（环境科学专业论文）流动注射化学发光分析法在环境分析中的应用.pdf

a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n t ，a n a l y s i sp r i n c i p l eo fc h e m i l u m i n e s c e n c er e a c t i o na n dc h e m i l u m i n e s e e n tr e a g e n ti n c o m m o nu s ei si n t r o d u c e dd e t a i l l y t h ef a c t o r sw h i c hi n f l u e n c eac h e m i l u m i n e s c e n ti n t e n s i t y a r e i n v e s t i g a t e d t h ep a t l e ma n da p p l i c a t i o no f c h e m i h m f i n e s c e n c er e a c t i o nt ot h ea n a l y s i so f a i re n v i r o n m e n t ， w a t e re n v i r o n m e n ta n ds o i le n v i r o n m e n ti sd e s c r i b e d i na d d i t i o n ，w eg i v et h ep r o s p e c to ff l o w i n j e c t i o n e h e m i l u m i n e s c e n ta n a l y t i c a lm e t h o d sd e v e l o p m e n t an e wm e t h o df o rd e t e r m i n a t i o no fs o l u b l em a n g a n e s e ( i i ) w a sd e v e l o p e du s 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 ea n a l y s i sb a s e do nt h a ts o l u b l em a n g a n e s e ( i i ) c o u l dg r e a t l ye n h a n c et h ee m i s s i o n i n t e n s i t yo f t h ec h e m i l u m i n e s c e n c er e a c t i o no f p o t a s s i u m b r o m a t ea n dl u m i n o li na c i ds o l u t i o n t h el i n e a r r a n g e w a s1 0 1 0 k 6 0 l o 击m o f l w i t ha d e t e c t i o n l i m i to f 8 0 l 仃9 m o l l f o rs o l u b l e m a n g a n e s e ( i i ) 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 nw a s2 4 ( c - 1 o 1 0 。m o l l ，n = l1 ) t h em e t h o dw a ss u c c e s s f u l l ya p p l i e dt o a s s a yo fs o l u b l em a n g a n e s e ( i i ) i nm i n e r a lw a t e ra n dt e aw i t hs a t i s f a c t o r yr e s u l t s t h em e c h a n i s mo ft h i s r e a c t i o ni sa l s oi n v e s t i g a t e di nd e t a i l an e wm e t h o df o rd e t e r m i n a t i o no fr e s o r c i n o lw a sd e v e l o p e du s i n gf 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 e a n a l y s i sb a s e do nt h a tr e s o r c i n o lc o u l dg r e a t l ye n h a n c et h ee m i s s i o ni n t e n s i t yo ft h ec h e m i l u m i n e s c e n c e r e a c t i o n o f p o t a s s i u m f e r r i c y a n i d e a n d l u m i n o l i na l k a l i n es o l u t i o n t h e l i n e a rr a n g e 啪s1 , 0 1 0 。1 0 1 0 5 m o l ，lw n had e t e c t i o nl i m i to f2 o x l o 。8 m o l lf o rr e s o r c i n o la n dt 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 s 2 1 ( c = 1 0 1 0 。6 t o o l l , n = l t ) t h e m e t h o d w a ss u c c e s s f u l l ya p p l i e d t od e t e r m i n e t h ec o n t e n t o f r e s o r c i n o l i nw a t e ra n dp i y a n n i n gt i n c t u r ew i t hs a t i s f a c t o r yr e s u l t s t h em e c h a n i s mo f t h i sr e a c t i o nw a sa l s od i s c u s s e d i nd e t a i l i tw a sf o u n dt h a ti na na l k a l i n em e d i u m ，t h ec h e m i l u m i n e s c e n c er e a c t i o nb e t w e e np o t a s s i u mb r o m a t e a n dl u m i n o lw a sc a t a l y z e db yc h r o m i u m ( v i ) a n dt h a tl i n e a rr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ei n t e n s i t yo f c h e m i l u 。 m i n e s c e n c ea n dt h ec o n c e n t r a t i o nc h r o m i u m ( ) w a sk e p ti nt h er a n g eo f1 0 1 0 7t o1 0 1 0 。m o l l d e t e c t i o n l i m i to f t h i s i n e t h o d w a s f o u n d t ob e2 o 1 0 罐m o l l f o r c h r o m i u m ( ) t e s to f p r e c i s i o n w a s m a d ea t t h ec o n c e n t r a t i o n l e v e lo f l 0 1 0 一m o l l o f c h r o m i u m ( v i ) f o r1 1m u l t i p l i c a t ed e t e r m i n a t i o n s ， a n d t h e r s d so b t a i n e d w a s3 2 i n t h ea p p l i c a t i o n o f t h i s m e t h o d t o t h ed e t e r m i n a t i o no f c h r o m i u m ( ) 1 1 i ns a m p l eo f e l e c t r o p l a t i n gw a s t e ，t h er e s u l tw a ss a t i s f i e d b a s e d o n t h a ts u l f i d e ( i i ) c o u l dg r e a t l ye n h a n c e t h ee m i s s i o n i n t e n s i t yo f t h ec h e m i l u m i n e s c e n c er e a c t i o nb e t w e e np o t a s s i u mb r o m a t ea n dl u m i n o li na l k a l i n es o l u t i o n au e wf 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 t e r m i n a t i o no f t r a c ea m o u n t ss u l f i d e ( i dw a sd e v e l o p e d ，t h el i n e a rr a n g ew a s1 0 1 0 1 0 x 1 0 。g l w i t ha d e t e c t i o n l i m i t o f 8 ，0 1 0 7 9 几f o rs u l f i d e ( i i ) 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 n w a s 3 4 ( c - 1 o x l 0 4 9 l ，n = 1 1 ) ，t h e m e t h o d w a sa p p l i e d t oa s s a yo f s u l f i d e ( i i ) i ns a m p l e w a t e r w i t h s a t i s f a c - t o r yr e s u l t s k e y w o r d s ：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 e ，s o l u b l e m a n g a n e s e ( 1 1 1 ，r e s o r c i n o l ，c h r o m i u m ( v i ) ， s u l f i d e ( i i ) 1 1 i 独创性声明和关于论文使用授权的说明 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河南师范大学或其他教育机构的学位或证书 所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 签名：毪盎 日期：迦i ! 。也 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河南师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河南师 范大学可以将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、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 签名：整建 导师签名：期：2 竺2 ：笸：! 乡 第一章流动注射化学发光分析法及其在环境分析中的应用 第一章流动注射化学发光分析法及其在环境分析中的应用 1 1 化学发光分析法 1 1 1 化学发光分析法的发展 化学发光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能量而由基态跃迁 至激发态，然后再从激发态返回基态，同时将能量以光辐射的形式释放出来，产生化学 发化学发光。这种辐射是在没有任何光、热或者电场等的激发情况下，由化学发光反应 激发而产生的光辐射。根据某一时刻的发光强度或反应的发光总量来确定体系中的相应 组分含量的分析方法叫化学发光分析法。此法突出的优点是灵敏度高，由于不需要外来 光源，从而避免了瑞利散射和拉曼散射等噪音的影响，大大提高了信噪比，检出限可达 1 0 - 1 2g m l ，一般在1 0 - 7 1 0 9 咖l ；另外一个突出的优点就是线性范围宽，可达6 个数 量级；此外还具有仪器设备简单、分析快速、容易实现自动化等优点n - 2 1 。作为一种有 效的痕量分析方法，应用范围不断扩大，分析对象涉及水、空气、土壤、粮食、食品、 饮料、药物、临床检验、金属、矿物矿石等，在环境科学和生命科学等领域中具有广泛 的前景。 对发光现象的认识可以追溯到古代，较明显而又简单的例子是萤火虫和一些海洋生 物的发光，称之为生物发光【3 】到了十九世纪，人们发现简单的非生物有机化合物也能产 生化学发光1 4 1 。1 8 7 7 年r a d z i s z e w s k i 【5 1 证实在乙醇一氢氧化钾溶液中，氧气与洛粉碱反 应时能发光。后来他又观察到大量的生物原质，象各种基本的油类、葡萄糖、卵磷脂等， 用类似的方法处理也能发光。随后，人们又陆续发现了联苯三酚和格林纳等发光试剂。 1 9 2 8 年，a l b r e c h t 6 1 发现了鲁米诺的发光现象，成为化学发光史上的一个重要的里程碑。 由于鲁米诺具有较高的发光效率、结构简单、容易合成、水溶性好，得到分析工作者们 的重视并进行了较为深入研究。1 9 3 5 年i c g l e u l 7 1 等人发现了光泽精同样具有较高的发 光效率。由于大多数化学发光非常微弱，且稍纵即逝，而且由于检测器的限制，使得化 学发光反应的应用受到了限制。2 0 世纪6 0 年代以前，化学发光的研究处于单纯的发光 现象和机理的研究探讨阶段。 到了6 0 年代以后，现代电子技术工业和高灵敏度的光电传感器的发展，为研究和 第一章流动注射化学发光分析法及其在环境分析中的应用 测试化学发光提供了许多新技术和新手段。同时，生命科学、环境科学、材料科学的兴 起，对化学发光测试起到了推动作用，化学发光在这些领域的应用和研究也得到了广泛 的发展。国外化学发光分析方面的研究在六、七十年代得到了迅速的发展，现在，化学 发光分析的研究和应用仍然是痕量分析中的一个十分重要的研究方向。国内化学发光分 析方面的研究起步于八十年代初期。自章竹君佛】及其课题组在鲁米诺的合成、发光仪器 的研制方面取得突破性进展以来，短短的一、二十年时间，国内化学发光分析的研究有 了很大的发展。目前，化学发光分析法测试元素周期表中的金属元素达4 0 多种【9 l 。随着 光电检测技术和电子计算机的应用发展，使得各种化学发光仪器更加趋于完善，灵敏度 更高，操作更加简便，分析速度更快，自动化程度更高。化学发光法与流动注射、色谱、 离子交换等分析技术的联用也取得了较好的发展。 目前，化学发光分析在微量和痕量测试方面又突飞猛进的发展，在分析速度、灵敏 度和仪器上有了显著的改善，在方法的选择性方面也有了显著的提高。当前和今后的一 段时间里，化学发光分析方法的研究热点在于：进一步合成、寻找一些新的、发光寿命 长、量子效率高以及选择性好的发光试剂；化学发光新体系的研究；化学发光与其他分 析技术的联用；化学发光探针技术以及化学发光免疫分析技术的自动化、连续化和程序 化方面的发展；固体表面的化学发光分析法；电致化学发光分析法；化学发光分析法在 生命科学、环境科学等学科的实际应用等。 1 1 2 化学发光分析法的基本原理 a + 耋诞嗍 图1 1 化学发光发生的反应过程 化学发光是指在化学发光反应中，反应的中间产物( 或者反应物，反应产物) 吸收 了反应释放的化学能，由基态跃迁至电子激发态，当其回到基态时所产生的光辐射。其 过程主要有图1 1 所示的两种可甜1 0 l ：物质a 和b 反应，产生激发态的c ，c 为发 光物质，可以直接发出能够被检测的光：物质a 和b 反应，同样产生中间体c ，当 2 第一章流动注射化学发光分析法及其在环境分析中的应用 体系中存在另一种易于接受能量的荧光物质f 时，c + 把能量传给f ，使其接受能量由基 态跃迁到激发态，当激发态分子返回基态时，产生化学发光现象，其发光体是荧光物质 f ，发光的波长与荧光物质的荧光波长相一致。其反应历程可以用以下式子简单表示： ( 1 1 ) 彳+ b c + d ( 1 2 ) c 斗c + 加 或者 ( 2 1 ) 彳+ b _ c + d ( 2 2 ) c + f f + + c ( 2 3 ) f 寸f + h v 化学发光反应激发过程是利用化学反应使分子总能量有所提高。在每一物质的分子 中，都具有一系列紧密相隔的能级，即电子能级。在化学发光反应中，物质分子吸收一 定的化学能量，所吸收的能量等于跃迁所涉及的从较低能级到较高能级间的能量差，于 是便发生电子从较低能级向较高能级的跃迁，形成的这种处于激发状态的分子，成为电 子激发态分子。处于激发态的分子是不稳定的，它可能通过辐射跃迁、非辐射跃迁和内 能量转换光辐射等分子内的去活化过程丧失过多的能量而返回基态；或者通过分子间的 去活化过程返回基态。当返回基态时，电子激发态分子具有的能量以光辐射的形式释放 出来的现象即为化学发光现象。 产生化学发光的反应必须具备两个条件，一是该反应能释放一定的能量，且释放的 能量可以被某种反应物或者中间产物所吸收，使之处于激发态i 二是这种激发态的产物 具有一定的化学发光量子产率，或者可以将其能量有效地转移给某种荧光物质，激发其 产生辐射。因此，并不是任何化学反应都能产生化学发光现象。所以，如果测量条件适 当，化学发光分析法会有足够的选择性。 化学发光分析是化学反应产生光辐射现象的一种重要应用，是通过测量化学发光反 应的化学发光强度( 或化学发光总量) 来测定样品分析中分析物浓度( 或含量) 的分析方 法。与化学发光反应体系有关的一些物质皆可应用于化学发光分析方法的测定。主要包 括：参与化学发光反应魄反应物；化学发光反应的催化剂、增敏剂、抑制剂等；偶合反 应中的反应物、催化剂、增敏剂等；利用上面的几类物质标记其他物质进行测定，进一 步扩大化学发光分析的应用范围。 化学发光分析是物质进行化学反应伴随的发光现象通过测量发光强度进行定量分 第一章流动注射化学发光分析法及其在环境分析中的应用 析。它不需要任何光源，只需要高灵敏度的光电转换元件和电子放大装置，因而仪器结 构比较简单，最初我国学者大部分立足于自己组装仪器。 1 1 3 影响化学反应发光强度的因素 反应介质的影响：金属元素催化不同的化学发光反应体系产生的发光强度随反应介 质的性质和酸度的变化呈明显的增强或减弱。 溶液p h 值的影响：溶液p h 值的变化对化学发光信号会产生很大的影响。这是因 为大多数化学发光试剂为具有弱酸性或弱碱性基团的芳香族化合物，它们对发光反应体 系中溶液p h 值和氢键力非常灵敏。 氢键效应：发光物质与溶剂或其它溶质之间发生的氢键作用，对于发光物质的发光 光谱和发光强度有一定的影响。 温度的影响：温度对于化学发光强度有明显影响。在一定的温度范围内发光强度随 着温度的升高而增大，温度继续升高，化学反应发光强度反应下降。这可能与发光试剂 量子化产率下降，发光试剂与溶剂分子碰撞碎瘁灭机会增大有关。 溶剂的影响：化学发光反应在不同的溶剂中进行时，其发光光谱和发光强度都可能 有明显的差异。 1 | 4 化学发光试剂 ( 1 ) 酰肼类发光剂 酰肼类有机化合物在化学发光分析中是一种常用的发光试剂，以鲁米诺的研究和使 用最多。a l b r e c h t 6 1 在1 9 2 8 年发现鲁米诺试剂以来，人们对鲁米诺的化学发光行为的研 究做了大量的工作，鲁米诺体系的分析法在化学发光分析中占了很重要的位置。鲁米诺 性质稳定，结构简单，易于合成，无毒，不污染环境，易溶于碱性水溶液，可在碱性介 质中可被强氧化剂氧化而处于激发态的中间体( 3 一氨基邻苯二甲酸根离子) ，然后辐射 出最大波长为4 2 5 n m 的化学发光回到基态。对于鲁米诺的化学发光体系，可以使用多种 氧化剂。同鲁米诺反应的各种氧化剂中包括高锰酸盐、碘和次氯酸盐，使用的催化剂有 过氧化物酶、氯化血红素、过渡元素金属离子如c o ( i i ) 、c u ( i i ) 、f e ( 1 i ) 、r e ( i i ) 、c k u i ) 和f i i ) 硫氰酸盐。鲁米诺化学发光体系由鲁米诺+ 过氧化氢+ 催化剂+ 氢氧根组成。应 用这一体系可定量测定某些催化剂或催化剂标记的组分、过氧化物或可转化为过氧化物 组分及鲁米诺标记的组分。鲁米诺衍生物或者类似物质作为化学发光标记试剂获得了广 4 第一章流动注射化学发光分析法及其在环境分析中的应用 泛的应用，将鲁米诺的衍生物如异鲁米诺标记到羧酸和氨类化合物上，经过高效液相色 谱或者液相色谱等方法分离后，再在碱性条件下与相应的氧化剂、增敏剂反应进行化学 发光检测。其中最常用的发光试剂是a b e i 6 - n - ( 4 - 氨基丁基) 抖乙基】氨基- 2 ，3 - 二氢1 , 4 - 酞嗪二酮 。早在2 0 世纪7 0 年代，a b e i 就被用作发光标记试剂，其标记方法也比较简 单，已用于羧酸陋1 2 1 、胺【1 1 1 3 1 、核酸核玳i 1 4 1 、地高辛“4 1 、硫醇以及多羟基化合物的化 学发光标记【阍。另外关于鲁米诺的化学发光分析的应用还有测定对鲁米诺的化学发光反 应有抑制和猝灭作用的有机化合物和通过偶合反应问接测定对反应起作用的有机物活 无机物等。 ( 2 ) 过氧化草酸酯发光剂 过氧草酰类发光剂，是一系列芳基草酰类发光剂，具有较强的化学发光效率，它们 是一类比鲁米诺、光泽精、三苯甲烷类、多羟基化合物等发光剂更为有效的化学发光试 剂，其光量子效率达3 4 t 1 7 1 。目前，主要的草酰类试剂有双一( 2 ，4 ，6 一三氯苯基) 草酰酯，双一( 2 ，4 ，二硝基苯基) 草酰酯，双一( 2 ，6 一二氯4 一氟苯基) 草酰酯 等。这类草酰类发光剂已用于无机离子和有机化合物的分析。过氧化草酸酯用于过氧化 氧的定量或者一些荧光团的分析。它们包括多环芳烃、丹磺酞或荧光胺标记的分析物。 而易被氧化的非荧光发射物质如二氧化硫、二氧化氮、苯胺、有机硫化物，能猝灭过氧 化氢、革酸醋、荧光团之间的化学发光。除了具有荧光特性的多环芳烃以外，其它的一 些易被化学发光反应激化的荧光化合物，如尸胺、组胺、腐胺、精胺、亚精胺以及酪胺 1 8 1 、生物耐协2 0 1 、丹酰化化合物伫1 - 2 3 1 等，同样可以采用过氧化草酸酯一过氧化氢化学发 光分析法进行测定。一些不具有荧光特性的物质，可以通过荧光试剂衍生化，达到化学 发光测定的目的。 ( 3 ) 光泽精发光剂 光泽精是继鲁米诺之后又一最为有效的化学发光试剂之一，kg l e u 【7 】在1 9 3 5 年发 现光泽精在碱性介质中，有过氧化氢存在下，产生强的化学发光反应。在碱性条件下， 过氧化氢氧化光泽精生成四环过氧化物中间体，n 一甲基吖啶酮是该反应的发光体，辐 射出蓝绿色的光1 2 4 1 ，发光的最大波长是4 7 0 n m 。与鲁米诺一样，利用光泽精化学发光反 应可以直接检测过氧化氢及其超氧化合物。在碱性介质中，可与还原性物质作用发光。基 于此，朱智甲等采用j o n e 柱在线还原产生f e ( i i ) e 2 5 1 、m o ( 1 1 1 ) t 2 6 1 、v ( i i ) t 2 t 、w ( 1 l i ) t 2 s ， 研究了这些离子与光泽精的化学发光反应，并建立了相应的流动注射化学发光分析法， 第一章流动注射化学发光分析法及其在环境分析中的应用 分析效率高。基于一些金属可以催化光泽精化学发光反应，对p t ( i i ) 、啊( ) 、v ( i i ) 、 m o ( m ) 蝴l 定1 2 9 1 。利用胆固醇胆固醇氧化酶反应产生过氧化氢间接测定血清中胆固 醇【3 川。利用光氧化抗坏血酸产生过氧化氢，过氧化氢在碱性条件下与光泽精反应，以甲 苯胺蓝作增敏剂，间接测定药物制剂、果汁及血清中的抗坏血酸【3 l l 。6 0 年代以半个光 泽精分子独自合成了一组吖啶酯。它亦是一种很好的发光试剂，其量子产率高( l 哆的， 反应非常快，9 0 的发光在卜l o 秒内完成。例如k a c i a n 等f 3 2 】用9 ，1 0 一二甲基吖啶酸 盐测定硫酸盐、过二硫酸盐等。 ( 4 ) 亚胺类发光剂 亚胺类发光剂的代表物质是洛粉碱。洛粉碱是文献记载最早的主要发光试剂之一， 主要应用于金属离子的分析检测d 3 训。i n g l ejd 等利用洛粉碱的化学发光体系测定了 c r ( ) 【3 卯、c o ( i i ) 冈；最近，随着新的洛粉碱系列发光试剂的成功研制，洛粉碱 类发光试剂进入一个发展较快的阶段。近年来，n a k a s h i m a 等先后合成了三个系列的洛 粉碱衍生物，并通过流动注射技术研究洛粉碱及其衍生物的发光性能【3 7 。3 9 1 。发现在洛粉 碱衍生物咪唑环2 啦上的苯环2 、3 位或4 位碳上键合一o c h 3 ，洛粉碱衍生物发光减 弱：而在4 - 位上键合- c o o h 、一c o c l 、一c o n i - i n2 、c o n h n h c o ( c 1 - 1 2 ) 4 c h 3 时，洛 粉碱衍生物发光性能得到较大增强【3 9 l 。此外，洛粉碱过氧化物的研究也取得初步进展。 由于洛粉碱过氧化物的发光性能受苯环取代基影响大，通过在苯环上结合离子载体功能 团，基于离子载体与客体离子的络合作用，可控制洛粉碱过氧化物的发光性能。 ( 5 ) 钌( ) 联毗啶配合物 钌( i i ) 联吡啶配合物具有独特的化学稳定性、氧化还原性和发光性。在硫酸介质中， 它能与氧化剂产生化学发光，加入某些有机物可以增强其发光强度，且发光强度与有机 化合物浓度呈线性关系。基于此，可以测定这些有机化合物。近来，可用钌( ) 联吡啶 配合物为发光试剂测定的物质比较多，如测定硫脲【柏】、6 巯基嘌呤h ”、四环素 4 2 - 4 3 1 、戊 - - 醛1 4 4 、d n a 4 卯、可待因阳、肉桂酸 4 7 1 、葡萄糖酸h 8 l 、丙酮酸【4 9 】、核酬，0 1 等。 ( 6 ) 其它化学发光剂 邻菲哆啉( 1 ，1 0 - - p h e n a n t h r o l i n e ) 在碱性介质中，可以与过氧化氢等氧化剂反应 产生较强的化学发光信号。许多痕量金属离子c o ( i i ) ，f e ( i i ) ，p b ( i i ) ，c u ( i i ) ， a g ( 1 ) 等元素容易催化该发光反应 5 1 - 5 3 1 。目前，邻菲哕琳类发光试剂已用于这些元素 的测定。虽然选择性不高，但结合富集手段，可以取得满意的结果。 6 第一章流动注射化学发光分析法及其在环境分析中的应用 多羟基化合物如没食子酸、连苯三酚或槲皮素等在碱性介质中被过氧化氢、0 2 等氧 化时有发光现象。这类化合物在选定的条件下，各自的发光体系有较好的选择性，并且 在各自的体系中发出不同波长的荧光光谱和发光光谱。 三苯甲烷类发光试剂种类较多，根据苯环所含有的基团酸碱性可分为酸性和碱性两 大类。酸性试剂有羧酸酚醌类，氨羧酚醌类及酚醌吡喃类等；碱性试剂有碱性三苯甲烷 类，罗丹明b 类( 毗喃类) 等。目前已用罗丹明b s 4 ) 、茜素紫，苯并吡喃、苯基荧光酮 5 5 - 5 7 1 及其衍生物等应用于钴、铬、金等元素的化学发光测定。 高锰酸钾是化学发光反应中常用的强氧化剂，可与许多物质发生化学发光反应，依 此来测定吡哌酸侧、d l - 酪氨酸【5 卿、甲氧氯普胺【椰】等。 c o ( i v ) 被氧化剂如亚硫酸盐、高锰酸盐，重铬酸钾等氧化时可产生弱化学发光，因 此可利用此体系测定这些氧化剂或是对该体系具有增敏的物质如亚硫酸盐【6 1 1 、胆汁酸 吲，环已烷基磺酸钠嘟】、色氨酸等【6 岫。c e ( i v ) 可与水杨酸嘟城头孢氨苄嘟1 形成化学发 光体系，从而实现了它们的测定。 此外，还有另外几种，如吐温8 0 1 6 7 j 、钌( ) 邻菲咯啉删、焦性没食子酸 6 9 1 、槲皮素 ( q c t ) t t o j 等，这些发光试剂应用不多，有待于开发研究。 1 。2 流动注射分析法 1 2 1 流动注射分析法的定义 溶液化学分析的自动化是现代分析化学发展的一个重要方向，其在分析领域中的应 用日益广泛。2 0 世纪5 0 年代后期，美国的t e e h n i e o n 等公司在空气泡间隔式连续流动 分析的基础上大力发展了名为a u t o - a n a l y z e r 的溶液处理自动分析仪，第一次把分析试 样与试剂从传统的试管、烧杯容器中转人管道中。试样与试剂在连续流动中完成物理混 合与化学反应。但间隔式连续流动分析仍维持了传统操作最终都要达到物理与化学平衡 的观念。1 9 7 5 年由丹麦学者r u z i c k a 与h a n s e n 【7 1 】首次命名的流动注射分析( f l o w i n j e c t i o n a n a l y s i s ，f 队) 摆脱了上述观念上的局限，采用把一定体积的试样注人到无气泡间隔的流 动试剂( 载流) 中的办法，保证混合过程与反应时间的高度重现性，在非平衡状态下高效 率地完成了试样的在线处理与测定，从而触发了化学实验室中基本操作技术的一次根本 性的变革。它打破了几百年来分析化学反应必须在物理化学平衡条件下完成的传统，使 非平衡条件下的分析化学成为可能，从而开发出分析化学的一个全新领域。将液体样品 7 第一章流动注射化学发光分析法及其在环境分析中的应用 注入到流动的，非间断连续的载流( 由适当液体构成) 中，注入的样品在被传送到检测器 的过程中，在载流的纵向和横向上发生分散而形成一个个分散带，其形式随流速和流路 的形状而定，因此，相应的从记录仪上输出的响应曲线反映样品浓度变化；同时，样品 与试剂发生反应生成其量足以使检测器检出的化合物，即流动注射峰是两个同时发生的 动力学过程：带分散的物理过程和样品与试剂反应的化学过程。虽然流动注射中样品与载 流( 试剂) 的混合总是不会完全的，然而，对一个固定的实验装置来说，只要流速不变， 在一定的留存时间的分散状态都是高度重现的。所以，流动注射分析既不需要均匀混合， 也不需要达到化学平衡，这为实现连续自动化分析奠定了基础。流动注射分析法分析速 度快，存留时间通常为5 2 0 秒，分析试样速率至少不下于l o o 次每小时，其设备简单， 可按自己设计的流程组装。精度高，且可与各种仪器分析方法联用，实现自动化控制。 因此，在我国己作为一种快速分析技术获得广泛应用，遍布于工业、农业、医疗卫生、 环境监测等领域。 流动注射分析概括了多种非隔断连续流的分析技术。方肇伦 7 2 j 认为流动注射主要是 能够在非物理化学平衡重现试样处理，并把流动注射定义为：在热力学非平衡条件下在 液流中对试样或试剂重现处理和定量测定的一种非色谱流动分析技术。 流动注射分析的具体操作是：用恒流泵将溶液泵入系统，通过旋转阀将定量环中的 试液注入载流中，以“试样塞”的形式嵌入试剂流中，在细径管中使试剂与试样混合和 反应，试样塞形成浓度梯度，而后进入流通池，记录有关信息。 1 2 2 流动注射分析法的特点 流动注射的主要特点是：( 1 ) 测定速度快，一般每小时可测定1 5 0 _ - 2 0 0 个样品，为 了保证良好的测量精度，通常只用每小时3 0 6 0 个样品的速度测定。( 2 ) 重现性好， 精度优于1 。( 3 ) 操作简单。一般通过多通阀分别输入水样和各种所需试剂，通过程 序控制，很容易实现自动化( 4 ) 自动化程度高，包括自动进样，各种在线程控处理和 数据处理功能。( 5 ) 通用性强，可和多种分析仪器联用，应用领域宽广。( 6 ) 可进行很 少量的试样测定，一般流动注射分析只要进样l o o _ - 2 0 0ul 即可，有的甚至只需小于 3 0l jl 的试样溶液，这点对于血液分析十分重要，但是在环境监测中为解决样品代表性 问题，需加大进样量。( 7 ) 参与化学过程的试剂用量少，通常一次测定只需o 5 一1 o r a l 试剂，这样可节省试剂，并减少了对环境的二次污染。( 8 ) 可进行多种在线前处理，提 高测定精度。例如，加热、冷却、过滤、溶剂萃取、富集、解吸、紫外照射等处理都能 8 第一章流动注射化学发光分析法及其在环境分析中的应用 达到在线处理，减少了人工操作的不可重复性，从而提高了测量精度。( 9 ) 灵敏度高、 检测限低。通过选择适当的反应测量体系和高性能的蠕动泵，使测定的灵敏度、精度和 检测限都会有明显的改善。同时多种前处理程序的在线化，可使流动注射分析达到高性 能。( 1 0 ) 仪器结构简单，易于自行组装 7 3 - 7 4 1 。 按照自动化程度的高低，目前国外流动注射仪器可以分为四代：传统流动注射【7 5 1 、 顺序注射【7 q 、微珠注射7 7 l 和阀上实验室f 7 s l 。这些流动注射分析系统都已实现全系统微 机控制。流动注射分析系统正沿着微型化、简单化、智能化的方向发展。随着制造工艺 的进步，集成化程度的进一步提高，分析方法的丰富，仪器水平的提高，制作成本的降 低，流动注射分析技术必将进入众多的实验室和生产科研实践。 1 2 3 流动注射分析法的展望 在流动注射发展的初始阶段，这项技术被认为主要是一项使分析操作自动化及提高 分析速度的手段。后来的发展表明这一认识并不全面，因为许多研究工作显示了流动注 射分析更为独特的功能。提高分析效率固然重要，但也可以通过流动注射分析以外的其 它手段来实现。另一方面，某些分析功能的改善则很难由流动注射之外的技术办到。只 有通过研究工作集中开发这些具有某种不可替代性的功能才能长久保持流动注射分析 的生命力，不断扩大其在近代分析化学中应用领域【7 9 】。 流动注射分析技术的建立，突破了几百年来分析化学反应必须在物理化学平衡条件 下完成，使非平衡条件下的化学分析成为可能，从而开发出分析化学的一个全新领域。 尤其是将流动注射与化学发光技术联用，已成为一种新型有效的自动微量化分析技术， 在生物、医学、药学、环境检测和食品领域开拓了史广阔的应用前景。但该分析方法的 选择性问题仍是当前需要解决的关键问题之一。鉴于此，目前相应的研究工作主要是从 寻找性能优良的发光试剂、新的发光体系及合适的辅助试剂和提高反应发光的量子产率 入手另外，由于流动注射仪器的调整、维护和使用需要操作者具有较高的专业技能才 能保证检测结果具有较高的准确性，这在一定程度上制约了流动注射分析法的推广。要 使流动注射分析法得到更加广泛的应用，就需要在提高流动注射系统的稳定性、耐用性 和简易性方面努力。要实现这些目标，流动注射仪器的改进应该从以下几个方面着手： 改进输送液流的装置，补充比蠕动泵更易掌握、性能更稳定的液流驱动装置；研制更可 靠耐用的抗各种溶剂腐蚀的注入阀；研制更为有效的样品流动池；简化流路；实现仪器 专用化；实现全系统计算机操作。在分析技术不断发展的今天，流动注射化学发光分析 9 第一章流动注射化学发光分析法及其在环境分析中的应用 人根据酸性高锰酸钾直接氧化苯酚产生化学发光的现象，测定了工业废水中苯酚的含 量。谢成根等【8 5 】基于在甲醛存在条件下，高锰酸钾在酸性介质中氧化间苯二酚而发生化 学发光反应，建立了测定痕量的间苯二酚化学发光分析法。另外，据何云华等人报道i 蚓， 一些无机还原剂如f c 芦、s 。、i 。、c u + 等在甲醛存在的条件下与酸性高锰酸钾反应时会产 生化学发光现象，基于此，建立了测定这些物质的分析方法。郁翠华等w r l 利用在碱性介 质中，双氧水可氧化鲁米诺产生化学发光的现象，结合流动注射技术，建立了一种测定 双氧水漂白过程中双氧水分解率的新方法。吴菁京，林金明等【8 8 1 介绍的方法是基于m n 2 + 在碱性k 1 0 4 - - k 2 c 0 3 体系中被氧化直接产生化学发光，在一定范围内发光强度与m n 2 + 浓度成正比，结合流动注射分析方法测定痕量m n 2 + 。该法仅使用三种简单的无机试剂， 无需预处理即可实现对m n 2 + 的测定，方法的检出限为5 1 0 母m o f l ，已用于环境水样中 锰的测定。胡涌刚等嗍基于c u 2 + 与贮备一段时间后的铁氰化钾及鲁米诺在碱性条件下产 生化学发光的事实，利用i 3 f e ( c n ) 6 代替k c n ，建立了一种新的测定痕量铜的化学发 光方法。本法不仅灵敏度高，且不使用剧毒药品，不污染环境。利用该方法成功地实现 了对环境样品中痕量铜的定量分析。张娜嗍等基于流动注射化学发光分析和对l u m i n o l _ c u 2 + - c n 化学发光体系进行研究，建立了测定水中氰化物的分析方法。蒋海龙等【9 1 】 发现硅钼杂多酸可氧化鲁米诺产生化学发光，磷钼杂多酸也同样有类似的反应特性，但 两种杂多酸形成的速率有差异，于是采用停流技术，在磷、硅共存时不经分离，实现了 对水样中硅的选择性测定。q i n 等 9 2 j 将鲁米诺固定在阴离子交换柱上做成传感器测定了 水中的c 1 2 。在碱性条件下，过氧化氢氧化核黄素产生化学发光，由此建立了测定核黄 素的方法，检测限为7 5 x1 0 4 9 m l ，并被成功地应用于实际样品中核黄素量的测定嗍。 1 3 2 增敏型化学发光分析和抑制型化学发光分析 一些物质能够增敏一些特定的化学发光体系的发光信号，在原有的化学发光体系中 引入这些物质的时候中，体系的化学发光会有一定程度的增强。在一定的条件下，化学 发光信号的增强程度与引入物质的浓度呈一定的线性关系。当某些物质被化学发光体系 中时，会导致体系的化学发光强度发生减弱或猝灭现象。在一定条件下，发光强度的减 少程度与该物质的浓度呈一定的线性关系。如利用白蛋白对金属卟琳一鲁米诺一过氧化 氢体系的增强作用来测定血清中的白蛋白州l 。庞志功等 9 5 1 基于r 对l u m i n o l - h 2 0 厂 a u c l 4 体系化学发光的抑制作用测定了药物和兔血浆中含碘药物盐酸胺碘酮。利用 c r ( ) 在h c i 和h 2 0 2 的溶液中及加热条件下还原成具催化活性的c r ( i i i ) ，然后催化碱性 1 1 第一章流动注射化学发光分析法及其在环境分析中的应用 技术与其它检坝4 技术的联用，将是今后主要的发展趋势。这无疑要求我们将研究思维从 传统的无机、有机、分析化学拓展到生物化学、分子生物学、神经科学乃至机械装置动 力学和计算机科学，并将其结合起来。 1 3 流动注射化学发光分析法 化学发光分析法具有高灵敏度和宽的线性范围、仪器简单等优点，但由于化学发 光现象一般比较短暂且随时间变化较大，在使用间歇式手工操作时较难取得良好的精 度，而流动注射系统却极适用于这类反应。流动注射化学发光分析法在保持一般化学发 光法优点的同时也具备流动注射分析的一般优点，二者完美结合在一起。不仅灵敏度高， 线性范围宽，而且快速、重现性好、自动化程度高，在环境分析、药物分析、生物样品 分析等领域得到了迅速的发展。自七十年代中期r u z i c k a 和h a n s o n p l , s o l 奠定了流动注射 分析的理论与实验基础之后，这一自动分析的新方法发展十分迅速。流动注射技术与化 学发光的结合开创了化学发光分析法的新纪元。s t i e g ，n i e m a n i s l 】和t o w n s h e n d 8 2 等人设 计了一专用的流动池和光度计，阐述了流动注射化学发光分析的基本原理和设计思想， 其基本架构( 如图l - 2 所示) 迄今仍在广泛地使用。 p u m p 图卜2 流动注射化学发光分析仪器的结构简图 1 。3 1 直接化学发光分析 铵态氮与n b s ( n 一溴代丁二酰亚胺) 和荧光素在碱性条件下会发生化学发光反应， 基于此，杨季冬等人【8 3 1 建立了测定环境水样中铵氮的直接化学发光分析法。丁萌祥等 8 4 1 第一章流动注射化学发光分析法及其在环境分析中的应用 鲁米诺的化学发光反应，可用于废水中的总铬及c r ( 1 l i ) 、c r ( v i ) 呦u t 蚓。s a k a i 9 7 1 等发现 三价砷、砷酸对于鲁米诺h 2 0 2 化学发光反应体系本身有影响，由此可测定水中的a s ( m ) 和a s ( v ) 。陈华等唧荆用碱性条件下扑热息痛对鲁米诺铁氰化钾体系发光反应的强烈 抑制作用，建立了流动注射化学发光测定痕量扑热息痛的新方法。杨季冬例基于吩噻嗪 类药物盐酸异丙嗪和盐酸氯丙嗪对k 3 f e ( c n ) f 鲁米诺体系的发光有强烈的增强作用， 测定了两个吩噻嗪类药物片剂。鲁米诺一k c n - c u ( i i ) 和邻菲哕啉h 2 0 2 o ( ) 一 c i i ) 体系测定铜【1 0 0 - 1 0 1 1 ，鲁米诺h 2 0 厂c o ( ) 体系测定c o ( 1 1 ) t 1 嘲及基于m n ( i