用量子点作为发光团制作了单层量子点发光二极管分子 器件：c l a p p 等【5 0 j 报道了用发光量子点在荧光共振能量转移试验中可以作为接受有 机颜料所提供的能量的接受体。目前关于量子点化学发光也有报道，张新荣等【5 1 1 利用纳米颗粒z r 0 2 的表面效应建立了测定挥发性气体如乙醇的化学发光传感器。 2 0 0 4 年，p o z n y a k 等人【5 2 1 首次报道在溶液中量子点作为发光体的带间隙化学发光现 象，同时还发现了在溶液的纳米粒子层中的电化学发光现象，并对量子点化学发光 8 硕士学位论文 m a s t e r 。s 丁h e s i s 机理进行了探讨，为以后量子点化学发光的发展奠定了基础。但是，量子点化学发 光效率要比传统的鲁米诺等发光物质低得多，限制其在化学发光分析中的应用。通 过优化量子点的组成，通过修饰或者利用其他能为生成量子点激发态提供能量的各 种手段可以改善这一困境。那么将来，量子点化学发光在生命及生物医药分析，特 别是化学发光标记和免疫分析检测等领域中会表现出不可估量的优势。 1 1 3 2 微流控芯片化学发光 微流控芯片( m i c r o f l u i d i c ) 是近年来分析化学发展的新趋势，其集样品前处理、 有机合成、样品传输、分离和检测等各种单元操作于一体f ”。化学发光与微流控芯 片的结合，兼备了电泳分离的高效率、芯片的集成化和化学发光的高灵敏度的优点， 可以直接应用于复杂样品的快速高效的分析。因此微流控芯片的发展也给化学发光 提供了一个很好的平台。目前关于微流控芯片化学发光的报道已有不少， t s u k a g o s h i 等【5 4 】以类十字形通道芯片用异鲁米诺标记免疫化学发光的方法测定了肿 瘤标志物：林会明小组1 5 5 】利用单通道芯片化学发光法巧妙地对单个粒子进行追踪和 动力学研究。 1 1 3 t 3 分子印记化学发光 分子印迹技术是一种制备分子印迹聚合物( m o l e c u l a ri m p r i n t i n gp o l y m e r ) 的技 术由于m 口中具有和目标分子高度互补的功能基团和空腔结构，因此具有对目 标分子较好的识别性能。如果将分子印迹技术应用到化学发光分析中，利用m 口 对目标分子的识别和捕获能力，使目标分子吸附在m 口上，从而与样品中的共存 物质分离，然后进行化学发光检测，则可消除共存物质的干扰，提高化学发光分 析的选择性。国内陕西师范大学的吕九如小组【5 6 】在这方面已有报道。 1 1 4 化学发光的应用 根据化学发光在某一时刻的发光强度或者发光总量来确定反应中相应组分含 量的分析方法就叫化学发光分析方法。化学发光是一种比较理想的检测器，可以和 许多进样和分离手段联用，常见的有：流动注射化学发光( f t a c l ) 、毛细管电泳- 化学发光( c e - c l ) 、高压液相色谱化学发光( h p l c c l ) 和气相色谱一化学发光( g c - c l ) 等。另外，静态化学发光及化学发光传感器也都在分析领域得到应用。下面针对 f i a c l 和c e - c l 联用技术进一步介绍。 1 2 流动注射一化学发光应用研究进展 流动注射分析高效、低耗、自动化程度高并且可以和多种检测器联用”。与化 9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 学发光联用兼备了流动注射和化学发光的优点，具有灵敏度高、分析效率高、速度 快且重现性好特点。f i a - c l 是目前发展最多，研究最成熟的化学发光方法，在国 内已有多家商品化的流动注射化学发光分析仪。流动注射化学发光检测装置简单， 主要有两部分组成：液体驱动部分和信号检测部分，一般可以描绘如图1 - 6 所示。 此前，也有不少关于f i a c l 应用方面的综述报道1 郅】，在这里作者以发光体系为依 据，从鲁米诺发光体系，钌联吡啶类发光体系、过氧草酸酯发光体系和其他发光体 系四方面，对5 年来f i a - c l 应用报道的文献做一简单的整理( 文献主要来源于 a c s 数据库，e l s e v i e r 数据库，w i l e yi n t e r s c e i e n e e 数据库和s p r i n g e r l i n k 数据库) 。 图1 - 6 流动注射化学发光装置示意图。 1 蠕动泵；2 进样阀；3 冲洗环：4 进样环；5 流通池；6 光子计数器 1 2 1 鲁米诺发光体系 鲁米诺化学发光体系是与流动注射分析联用中应用最多的发光体系，已经被广 泛应用于有机小分子、生物大分子和无机离子的分析测定，涉及到药物分析、农残 分析、环境分析、食品分析、生物大分子分析和金属离子检测等多个领域，其对金 属离子的检测限可以低至f g m l 级。发表有关论文约千篇，本文只做近期介绍，五 年来流动注射一鲁米诺发光体系的应用文献列于表1 1 。从文献中不难发现，近来此 方面的文献近8 0 为国内学者报道。 1 2 2 钌联吡啶类发光体系 钌联吡啶类发光体系应用范围也是非常广泛的，仅次于鲁米诺发光体系。表1 2 1 0 列出2 0 0 2 年至今有关流动注射钌联毗啶发光体系的应用报道。虽钌联吡啶类发光 体系在电致化学发光中应用最为广泛，但与流动注射分析技术联用中绝大多数都是 利用其化学发光体系。 一耋! ：! j 至兰鲞堕垫垄塾坌堑：量鲞堂茎垄竺墨塑壁旦一 - _ _ - - _ _ _ - _ - _ _ 一一。 发垄竺墨望型翌墨 丝型! 堡茎坠 _ _ - - _ - _ - _ = l u 血n o l - 1 0 4 异烟肼 7 x 1 0 - g m l 【5 9 】 l u m i n o l - - m y o g l o b i n n i t r i t e 2 0 0f g m l 6 0 】 l 啪i i l 0 】h 2 0 2c o ( n ) 2 xl o - g m l 6 1 】 c r ( m l x l 0 - 9g m l l 啪i n o 埘2 0 z e s t r o n e 5 1x l m o l l 6 2 】 e s n 砸i o i 7 2 x l 旷m o l l l e s t r i 0 1 6 5 1 0 - 8m o l 1 l u m i n o l k m n 0 4 l u m i n 0 1 1 0 f l u m i n o l - k 3 f e ( c n ) 6 i u m i n o l - k 2 c r 2 0 7 l u m i n o l - h 2 0 2 】u m i n o l 一0 2 l u m i n 0 1 c l o l u m i n 0 1 k 3 f e ( c n ) 6 l u m i n o l - k 3 f e ( c n ) 6 l u m i n o l 1 2 l u m i n o l - k 3 f e ( c n ) 6 l u m i n o l - k 1 0 4 l u m i n o l - i - 1 2 0 2 l u m i n o l - n a l 0 4 l u m i n 0 1 h 2 0 2 l u m i n o l h 2 0 2 n b s 一1 u m i n o l c h l o r p r o m a z i n e p e r p h e n a z i n e f l u p h e n a z i n e t h i o r i d a z i n e h y d r a l a z i n e p h e n o l a d e n i n e c 0 2 + a n d c u 2 c o b a l t a m m o n i u m p h c n t o l a m i n e d o b u t a m i n e 1 0 d i d e d o p a m i n e p u e r a r i n p y r o p h o s p h a t ei o n c y s t e i n e d i e t h y l s t i l b e s t r o l m e t h i m a z o l e ，e a r b i m a z o l e a m i n o m e t h y l b e r t z o i ca c i d a m i n o p h y l l i n e 0 4n g m l f 6 3 】 0 7n g m l 2 n g m l 0 7n g m l 6 1 0 - 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