（环境科学专业论文）流动注射化学发光法测定环境水中有机污染物的研究.pdf

采用流动注射技术建立了一种测定三聚氰胺的化学发光新方法，本方法在最优条件下测 定三聚氰胺的线性范围为5 0 x l o 之1 o p g m l ，检出限为1 0 7 x l o 3 州m l ，对0 1 p g m l 三聚氰胺进行1 1 次连续测定，测定的相对标准偏差为1 0 4 ( n = 11 ) ，该方法可应用于环 境水样中三聚氰胺的测定，结果令人满意。 关键词：流动注射化学发光，三聚氰胺，对甲氧基苯胺，三氯酚 a b s t r a c t f l o w i n j e c f i o nc h e m i l u m i n e s c e n c ea n a l y s i s ( f i c l ) w h i c hi st h ec o m b i n a t i o no ff i aw i t hc l d e t e c t i o ni sah i l g hs e n s i t i v et r a c em e t h o d i td e t e c t st h ec o n c e n t r a t i o no ft h ea n a l y t ea c c o r d i n gt ot h ec l i n t e n s i t ya ts o m ep o i n t so fc e r t a i nc h e m i l u m i n e s c e n c er e a c t i o n t h i sa n a l y s i st e c h n i q u eh a ss om a n y a d v a n t a g e s ，s u c ha sh i g hs e n s i t i v i t y , r a p i d i t ya n dr e p r o d u c i b i l i t yi ns i g n a ld e t e c t i o n ，c o n v e n i e n ta p p a r a t u s a n do p e r a t i o n ，e a s yt or e a l i z ea u t o m a t i ca n dc o n t i n u o u sa n a l y s i se t e n o w a d a y s ，f i c lh a sb e e na p p l i e dt o a r e a so fe n v i r o n m e n t a l , m e d i c a m e n ta n a l y s i s ，c l i n i ct e s t , i m m u n o a s s a y , f o o da n a l y s i s ，a n a l y s i so fd u s t r y a n da g r i c u l t u r eo n l i n ea n ds oo n f i c lh a sb e e nr e s e a r c h e di na n a l y t i c a lc h e m i s t r yr e c e n t l y ，i th a sv a s t t h i st h e s i sm a i n l yf o c u s e do ni t sa p p l i c a t i o u so fd e t e r m i n a t i o no fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t a n t so f w a t e r s 、 ，i mf i c l t h ep a p e ri n c l u d e st w op a r t s ：1 i td e p i c t st h eb a s i cp r i n c i p l ea n da d v a n t a g e so fc l f i a a n dh - c l ，r e c e n td e v e l o p m e n to ft h er e s e a r c ho ff i c la n a l y s i s t h ep a p e rs u m m a r i z e dt h ef a m i l i a rc l s y s t e ma n dv a r i o u sc lr e a g e n ta n dt h ea p p l i c a t i o n so ff i - c li nt h ef i e l do fe n v i r o n m e n t a la n a l y s i s 2 i n t h i sp a p e r , w em a i n l ys t u d i e dt h ef i c lf o rd e t e r m i n a t i o no ft r a c el - a n i s i d i n e ，m e l a m i n ea n d t r i c h l o r o p h e n o li ne n v i r o n m e n t a lw a t e rs a m p l e s ( 1 ) d e t e r m i n a t i o n o f p - a n i s i d i n e i ne n v i r o n m e n t a lw a t e r s a m p l e s w i t h f l o w - l n j e c t i o n c h e m i l u m i n e s c e n c et e c h i c q u e i n a c i d i c m e d i u m ，r h o d a m i n ea n df o r m a l d e h y d e c o u l de n h a n c et h e i n t e n s i t y o f c h e m i l u m i n e s c e n c e p r o d u c e db y t h er e a c t i o nb e t w e e nk m n 0 4a n dp - a n i s i d i n e ，b a s e do nh i s p h e n o m e n o n ，c o m b i n e dw i t hf l o w o fi n j e c t i o n ，as i m p l ea n ds e n s i t i v em e t h o df o rd e t e r m i n a t i o no f p - a n i s i d i n ew a se s t a b l i s h e d ，u n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n ，t h ec o n c e n t r a t i o nr a n g eo fl i n e a rr e s p o n s ew a s 6 0 1 0 一1 o p g m l ，t h ed e t e c t i o nl i m i tw a s3 3 x 1 0 2 9 9 m lw i t har e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o no f1 3 8 f o r t h ed e t e r m i n a t i o no f0 0 6 1 a g m lo fp - a n i s i d i n e ( n - 1 1 ) ，t h em e t h o dw a su s e dt od e t e c tt h ec o n c e n t r a t i o no f p - a n i s i d i n ei nw a t e rs a m p l e sw i t hs a t i s f a c t o r yr e s u l t ( 2 ) d e t e r m i n a t i o no ft r a c et r i c h l o r o p h e n o li nn a t u r a lw a t e ru s i n gf 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 a n a l y s i s 2 , 4 ，6 - t r i c h l o r o p h e n o lc o u l de n h a n c et h ei n t e n s i t yo fc h e m i l u m i n e s c e n c ep r o d u c e db yt h er e a c t i o n i l l b e t w e e nk m n 0 4a n dl u m i n o l ，am e t h o df o rd e t e r m i n a t i o no ft r i c h l o r o p h e n o lw a se s t a b l i s h e d ，u n d e rt h e o p t i m u m ，t h ec o n c e n t r a t i o nr a n g eo fl i n e a rr e s p o n s ew a s0 1 1 1 1 j l g m l ，t h ed e t e c t i o nl i m i tw a s 0 0 4 6j _ t g m l , ar e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o ni s1 2 4 f o rt h ed e t e r m i n a t i o no f 0 5 5 1 _ l g m l o f 2 , 4 ，6 - t r i c h l o r o p h e n o l ( n 寻1 1 ) ，t h em e t h o dw a su s e dt od e t e c tt h ec o n c e n t r a t i o no f2 , 4 ，6 - t r i c h l o r o p h e n o li n w a t e rs a m p l e sw i t hs a t i s f a c t o r yr e s u l t ( 3 ) d e t e r m i n a t i o no ft r a c em e l a m i n ei ne n v i r o n m e n t a lw a t e rs a m p l e su s i n gf 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 ea n a l y s i s b a s e d0 nt h ei n h i b i t i o ne f f e c to fm e l a m i n eo nt h ec h e m i l u m i n e s c e n c eg e n e r a t e df r o mt h e l u m i n o l h 2 0 2r e a c t i o ni n a l k a l i n em e d i u m ，u n d e r o p t i m i z e dc o n d i t i o n s ，t h e d e c r e a s eo f c h e m i l u m i n e s c e n c e i n t e n s i t y w a s l i n e a r w i t h m e l a m i n ec o n c e n t r a t i o n i n t h er a n g eo f 5 o x l o 一1 op g m l , a n dt h el i m i to fd e t e c t i o ni s1 0 7 x 1 0 一j _ t g m 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 n ( n = d i s1 0 4 f o ro 1 p g m lm e l a m i n e ，t h em e t h o dw a sa p p l i e dt ot h ed e t e r m i n a t i o no fm e l a m i n ei nw a t e rs a m p l e sw i t h s a t i s f a c t o r yr e s u l t s k e yw o r d s ：f 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 ea n a l y s i s ，m e l a m i n e ，脚i s i d i n e ，t r i c h l o r o p h e n o l i v 第一章流动注射一化学发光分析法的基本原理与研究进展 第一章流动注射一化学发光分析法的基本原理与研究进展 1 1 流动注射分析法( f i a ) 1 1 1 流动注射分析技术的创立及其优点 流动注射分析( f l o w 蝎e c t i o na n a l y s i s ，简称f i a ) 是1 9 7 5 年由丹麦学者r u z i c k a 和 h a n s e i l 【1 1 在其发表的论文中提出的，并于1 9 8 1 年【2 1 和1 9 8 8 年3 1 年的专著中对流动注射 分析进行详尽的阐述，将f i a 定义为：从注入一定体积并在无空气分隔的连续载流中得 到分散的试样区带形成的浓度梯度中收集信息的技术。这种溶液处理技术是把一定体积 的液体试样完整的注射到流动的非空气间隔的试剂载流中，试样是在一定控制条件下在 试剂载流中分散的，保持了高度重现的混合状态和反应时间，不需要达到平衡状态才能 进行测定，打破了分析化学必须在物理化学平衡条件下完成的传统。在此之前，美国的 t e c h n i c o n 公司在s k e g g s 4 提出的空气泡间隔式连续流动分析，发明了名为a u t o a n a l a z c r 溶液处理自动分析仪，第一次把试样和试剂从传统的试管，烧杯、容量瓶等容器中转入 到管道中完成物理混合与化学反应。流动注射分析这一溶液处理新技术标志着连续流动 分析发展到一个新的水平。 f i a 技术是一种新型的微量溶液高速自动分析技术，是从实验室操作中的基础部分 入手来提高整个化学分析过程的效率，其具有很多的优点，如设备简单、操作方便、价 格便宜、分析速度快、准确度和精密度高、试样和试剂用量少、具有广泛的适应性。目 前，f i a 技术与化学发光技术、分光光度法【5 1 、荧光法【6 、原子吸收眇】、电化学分析法、 高效液相色谱法【8 1 、酶法、免疫分析法【l l 】、毛细管电泳法【1 2 】、电感耦合等离子体质谱及 微波等离子体发射光谱等检测技术完整结合形成一个完整的分析体系。 1 1 2 流动注射分析的基本原理及装置组件 流动注射分析就是将一定量的样品溶液通过进样系统注入到以恒定流速连续流动 的载流中，载流和样品一起运送到反应盘管，在运动过程中由于对流和扩散作用逐渐分 散成具有浓度梯度的样品带，并与载流试剂组分发生化学反应产生某种可以被检测的物 流动注射化学发光法测定环境水中有机污染物的研究 质，进入检测器的流通池使其物理参数有一定的变化，( 如：吸光度、发光强度、电极 电位等) 由此对样品中的物质进行定性定量分析。 f i a 系统装置如图( 1 1 ) 所示，主要包括：载流驱动系统( 蠕动泵) 、注样器、反应器、 流通式检测器、信号记录装置。其中载流驱动系统驱动载流以恒定流率流过管路，目前 载流驱动系统主要是蠕动泵、柱塞泵、增压瓶、高位瓶等。注样器是将一定量的样品重 现的注入载流中，严格控制试样与试剂的扩散和对流，目前应用最广泛的是十六孔八通 道多功能旋转阀，是由方肇伦提出【13 】的，反应器是提供试样和试剂分散和反应的装置， 主要由采样环、反应管、连接管等组成。检测器和记录仪是对受检测物质影响而改变的 一些物理参数变化的检测和记录，检测器主要有f i d 、反应热导池、热金属等。 p s t w 图1 - 1 流动注射基本装置图 f i g t h eg e n e r a ld e v i c eo ff i a c - 载流；p 液体驱动装置；s 试样；r - 反应管道；d 检测器；w 废液 1 1 3 流动注射分析技术的应用及其发展趋势 由于流动注射技术具有广泛的适应性，可以与其他检测技术联合使用，可应用于各 种分析领域，如环境监测、食品检测、医药和临床化验、冶金、生物化学、农业、工业 在线分析等，可以测定金属离子，非金属离子以及有机物等。也可应用于放射性元素的 分析测定【1 4 , 1 5 】。 流动注射技术易于自动化分析、拥有较快的分析速度和极好的重现性和精确度，而 且这种分析技术的成本比较低，所以他的发展趋势大体有三部分：1 ) 要与其他的较前沿 的分析检测技术联用才能使它发挥更大的作用。目前，仪器间的联用是分析技术的发展 方向之一。2 ) 这种技术要求试剂和试样在反应管道中存留很短的时间，要求反应速度要 快，其今后的发展方向之一就是用特殊手段加快待测物的反应速度。3 ) 充分利用先进科 技，使流动注射分析仪更加智能化美观化。 2 第一章流动注射一化学发光分析法的基本原理与研究进展 1 2 化学发光分析法 1 2 1 化学发光分析法的发展史 萤火虫和海洋生物的发光是自然界最简单的发光现象，从低等细菌到高等鱼类，约 有1 3 大类近千种生物能够发光，这种由生物体发出的可见光称为生物发光 ( b i o l u m i n e s c e n c e ) 1 6 1 ，人类很早就已经注意到这种自然现象了。1 5 世纪，德国医生b r a n d 发现了“白色磷光体”，一种能在黑暗中持续发光的物质，发光现象由此引起了人们的 广泛关注。1 6 6 3 年英国化学与物理学家b o y l e 提出：“磷的发光与氧的参与有关，为正 确理解发光现象和观察化学发光及生物发光现象开创了全新视角【1 7 】。十九世纪后期，人 们对某些简单的非生物有机化合物产生发光现象也有所研究。1 8 7 7 年r a d z i s z e w s k i 首次 在合成化合物中观察到化学发光现象，实验了乙醇碱性洛粉碱( l o p i n e ，2 ，4 ，5 三本基咪唑) 与过氧化氢作用发出绿光【1 8 】，这是首次利用合成化合物研究化学发光现象，由此开始了 对化学发光的新研究。德国科学家w i e d e m 籼【1 9 】认为通过有机会化学反应所产生的发光 现象应称为化学发光( c h e m i l u m i n e s c e n c e ) 2 0 】，这是对化学发光的机制的首次解释。生物 体内的发光现象以及有酶参与的化学反应发光现象称为 物( b i o l u m i n e s e e n e e ) 2 l 】发光， 并与1 8 8 8 年首次解释了化学发光的机制，把它归于一种相对简单的有机反应。 1 9 世纪末期，法国生理学家d u b o i s 【捌从实验室中制得到了萤火虫体内的荧光素和 荧光素酶。k a u t s k i 研究了强氧化剂作用于硅氧烷产生的化学发光，m a l l e t 提出过氧化氢 与次氯酸盐发生反应可将能量转移给某些荧光或磷光试剂如荧光黄、罗丹明、奎宁和葸 等产生化学发光现象。这其中最主要的是1 9 2 8 年a 1 b r e c h t 【2 3 】发现了鲁米诺发光试剂 ( l u m i n o l ，3 氨基邻苯二甲酰肼) 在碱性条件下可产生化学发光，这一具有发光率高，结构 简单，水溶性好的发光试剂标志着化学发光达到了新的里程碑，1 9 3 5 年k g l e u 掣2 4 】报 道了光泽精( l u c i g e n i n ，n ，n 二甲基连吖啶硝酸盐) 发光试剂，其具有较高的发光效率。 早期的化学发光给人们带来很大的困难，由于发光反应稍纵即逝，发光强度微弱， 使其发展缓慢。1 9 4 5 年出现了光电倍增管，化学发光装置几年后随之产生。2 0 世纪6 0 年代，现代电子科学技术的迅速发展，集成电路的广泛发展应用以及高灵敏度光电传感 器的出现，新的研究和检测方法的出现，使得检测微弱发光成为可能，化学发光才进入 定量分析阶段。进入2 1 世纪，计算机技术的发展和普及，使得各种化学发光仪器更趋 于完善，操作更加简便，分析速度更快，灵敏度更高，同时又易于实现自动化。 3 流动注射化学发光法测定环境水中有机污染物的研究 1 2 2 化学发光分析法的基本原理 化学发光是在某些特殊的化学反应中，反应中间体或反应产物吸收了反应释放的化 学能而处于电子激发态，当其返回到基态释放能量时而产生的一种光辐射现象。化学发 光分析法是利用化学发光进行化学分析的方法。根据化学发光反应在某一时刻的发光强 度或反应的总发光量来确定反应中相应组分的含量。 并不是所有的反应都能产生化学发光，化学发光必须满足以下条件才可以：第一， 反应必须提供足够的能量而被中间体或反应产物所吸收使其处于电子激发态( 对于蓝光 发射需3 0 0 k j t o o l ，红光需1 5 0 k j m o l ) 。第二，处于激发态分子必须具有一定的化学发 光量子效率而释放出光子，或者将其能量转移给另一种荧光分子使之进入激发态而释放 出光子【2 5 1 。 化学发光反应按机理可分为自身化学发光、敏化化学发光、偶合反应化学发光、电 致化学发光等。总的化学发光反应可分为直接发光和间接发光这两种。 1 ，直接化学发光：a ，b 两种物质反应产生激发态c + ，激发态c 返回基态时产生化学 发光，其反应过程可表示为： a + b c + d c _ c + 枷 2 ，间接化学发光：a ，b 两种物质反应产生激发态c ，而激发态c + 将能量转移给荧光 试剂f ，得到激发态f + ，当f 返回到基态时，产生化学发光。其反应过程可表示为： a + b _ c + d f + c 。_ f + c ( 能量转移) f 。一f + h v 在一定时间内，化学发光强度( i c l ) 主要取决于化学发光量子效率( c l ) 和反应速度 ( d c d t ) ，可表示为： 1 e l ( t ) = c l d c d t ( 1 - 1 ) 而对于特定的化学发光反应来说，化学发光量子效率( c l ) 为一定值，因此t 时刻体系的 发光强度完全由反应速度( d c d t ) 决定，而反应速度可以按质量作用定律用体系中的物质 浓度来表示，即被测物质的浓度可由特定反应的化学发光强度计算而得知。 在一个反应中，保持其中一种物质的浓度恒定不变，则反应速度( d c d t ) 取决于待测 4 第一章流动注射一化学发光分析法的基本原理与研究进展 物质的浓度，这时我们将反应看做是一级反应，即待测物质的浓度与化学发光强度成正 比，这是化学发光分析法的定量基础。 i c l = j 如何d t = jo c l d c a ( t ) d t d g = ( i ) c l 。c a( 1 2 ) 由化学发光法的原理可知，此方法分析测定的物质可分为三类：1 ) 参加化学发光反 应的反应物。2 ) 待测物质是反应中的抑制剂或曾敏剂。3 ) 偶合反应中的反应物、曾敏剂、 催化剂。这三类物质还可以通过标记方式来测定人们感兴趣的其他物质，这就扩大了化 学发光分析的应用范围。 室温下化学发光反应可在气相、液相、和固相介质中进行，根据反应介质的不同， 将其分为气相化学发光、液相化学发光、固相化学发光、异相化学发光( 反应是在两个 不同相中进行) 。目前，液相化学发光由于其适用性强，易于操作，设备简单等优点在 化学发光分析中被广泛应用，已经成为现代痕量和超痕量分析中的活跃分子。 1 2 3 化学发光分析法的应用及其发展趋势 化学发光分析的灵敏度高，是痕量分析的重要手段之一，可应用在临床分析、 法医分析、冶金分析、岩矿分析、材料分析以及同位素标记物分析等分析领域【2 6 2 7 。 在环境领域中，可用于环境中污染物的检测分析，如酚类中的苯酚【2 8 ，2 9 1 、氯酚【3 0 1 、 硝基酚【3 l 】等环境污染物；在生物化学领域中，化学发光应用于多种复杂有机物如 蛋白质、维生素、氨基酸、核酸、激素、d n a 、生物碱，对多种抗体和抗原的免 疫分析以及多种生物活性物质的分析；临床分析领域中，化学发光应用在蛋白质 芯片、酶芯片、基因芯片、受体芯片、微流控芯片等。 化学发光分析作为一种独立的分析方法，近年来与各种分离技术相联合【3 2 。5 1 ， 如流动注射技术、气相色谱、液相色谱、薄层色谱、离子交换色谱、超临界流体 色谱、分外光度分析、免疫分析、高效毛细管电泳等。化学发光的选择性较差， 目前与其他技术如荧光、紫外、电化学等分析技术、生物技术、固定化试剂技术、 传感器技术、免疫技术等联用，这使它的灵敏度和选择性得到了统一，更显示出 其痕量分析发法的优点。 目前，国内外对化学发光有许多相关专著和综述发表【3 6 4 0 】，文献的参考数量不断增 多，显示出化学发光分析法具有广阔的发展前景。今后化学发光分析法应在以下几个方 面加以重视，即为其发展趋势：1 ) 研究与化学发光体系相适应的样品前处理技术，使得 5 流动注射化学发光法测定环境水中有机污染物的研究 它的应用得到更大发展。2 ) 与高科技分析监测仪器的联用已经成为化学发光的必然趋 势，既发挥了它的优点又克服了它的缺点。3 ) 合成更加新的高效能化学发光试剂，寻找 新的化学发光体系以及新技术等方面加大研究，使其有更广的发展空间。4 ) 应加大对化 学发光体系的发光机理的探讨，从内在本质上揭示其化学发光原理，此工作为提供了理 论依据和现实的可能。5 ) 随着性能更优良的化学发光标记和发光衍生试剂的开发，结 合色谱分离技术、免疫标记技术和传感技术，将进一步促进化学发光技术在生物、 医学、冶金、环境等领域更为广泛的应用。6 ) 仪器的研究与开发应进一步发展，制备高 效的化学发光检测系统，与高科技联系，使仪器更加微型化、智能化、和遥控化。 1 2 4 几种重要的化学发光体系 目前研究较多的化学发光试剂包括：鲁米诺，光泽精、过氧化草酸酯、洛粉碱、高 锰酸钾等。发光试剂在化学发光分析中占据重要地位，下面对以上几种发光试剂及发光 体系进行简单的介绍说明。 ( 1 ) 鲁米诺( l u m i n 0 1 ) 鲁米诺 3 一氨基邻苯二甲酰肼，其结构式如图1 - 2 ( a ) 所示 ，异鲁米诺 4 一氨基邻苯二 甲酰肼结构式如图1 - 2 0 , ) 所示】，两者具有结构简单，水溶性好、无毒、易于合成、性质 很稳定，且拥有较高的发光量子效率等优点，因此鲁米诺及其衍生物成为近些年来使用 最广泛的化学发光试剂之一。 n h n h n h o n h n h 图1 - 2 ( a ) 鲁米诺图1 - 2 ( b ) 异鲁米诺 f i g 1 - 2t h es t r u c t u r eo fl u m i n o l ( a ) a n di s l u m i n o l ( b ) 鲁米诺在1 8 5 3 年首次被合成出来，在1 9 2 8 年化学家首次发现这种化合物有 一个奇妙的特性，它被氧化时能发出蓝光。目前研究的鲁米诺的化学发光一般都 是其在碱性介质中被氧化试剂如过氧化氢、氧气、高氯酸钾、高锰酸钾、铁氰化 钾、过硫酸钾、重铬酸钾等氧化所致，鲁米诺在碱性水溶液中发光的最大发射波长 为4 2 5 n m 4 1 1 ，在碱性二甲基亚甲砜中的最大发射波为4 8 5 n m ，其发光量子效率一般介于 1 和5 之间。 6 第一章流动注射一化学发光分析法的基本原理与研究进展 目前，对鲁米诺发光机理的解释不尽相同，被解释最多的就是在碱性水溶液中鲁米 诺与氧化剂反应生成叠氮醌，叠氮醌继续被氧化为不稳定的桥式六元环过氧化物中间 体，此过氧化物分解时产生负一价的激发态的氨基邻苯甲酸根阴离子，这就是整个反应 的发光体，它很不稳定，当它从激态返回至基态时产生蓝绿光，其发光过程如下图1 3 所示： n h n hq 坚 虫h 0 2 n “0 2 一 n o h j i v+ n h 2 n i i n 图1 3 鲁米诺的发光机理 f i g 1 - 3l u m i n e s c e n c em e c h a n i s mo fl u m i n o l 鲁米诺可用于多种物质的化学发光分析测定，根据各种物质对体系的作用原理不 同，可分为几种不同测定类型。 第一类：催化型，一般情况鲁米诺与氧化剂反应速度不快，但加入某些酶类或以金 属离子为代表的无机催化剂，反应速度加快明显，大大增强体系的化学发光强度，而且 相对发光强度在一定范围内与其加入物质的浓度呈正比。因此利用对鲁米诺化学发光体 系的催化作用可以直接或间接的对某些物质进行测定，如庄惠生掣蜘利用c u 2 + 对鲁米诺 一过氧化氢体系的催化作用测定了河水内铜离子，检出限很高，效果很好。 第二类：增强型，某些化合物对鲁米诺化学发光体系有增强作用，据此可以对多种 物质进行测定分析。游水英等【4 3 】利用碱性条件下硫离子对l u m i n 0 1 k 1 0 4 化学发光体系的 增强作用，建立了测定水中痕量硫离子的新方法。李丽【删利用山奈酚对l u m i n 0 1 k m n 0 4 体系的增强作用，建立了测定山奈酚的化学发光新方法，该方法测定山奈酚的检出限为 1 2 x l o g m l ，线性范围为8 o x l o 一- 1 o x l o g m l ，对1 o x l o 。6 9 m l 山奈酚进行了1 1 次平行 测定，其相对标准偏差为3 8 ，应用了合成样品中山奈酚的测定，效果令人满意。 第三类：抑制型，利用物质对鲁米诺化学发光体系的抑制作用可以实现对多种物质 的直接或间接测定。如邱小香 4 5 1 发现，在碱性介质中，绿原酸对鲁米诺高碘酸钾体系的 7 流动注射化学发光法测定环境水中有机污染物的研究 化学发光有强烈的抑制作用，从而建立了流动注射化学发光测定绿原酸的新方法。其测 定的检出限为0 6 7 n g m l ，方法的线性范围为2 0 2 0 0 0 n g m l ，成功对人体血清和金银花 茶叶中绿原酸的含量进行测定，效果满意。 第四类：偶合反应型，即第一个反应的产物对另一个发光反应体系中反应物或中间 产物的作用而影响其化学发光强度，继而对第一个反应的反应物进行间接测定。如李卫 华1 基于h 矿+ 置换f e ( i i ) e d t a 配厶物 f e ( i i ) ，f e ( i i ) 对鲁米诺溶解氧产生化学发光反 应，建立了偶合反应流动注射化学发光法测定痕量汞的好方法；范顺利掣4 7 基于b i ( i i i ) 置换c o ( i i ) d t p a 配合物中的c o ( i i ) ，而c o ( i i ) 对鲁米诺过氧化氢体系的化学发光有催化 作用，建立了间接测定铋的化学发光方法。 ( 2 ) 光泽精( l u c i g e n i n ) 光泽精( n ，n 二甲基二吖啶硝酸盐) ，也是一个较传统且应用比较广泛的化学发光试 剂。它是以硝酸盐形式存在的白色结晶粉末，易溶于水，乙醇，稀硝酸溶液。它在碱性 条件下被过氧化氢氧化成四元环过氧化物中间体，而后裂解成激发态的n 甲基吖啶酮， 其返回基态时，发射出4 2 0 , - - , 5 0 0 n m 的光，最大发光波长在4 7 0 n m ，发光效率较高，量子 产率一般在1 2 之间，其化学发光持续时间较长，发光信号几分钟之后才能到达峰 值，其反应所需的p h 要求也较为严格，一般应该在o 1 1 0 m o f l 的强碱溶液中进行， 且要求单独加入，光泽精的反应产物n 甲基吖啶酮不溶于水，在流动注射化学发光分 析中很容易沉积在流通管道以及检测池壁上，因此限制了光泽精的发展，而一些金属离 子可以催化光泽精的化学发光反应，据此可以对这些金属离子进行定量测定；光泽精化 学发光体系还可以应用于过氧化物和超氧化物的直接测定。 据有关文献报道，光泽精与过氧化氢的化学发光机理最初被认为是，光泽精碱性介 质与过氧化氢发光脱氢反应而后裂解为n 一甲基吖啶酮发光。但是这一说法不能解释光 辐射与反应化学能之间的关系，后来有关人士经研究认为碱性介质中光泽精被过氧化氢 氧化成二氧化杂环丁烷，进一步转化为双自由基中间体，中间体裂解成激发态的n 甲 基吖啶酮，发射出4 4 0 r i m 蓝色光，尚未裂解的光泽精分子吸收少量n 甲基吖啶酮分子 在5 0 0 n m 处产生微弱的绿色光。 ( 3 ) 过氧草酸酯类( p e r o x y o x a l a t e ) 化学发光体系 过氧草酸酯类化学发光体系是继鲁米诺、光泽精等后的一类新的发光试剂，1 9 6 3 年c h 姐d r o s s 【4 8 】首次发现并报道了过氧化草酸酯的化学发光现象，即将草酰氯加入到含 第一章流动注射一化学发光分析法的基本原理与研究进展 有荧光物质( 如葸、9 ，1 0 二苯基葸或n 甲基吖啶酮) 的过氧化氢溶液中，产生化学发光现 象。过氧草酸酯类化学发光体系主要包括芳基草酸酯、氧化剂、以及荧光化合物试剂； 发光剂中最常用的是双( 2 ，4 ，6 三氯苯) 草酸酯( t c p o ) 和双( 2 ，4 二氯苯基) 草酸酯 ( d n p o ) ，氧化剂一般为过氧化氢：芳基草酸酯与过氧化氢发生反应，生成一种双氧基 中间体储能物( 1 ，2 二氧杂环丁酮) ，其中荧光试剂作为增敏剂，它的分子结构在反应过程 中通常保持不变，只是起能量转移和发射荧光的作用。 过氧草酸酯化学发光体系量子发光效率高可达2 7 ，发光强度大、发光存在时间 长、颜色可调、并且反应允许的p h 值范围较大( 一般为4 1 0 ) ，而且荧光剂的种类很多， 不同荧光基团具有不同的发光光谱，因此选择性好。但过氧草酸酯类水溶性差，且伴有 分解，不是很稳定等缺点。过氧草酰类化学发光试剂在多种类型物质的检测分析中显示 出了巨大的潜力，其对无机离子和有机化合物的分析检测均刚起步，它的发展有赖于分 析性能更好的发光试剂和荧光衍生试剂的开发。 一般认为二芳基草酸酯和过氧化氢发光机理，过氧化氢对草酸酯的羰基亲核进攻， 生成具有高能量的双氧基环状中间体二氧杂环丁二酮储能物，荧光剂的加入将其能量转 移，荧光试剂本身的分子结构保持不变，而中间体处于激发状态，激发态分子返回基态 时释放出光子，即发出光辐射。 ( 4 ) 洛粉碱( l o p h i n e ) 衍生物 洛粉碱( 2 ，4 ，5 三苯基咪唑) 针状结晶，溶于乙醇和乙醚，不溶于水。其在碱性介质中 被过氧化氢等氧化剂氧化产生过氧化物，然后重排生成一种双氧基化合物，最后分解并 发出波长为5 3 0 r i m 的黄色光。洛粉碱是文献记载最早的主要发光试剂之一，其主要应用 于金属离子的分析检狈l j t 4 9 , s o 。近年来，k e n i c h i r on a k a s h i m a 等人先后合成了系列洛粉碱 衍生物，并研究洛粉碱及其衍生物的发光性能，洛粉碱发光试剂得到较大的改善，使其 得到了较快的发展，成为一种性能较好的分析碱金属和碱土金属离子的发光试剂。 ( 5 ) 高锰酸钾 高锰酸钾为深紫色结晶，味甜且常温稳定，2 4 0 时分解有氧气放出。1 9 2 0 年人们首 次将酸性高锰酸钾应用于化学发光反应。是由g r i n b r e r g 首次报道的，高锰酸钾是一种重 要的氧化剂，酸性介质中其氧化性会更强，关于它的发光机理尚且不多，一般认为它能 直接与多种有机化合物发生氧化还原反应，还原产物为激发态二价锰离子，激发态二 价锰离子返回基态时发生光辐射，有文献报道酸性高锰酸钾化学发光体系的光谱范围 9 流动注射化学发光法测定环境水中有机污染物的研究 一般在6 1 0 r i m 到7 5 0 r i m 之间。 酸性高锰酸钾发光试剂与流动注射分析技术相结合，已经在天然水体、土壤等 中成功对杀虫剂与除草剂中的多苯酚类化合物进行监测。其广泛应用于杀虫剂、农药、 医药、生物、等各个领域，其具有广阔的发展空间。 与酸性高锰酸钾类似的发光体，如铁氰化钾、高碘酸钾、n 溴代琥珀亚胺( n b s ) 、 次氯酸钠、溴酸钾、过氧化氢等强氧化剂也可直接与被测定物质发生氧化还原反应而产 生化学发光现象。 ( 6 ) 其他发光体系 除上述常用的发光试剂以外，还有很多发光试剂，如酸性介质中铈( i v ) 可以和许多 物质发光氧化还原反应从而产生荧光特性或者光辐射，铈( i v ) 可以与含巯基的化合物反 应可应用于药物的检测分析。钌( i i ) 联吡啶于1 9 6 6 年被发现，在其强的酸性或强碱性溶 液中加入芳香胺，可观察到橘红色的光。钌( i i ) 联吡啶在强酸性介质中与氧化剂作用产 生化学发光，加入某些有机物可以增强其化学发光强度，可应用于一些有机物的分析检 测，与其具有类似配体的r u ( i i ) 、o s ( i i ) 配合物等也得到较广的应用。还有多酚类、罗丹 明b 和罗丹明6 g 等荧光试剂、没食子酸等多种有机化学发光试剂。 1 3 流动注射化学发光分析法及其在环境分析中的应用 1 3 1 流动注射化学发光分析法的特点 1 0 化学发光分析法具有高灵敏度和宽的线性范围、分析速度快、造价低廉、操作容 易、仪器设备简单、不需要外加光源和单色器、易于多种分析技术相结合、容易自动 化等优点，而且不会存在散射光和杂散光引起的噪声值，因为其发光时间较短暂，因 此它对时间要求较严格，它受环境温度等因素影响容易出现重现性差的缺点。而流动 注射技术是一种高精度快速分析的手段，能够在较高的分析速度下保持实验条件的一 致性，具有很好的重现性，而且流动注射分析消耗的试样和试剂量少，适应范围广。 流动注射化学发光分析法充分发挥两者的优点，使其成为一种有效的痕量分析手段， 其具有很大的发展前景。 第一章流动注射一化学发光分析法的基本原理与研究进展 1 3 2 流动注射化学发光分析法的装置 流动注射化学发光分析法的实验装置比较简单( 如图1 - 4 所示) ，主要部件有：载流 系统，进样系统、检测系统、电脑终端系统。随着科技的发展，流动注射化学发光仪 有了很大的改观，主要是载流和检测系统的改革，光电转换设备为光电倍增管或光电 二极管，反应管道一般为玻璃管或透明塑料管，分光元件可以是单色器也可以是滤光 片，不需要分光装置。近几年，流动注射化学发光装置外观更加小型化和智能化，外 观更加美观 c r 图1 - 4 流动注射化学发光常用装置图 f i g 1 - 4t h e d e v i c eo ff i - c l r 试剂；c 载流；s 试液；p 蠕动泵；f 流通池； p m t - 光电倍增管；h 密封室；w 废液；p c 电脑 1 3 3 流动注射化学发光分析法在环境分析中的应用 ( 1 ) 流动注射化学发光分析法在大气环境分析中的应用 测定大气污染物的方法很多，目前主要有分光光度法、原子吸收、气相色谱等。由 于大气中的污染物浓度较低，而流动注射化学发光法又有较高的灵敏度优点，因此将其 应用于大气污染物的定量测定是十分必要的。如鲁米诺化学发光体系可测定空气中 c 0 2 t 5 1 1 、n o 5 2 1 、n 0 2 e 5 3 1 、这些气体会造成温室效应及光化学烟雾以等恶劣现象，对环境 危害很大。目前流动注射化学发光分析法对大气中c 1 0 2 【跚、s 0 2 5 5 】、0 3 、n h 3 等也有报 道。现在人们在装修过程中越来越关注甲醛的含量，长期接触甲醛可引起慢性呼吸道疾 病、鼻咽癌、结肠癌、脑瘤、月经紊乱、妊娠综合症、基因突变等病症，因此特别关注， 流动注射化学发光法的很多体系对甲醛都有很高的灵敏度检测分析【5 6 册。 ( 2 ) 流动注射化学发光分析法在土壤环境分析中的应用 流动注射化学发光分析法关于土壤中污染物的分析测定报道不是很多，可能由于其 流动注射化学发光法测定环境水中有机污染物的研究 前处理比较麻烦且土壤中的污染物较复杂等原因。吉爱军等5 8 1 人发现锑( i i i ) 对鲁米诺 过氧化氢化学发光体系有催化作用，建立了测定土壤中锑的好方法；刘焱等【5 9 】人研究发 现p b 2 + 能置换f e ( i i ) e d t a 配合物中f e ( i i ) ，f e ( i i ) 对鲁米诺罗丹明b 产生化学发光反应， 建立了简易测定土壤中铅的偶合化学发光法；申金山等咖】发现t i ( d ，能增强五价铬氧化 碘酸钾生成碘单质鲁米诺化学发光体系，可以测定土壤中的铊；高向阳掣6 1 】用亚硫酸 将试液中的铬( v d 还原为铬( n d 与l u m i n 0 1 h 2 0 2 体系相偶合测定土壤中的铬。 ( 3 ) 流动注射化学发光分析法在水环境分析中的应用 流动注射化学发光分析法在水环境中的应用比较多，一些无机物对化学发光反应有 催化或抑制作用，或者直接参与化学发光反应起氧化剂或还原剂的作用，据此，可用流 动注射化学发光法检测饮用水、天然水、工业水中的无机物。如鲁米诺发光体系可测定 水中的c u ( i i ) 、f e ( i i ) 、f e ( i i i ) 、c o ( i i ) 、c r ( i i i ) 等多种金属离子，根据金属离子催化过氧 化氢氧化碱性光泽精产生化学发光可以测定水中的一些中金属离子，如p b ( i i ) 、w ( 1 1 1 ) 、 s n ( i v ) 、c r ( i i i ) 、c u ( i i ) 等。一些有机物可参与化学发光反应，可直接或间接对其进行