（环境科学专业论文）化学发光法测定痕量环境污染物的研究.pdf

标准偏差( n = 1 1 ，c = 1 0 2 嵋( p ) l d ) 为1 6 。该方法操作简单，可用于环境水样中磷含量的测 定。 关键词：化学发光分析；碳含量；铵氮；磷 a b s t r a c t d h m 订u m i n e s c e n c ea n a l y s i si sa 1 1e 仃b c t i v e 订a c ea n a l y t i c a l t e c l l n 0 1 0 9 yb a s e do nt h er e l a t i o nb e t w e e nt | l e c o n c e n 廿a t i o na n d 曲ec h e m i l n i n e s c e n c ei n t e n s i 母o ft h el i g h te m i t t e df 吣ma ne l e c 廿d n i c a l l ye x c i t e ds 诅t e s p e c i e st l l a ta r cp r o d u c e dd u t i n gt h ec o u r s eo fs o m es p e c 瑚c h e m i c “r c a c 廿o n s t h eu s eo f c h e m i l u m i n e s c e n c e i na 王1 a l y s i sf o re n v i r o n m e n t a lp 0 1 1 u t a n t sa tt n l c ei e v e l sh a sr e c e i v e dc o n s i d e r a b l ea t t e l n i o nm a i l l l yb e c a i l s eo f t 1 1 eh i 曲s e n s i 石v i t y ，w i d ed y n 枷i cr a n g e ，r e p r o d u c i b l em e a l l so f d e t e c 石o n ，c o n v e n j e mo p e 圳o i l ，s 衄p l i c i t yo f t h ei n s 仃u m e n t a t i o na 1 1 ds oo n ，w h i c hh a sb e w i d e l ya p p l i e di na r e 鹊o fl i f e ，e n v i r o n m e m a l 锄a l y s i s ， m e d i c i n e ，f o o da 1 1 a l y s j s ，e t c t nt h i st h e s i s ，t h er e s e a r c hr 印o r t sa r em a i n l yf o c u s e do ni t s 印p l i c a t i o n so f m o m i t o r i n g 订a c ep 0 1 1 u t a m sc o u p l e dw j 廿lc li ne n v i m 砌e n t a la n a l y s i s t h em a i nc o n t e n t si n c l u d e 咖p a n s a sf b 儿o w s ： 1 1 1 1 eb a s i cp r i n c i p l eo fc l ，m e 协l i l i a rc ls y s t e ma n dh sa p p l i c a t i o n si n6 e l d so fe n v i r o n m e n t a l m o i l i t o r i i 培a r er e v i e w e d 2 i nt 1 1 i sp 印e lw em a i n l ys m d e dt h ea n a l ”i sm 锄o d so fd i 彘r e n tc ls y s t e m sc o u p l e dw i t hf l o w 叫e c t i o na i l df l u o r e s c e n c ef 斫t 1 1 ed e t e 皿i n a t i o no f 订a c ee n v i r o 珊e n t a lp 0 1 1 u s b e s i d e s ，t l l em e c h a n i 锄o f t h ec lr e a c t i o nw a sa l s op r 叩o s e d ( 1 )h i 曲1 y s e n s n i v ed e t e r i l l i n 撕o no fc 盯b o nc o n t 肌t i i l e n v i r 0 1 1 i n e i l t a l s 锄p l e s w 劬 h 2 0 2 l u m i n o l u m i n e _ _ k 2 c 0 3c h e m i l u m i n e s c e n tr e a c 廿o n a tal o wc o n c e n t r 锄i o nl e v e l ，c a r b o n a t ep l a y sac m c 瑚r o l ei nt l l ec h e m 订u m i n e s c e n c er c a c t i o nf o rt h e o x i d a t i o no fl u m i i l o lw i t hh y d r o g e np e r o x i d ei nab a s i cm e d i 啪柚dt h ep r e s e n c eo fu r a i l i n ed r 锄a t i c a l l y e n h a l l c e s 恤r e a c t i o ni n1 i 曲te m i s s i o n b a s e do nm j sf k ta n dc o u p l e dw 讪t 1 1 et e c h n i q u eo f 丑o w - 叫e c t i o n a n a l y s i s ，an o v e l 柚dh i g l l l ys e i l s i t i v em e t h o df o rd e t e n i n a t i o no fc 曲o n 如c t i o n sw a sd e v e l o p e d 1 1 1 e m e m o dp r o v i d e dm cd e t e c t i o na w i d c l i n e a r r a n g 劬m 1 o lo 1 0 5 ，0 1 0 。6 m o l 几c 0 3 之a 1 1 da l o wd e i e c 廿0 n l i m i t ( s 肘= 3 ) 1 2 l o 。“m o i lc 0 3 。2 ( t h a lw a s5 3 1 0 。7m 玑c 0 2 ) t h er e l “v es t 锄d a r dd 刊a t i o n s 限s d ) f o rc 0 2i na i rw a si nt i l er 柚g e1 8 2 】( n = 5 ) r e c o v e r i e s9 7 6 1 0 1 f o rc 0 2 ，9 7 4 1 0 6 4 f o rt i c i nw a t e l9 6 0 9 8 5 f o rt o ci nw a t e l9 0 0 1 1 6 f o rt o ci ns o 订w e r eo b t a i n e d t h er e l a t i v es t 柚d a r d d e v i a i i o n s 皿s d ) f o rt i co rt o ci nw a t e ra f l d f o rt o ci n s o i lw e r et h er a n g e2 6 6 6 ，6 8 7 7 r e s p e c t i v e l y ( n = 5 ) c o m p a r e dw i t | l t 1 1 em e t h o db a s e do nu s i n gt e l a n a rd o h r m aa p o l l o9 0 0 0t o c ，t h e m e a s u r e m e n tr e s u l t sw a st h es a m e t h em e c h a n i s mo f t h ec lr e a c t i o nw a sa l s op r o p o s e d 1 i i ( 2 ) d e t c n n i n a t i o no f a m m o n i u mb yf 1 0 wi n j e c t i o na n a l ”i si nn a t l l m lw a t e r sw i m c h e m i l l l i l l i n e s c e n c e d 乱e c t i o n an o v e lc h e m i l u m i n e s c e n c e ( c l ) s y s t e mf o rd e t e 丌i l j n a t i o no f 籼o n i 啪c o m b i n e dw i t hn o w i n j e c t i o n a n 硝y s i sw a sp r e s e n t e db a s e do nt h ec lr e a c t i o no f 锄m o n i u ma n ds o d i u mh y p o c h l o r i t es o l u t i o ni 1 1u r 锄i n e 。 a l k a l j n em e d i u m mt l l i sp 印e rt h ec li n t e n s i t yw a s1 j n e a rw i t l lt l l ec o n c e n n 钺i o no f 锄m o l l i u mo v e rt h er a l l g e 0 1 1 0 0 峙，m l _ t h ed e t e c t i o nl i m i tw 船o 0 1 嵋，m l ，a i l dt 1 1 er e l a t j v es t a i l d a r dd e v i a t i o n ( r s d ) f b r1 0 灿l 枷m o n i u m ( n _ 1 1 ) w a s2 7 t h em e m o dh a sb e e na p p l i e dt ot l l ed e t e 皿i 枷o no f 锄m o n i 岫i 1 1 n 咖r a lw a t e r s 、v i ms a t i s f a c t o r yr e s u n s 耽ep o s s i b l ec lm e c h 锄i 锄w a sa l s od i s c u s s e d 晰e n y ( 3 )r a p i da n a l y s i s o ft h c e p h o s p h a t eb yp y r o g a l l o l - n a 2 s 0 3 一s o d i u mm o l y o d a t e 。u 砌i n e c h e m i l u m i n e s c c e an o v e la 1 1 dr 印i dn 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 ( c l ) m e t l l o df b rd e t e m l i n a t i o no fp h o s p h a t ew a s p r e s e n t e d b a s e do nc l r e a c 廿0 no f t h es t r o n g e rc h e m i l u m i n c s c c n c eo f p h o s p h a t ei np y r o g a l l 0 1 - n a 2 s 0 3 啊髓i n e m e d i 岫，c o u p l e dw 曲m i c r o w a v e _ h e 撕n gd i g e s t i o nu n d e rp r e s s u r ei nac l o s 酣v e s s e li l lt l l i sp 印e rt h ec l n t e n s 酊w 髂l i n e a rw i mt l l ec o n c e n 扛眦i o no fp h o s p h a t eo v e rm e 瑚g eo f1 0t o1 ，0 x 1 0 4u g 口) l i t h e d e t c c t i o nl i m i tw a s5 o g 口) l ，a i l dt l l er e la t j v es 诅n d a r dd c v i a t i o n s d ) f o r1 0 2 g ( p ) l 。1 ( n = 1 1 ) w a s 1 6 t h em e t h o dh a sb e e n 印p l i e dt ot h ed e t e m l i n 撕o n0 fp h o s p h a c ei 1 1e i l v i r o 砌e n t a lw a t e rs a m p l e sw i 廿1 s a 在s f 配t o r yr e s u l 协t h em a i na n a l y t i c a lv i 咖e s0 f t h i s 印p r o a c ha r es i m p l ef o ro p e r a t i o n - k e y w o r d s ：c h e m i l u m i n e s c e n c ea n a l y s i s ，c a r b o nc o n t e n t ，a m m o n i u m ，p h o s p h a t e 第一章化学发光分析法的基本原理和研究进展 第一章化学发光分析法的基本原理和研究进展 1 。1 化学发光分析法的基本原理 化学发光( c h e i n i l 岫i n e s c e l l c e ，简称c l ) 系分子发光光谱之一。分子发光分为荧光、 磷光和化学发光三种，其中荧光和磷光属于光致发光，即基态分子吸收光辐射能量跃迁至 激发态，处在单重激发态最低振动能级的分子返回基态时，产生分子荧光；处在三重激发 态最低振动能级的分子返回基态时，产生磷光；基态分子吸收化学反应的能量而跃迁至激 发态，处在激发态的分子以光辐射的形式返回基态则称为化学发光。 化学发光是指在一些特殊的化学反应中，吸收了反应所释放的化学能而处于电子激发 态的反应中间体或反应产物由激发态回到基态时所产生的一种光辐射。化学反应产生光辐 射不需要外来激发光源。化学发光分析法的定量基础就是化学发光的光强度与决定于化学 发光反应的反应速度，而反应速度又决定于反应分子的浓度，这样通过测定化学发光的光 强，间接求出待测物浓度。该方法具有高灵敏度和宽的线性范围、仪器设备简单、操作方 便、分析速度快、易于自动化等特点。不仅可以作为一种独立的分析方法，而且还能与流 动注射技术1 1 以及气相色谱圆、液相色谱【3 1 、离子交换色谱1 4 、超临界流体色谱【5 】、薄层色 谱嘲、高效毛细管电泳 7 1 等分离技术联用，为了获取待测物质的多种信息，还可以将化学 发光检测器与多种分析仪器联用，如紫外罔、荧光阴、电化学1 川等检测器联用，使之成为 高效的痕量分析技术。 化学发光分析测定的物质可以分为三类：第一类物质是化学发光反应中的反应物；第 二类物质是化学发光反应中的催化剂、增敏剂或抑止剂；第三类物质是偶合反应中的反应 物、催化剂、增敏剂等。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， 进一步扩大了化学发光分析的应用范围。倘若激活态产物本身不发光或发光十分弱以至检 测不出，但加入某种发光能量接受体后可导致发光，则称为敏化化学发光( s e n s i t i z e dc l ) 或活化化学发光( a c t i v a t e dc l ) ；如果化学发光反应是在气相中进行，就称为气相化学发 光；在液相或固相进行，称为液相或固相化学发光；在两个不同相进行的( 如气体通过固 体表面或液一固介面上进行的发光反应) 就称为异相化学发光。 1 2 化学发光分析法的发展史 人类对发光现象的认识可以追溯到古代，对发光现象的认识可以追溯到古代，较明显 而又简单的例子要数萤火虫和一些海洋生物的发光。直到1 9 世纪后半叶，法国生理学家 d u t h 0 i s 【1 1 1 才首次解释了发光的化学机制，把它归于一种相对简单的有机反应。他认为发光 第一章化学发光分析法的基本原理和研究进展 现象是一种相对简单的有机反应，这种有机化学反应所产生的发光现象称为化学发光 ( c h e 窳1 u 1 1 1 i n e s c e n c e ) 【1 2 】。而生物体内有机反应所产生的发光现象以及有酶参与的化学反 应产生光的现象称为生物发光( b i 0 1 眦i n e s c e n c e ) 删。 从1 8 7 7 年r a d z i s z e w s k i 【1 4 】证实了在乙醇一氢氧化钾溶液中氧气和洛粉( 1 0 p l i n c ) 反应 时能够发光之后，人们又陆续发现了联苯三酚( p y r o g a l l 0 1 ) 和格林纳( g r i n a r d ) 等发光试 剂。1 9 2 8 年，a l b r e c h t 1 5 】还发现了鲁米诺( 1 砌i n 0 1 ) 这一具有发光率高、结构简单、易合 成、水溶性好的发光试剂，成为化学发光史上的一个里程碑。同一时期的还有，1 9 3 5 年k g l e u 等人 1 6 】研究发现的二甲基连吖啶盐即光泽精( l u c i g e n i n ) 同样具有较高的发光效率。后来， 随着高灵敏度的感光材料和光电检测器的不断发展，许多弱的发光试剂也被逐一发现i l ”。 六十年代前，化学发光的研究还是小规模的。六十年代以后，随着现代电子技术和高 灵敏度的光电传感器的发展以及这个时期生命科学、环境科学和材料科学的兴起，人们对 化学发光领域的研究取得了飞速发展。九十年代以来，化学发光分析法的发展主要有以下 三个特点：一是化学发光新体系研究日趋活跃；二是化学发光与其他分析技术联用多样化； 三是化学发光分析应用范围更加广泛。 近年来，研究化学发光分析法的文献【1 8 彩1 数量迅速增多。譬如，就化学发光方面的文 献，国内重要期刊的中文文献量与e l s e v i e rs c i e n c e 期刊中检索到的外文文献量呈同步增长 态势，反映了化学发光分析法具有十分诱人的发展前景，具体列表1 - 1 如下所示： 表1 1 国内外化学发光分析文献 1 3 常见化学发光体系 1 3 1 鲁米诺类 鲁米诺具有量子产率高( 最大为5 ) 、易合成、水溶性好等优点，已成为应用最广泛 的化学发光反应试剂之一。章竹君等口q 综述了1 9 8 7 以前化学发光反应的有关鲁米诺应用， 申金山等则对鲁米诺一碘化学发光体系的分析应用作了详细的介绍。 2 第一章化学发光分析法的基本原理和研究进展 0 n 1 2 o 0 21 0 2 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + 0 h o n i z 0 鲁米诺在碱性介质中能被许多氧化剂f 过氧化氢、氧气、次氯酸盐、碘、高碘酸钾、过 硫酸钾等) 氧化而处于激发态，发射蓝色的光同时回到基态，鲁米诺本身被氧化成3 - 氨基酞 ( 羧) 酸盐( 3 一a p a ) ，在水溶液中的最大吸收波长为4 2 5m 。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 ( i ) 、f e ( i i ) 、c “i ) 和f e ( i i ) 等。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。 应用鲁米诺化学发光体系进行物质的定量分析主要有四种情况：一、利用金属离子对 鲁米诺一过氧化氢化学发光体系的催化作用，金属离子含量与发光强度成正比，可以对含 金属离子的化合物进行定量分析；二、利用有机化合物对鲁米诺化学发光反应的抑制作用， 测定对化学发光反应有猝灭作用的有机化合物：三、通过偶合反应间接测定无机或有机化 合物；四、将鲁米诺的衍生物如异鲁米诺( a b e i ) 标记到羧酸和氨类化合物上，经高效液相 色谱( h p l c ) 或液相色谱( l c ) 等方法分离后，再在碱性条件下与过氧化氢一铁氰化钾反应进 行化学发光检测。 1 3 1 1 在无机物分析中的应用 利用金属离子对鲁米诺化学发光体系的增强或抑制作用，可实现对无机金属离子的测 定，其次是利用被测无机组分的氧化作用、化学发光的抑制作用或偶合反应测定无机物。 利用金属离子可催化或抑制鲁米诺化学发光体系，测定水中的铁【2 8 。3 1 l 、银【3 2 l 、铜【3 3 】、铬【3 4 - 3 5 1 、 金 3 6 1 、o s 【3 7 1 等。在亚铁氰化钾的存在下，可利用鲁米诺体系测定环境水样中的c r ( ) 3 8 】、 监测工业废水中微量的铜【3 9 】、水样中的痕量钒h 们。 章竹君等【4 1 】提出的无机偶合化学发光技术把氧化反应或催化反应与鲁米诺的化学发 光偶合，不仅扩大了鲁米诺化学发光体系的分析范围，也提高了许多无机离子的分析灵敏 度。将钼酸盐催化硫代硫酸钠与过氧化氢的反应同鲁米诺与过氧化氢的发光反应偶合，测 定了环境废水中的钼【4 2 】。李卫华等【4 3 】利用p b ( i i ) 能置换出f e ( i i ) 一e d t a 络合物中的f e ( i i ) 和f e ( 1 1 1 一鲁米诺一溶解氧发光反应相偶合测定了水中的p b ( i i ) 。鲁米诺一h 2 0 2 体系与一 3 第一章化学发光分析法的基本原理和研究进展 些反应相偶合，可实现对某些可标记组分的测定，但鲁米诺发光体系需在碱性条件下进行， 而报道的偶合反应均在酸性介质中进行，且测定条件较为复杂，难以控制。实验发现在碱性 条件下锑( ) 可以与铬( i i i ) 发生快速反应，产生的c r 0 2 催化鲁米诺一h 2 0 2 产生化学发光。 o i n 等h 4 】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 。m i k u s k a 等【4 5 】 根据酸性介质中硝酸盐与过氧化氢反应生成过亚硝酸盐，再在碱性介质中与鲁米诺产生化 学发光反应，从而测定了超低浓度的亚硝酸盐。i k e b u k u r 0 等【4 6 利用硫化物氧化酶氧化氰化 物与硫代硫酸盐反应产生硫化物，又在硫化物氧化酶的存在下产生硫酸盐和过氧化氢，产 生的过氧化氢与鲁米诺和过氧化酶反应产生化学发光，从而间接测定氰化物。此外，还有 利用鲁米诺体系直接测定h 2 0 2 【4 7 4 8 、间接检测水中的亚硝酸盐等。李绍卿等【4 9 1 利用钛铁试 剂与c o “i ) 形成的配合物对鲁米诺一h 2 0 2 体系增强作用建立了钴的化学发光分析新方法。 化学发光检测在微流控芯片中的应用，也是目前化学发光分析法的热点之一。如用微 芯片实现流动注射化学发光测定水样中的铬( i i i ) ，用鲁米诺一h 2 0 2 催化化学发光体系对水样 中铬( ) 分析具突出优越性，检测限达到o 1 岫o l l 。铅的毒性比铬高得多。唐守渊等【5 0 】 利用自制的流动注射发光仪，采用铅催化氧化鲁米诺检测汽油样品和尿中的铅。 鲁米诺化学发光体系在大气环境监测中还成功地测定了空气中c o 、s 0 2 、0 3 和h 2 s 等有毒气体浓度。空气中的自由基是参与二次污染物光化学烟雾的重要角色，利用鲁米诺 体系可测定空气中的自由基刚等。用鲁米诺体系测定0 3 ，检出限可达o 0 0 8m g l 5 2 1 。章竹 君等1 5 3 悃n a o h 溶液吸收s 0 2 ，通过h c l 中和释放，样品溶液通过一含有鲁米诺的阳离子交 换柱后注入螺旋型流动池中反应，测量化学发光强度。m i k u s k a l 5 4 j 在鲁米诺体系通过加入 络合滴定试剂和表面活性剂抑制了共存污染物0 3 、p a n 的干扰，从而利用化学发光方法检 测了大气中污染物n 0 2 ，线性范围为3 6 6 5p p b 。而s p i c e r 等【5 6 j 采用两种不同的发光方法检 测了空气中的n 0 2 。方法一是把n 0 2 还原为n 0 后再与0 3 反应产生化学发光，方法二是利 用鲁米诺溶液直接与n 0 2 反应产生化学发光。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 0 产生负干扰。 与固定化技术联用是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 【55 】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 0 2 。采用不同的固定化试剂可以检验空气的其他气体如s 0 2 、0 2 。但其缺点是 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。 1 3 1 2 在有机物分析中的应用 有机化合物可通过多种途径进行化学发光测定，被测组分可作为反应物、催化剂、能 第一章化学发光分析法的基本原理和研究进展 量接受体、猝灭剂和通过酶促转化反应的产物等形式参与化学发光反应。如：用固定化酶 反应器将被测组分转换成h 2 0 2 然后进行鲁米诺化学法发光检测可以测定有机磷化合物及 氨基甲酸酯农药5 7 1 。柳仁民等利用k 2 s 2 0 8 氧化有机物成c 0 2 ，然后与h 2 0 2 协同氧化鲁 米诺产生化学发光，从而测定了总有机碳。王伦【5 9 】乖j 用苯酚对鲁米诺h 2 0 2 体系的猝灭作 用而测定废水中的痕量苯酚。 肼( n 2 地) 可以作为发动机燃料，因其有剧毒，是公认的致癌物质。c o l l i i ：i s 等【6 0 】建立了空 气中肼的快速化学发光测定法，其原理是基于胶体铂催化氧化肼形成一中问体氧化剂之后 氧化碱性鲁米诺产生化学发光信号测定肼。用六氰基高铁酸盐在碱性鲁米诺溶液中氧化 n 2 产生化学发光可用来测定空气中n 2 h 4 【6 1 ，锄，与f i 进样方法联用显著地提高了分析效 率。n 2 地在鲁米诺溶液中亦可被k m n 0 4 氧化产生化学发光，何治柯等m j 采用该反应体系 在常温下测定了工作室中的n 2 1 4 气体，检出限为2 0n g m l 。吴远远州则以h 2 s 0 4 为吸收液 收集n 2 地，然后用n a 0 h 中和到p h 5 ，用水稀释后将样品溶液注入到碱性的k 1 0 4 液流中， 并与碱性的鲁米诺液流在反应池混进行发光检测，检出限4n g m l ，采样频率达8 0 h 。 另外，o k a b a y a s h i 【6 5 】发现含有d y 2 0 3 的y a 1 2 0 3 对沉香醇、柠檬醛、1 ，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，测定了浓度在0 1 1 m g 几之间空气中上述这些组分的含量。该 作者i 蛔又用经d y 3 + 活化的y 一舢2 0 3 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，检出限达0 2 峙m l 。 迄今为止报道的鲁米诺电化学发光均在碱性体系( p h = 1 0 1 3 ) 中完成，使得生命物质 的活体( p h = 4 8 ) 测试不能完成。通过对中性体系中鲁米诺的电化学行为进行了研究，经 p t 电极的预处理，以b r _ 为增强剂，在硼酸中性缓冲溶液中，o 7 5v ( v s a g ) 的矩形脉冲激励 下，也得到了鲁米诺良好的电化学发光信号，检出限可达8 om o l 几，检测范围2 0 l o 一3 6 1 0 一m o l l 。 在土壤污染物中的分析应用目前还不多，所见的有申金山等1 67 j 的铊一铬( ) 一k i 一鲁 米诺化学发光体系测定土壤中的铊，高向阳等【6 8 用皿硫酸将试液中的铬( ) 还原为铬( i i i ) 与鲁米诺一h 2 0 2 体系相偶合测定土壤中的铬。 1 3 2 光泽精类 光泽精( n ，n 一二甲基一9 ，9 一联吖啶二硝酸盐) ，以硝酸盐形式存在的灰白色结晶粉末，易 第一章化学发光分析法的基本原理和研究进展 溶于水、乙醇、稀硝酸溶液等，是使用较早的一种优良发光试剂。一般认为，其发光机理 是在碱性介质中，光泽精可以被过氧化氢氧化为四元环过氧化合物中间体，而后裂解生成 激活态的吖啶酮而发蓝绿色光并回到基态。发射出4 2 0 5 0 0 蛐的光，中心波长在4 4 0n n l ， 量子产率在o 0 1 o 0 2 范围内。在碱性介质中，可与还原性物质作用发光。基于此，光泽 精可用于测定胍基化合物。庄惠生等研究出另外三种光泽精衍生物，发现其中d m d s b a 的 化学发光强度是光泽精的2 2 倍，为设计合成新的发光试剂提供了一定理论和实验依据。 光泽精的发光反应要求的p h 较为严格，一般在o 1 1 om o l l 的强碱溶液中进行，需单 独加入。反应时间较长，发光信号几分钟才能到达峰值。光泽精化学发光反应可以被一些 金属离子催化，从而可以对这些金属离子进行检测，如朱智甲等【6 9 。7 1 1 利用v ( ) 、m o ( i i i ) 一 光泽精体系的化学发光反应检测了水样中的v ( i d 、m o ( i i i ) 。m o n t a i l o 和i i l g l e 【7 2 7 习用该体系 测定果树叶、自来水中的钴( ) 。光泽精化学发光反应还可以直接测定过氧化物和超氧化 物一4 ；和还原剂发生作用，用于检测临床上测定血清中的抗坏血酸、尿酸、葡萄糖、谷 光甘肽1 7 6 l 等。 1 3 3 过氧化草酸酯 最常用的草酸酯类是双( 2 ，4 ，6 一三氯苯) 草酸酯( t c p 0 ) 和双- ( 2 ，4 一二氯苯基) 草酸 酯( d n p c ) 。过氧草酸酯的化学发光量子效率可达2 7 ，并且允许的p h ( 4 1 0 ) 范围较大。 t c p 0 可在p h 5 9 的范围内使用，p h 7 5 时，发光强度最大；d n p 0 可在p h 3 5 的条件下 使用。利用它们可定量测定过氧化氢和用于一些荧光团的分析，其中包括多环芳烃、丹磺 酰或荧光胺标记的分析物。一些易被氧化的非荧光物质( 二氧化硫、苯胺、有机硫化物等) 能猝灭化学体系的发光，通过测定发光强度的减弱可定量分析上述物质。 过氧草酸酯化学发光反应是用合适的荧光化合物作增敏剂，过氧化氢诱导氧化芳香基 草酸酯而发光的过程，是最有效的非生物化学发光反应，涉及过氧化氢与芳基草酸酯 ( a r v l o x a la _ t ee s t e r s ) 之间的反应。发光的情况与增敏剂特性有关而与化学发光试剂种类、 性质无关，具有发光效率高、强度大、寿命长的优点。从反应机理上来看，反应必须有草 酸酯和荧光物质存在，可对草酸酯衍生物以及荧光物质进行最佳选择。草酸酯衍生物可以 通过改变一些自身结构来改变其最大量子效率，而荧光物质也可以改变其荧光特性，或者 是根据试验要求进行调整反应环境( 水性介质或非水介质、缓冲液的组成、p h 值、发光波 长、共轭合成等) ，来改善体系的发光强度。 p o c l f i 联用常用于过氧化氢及能够产生过氧化氢的物质和些荧光团的分析【7 “。利 6 第一章化学发光分析法的基本原理和研究进展 用t c p 0 及芘进行化学发光反应，可间接测定抗坏血酸7 8 1 。某些荧光化合物如致幻剂哈马 灵、哈尔碱、哈酶醇、骆驼蓬碱聊由于易被化学发光反应激发，因而，可以直接用f i c l 法检测。另外，n a k a s h i m a 【8 0 】合成出在乙腈溶液中溶解度较好的芳香草酸酯并用于丙二醛 的测定。过氧草酸酯化学发光体系也可以用来检测过氧化物形成酶如：氨基酸酶1 8 ”、胆碱 氧化酶、胆固醇氧化酶【8 2 1 。过氧草酸盐类化学发光分析的应用推广有赖于新的荧光衍生试 剂的开发。 1 3 4 生物化学发光 生物化学发光的灵敏度和选择性一般高于化学发光反应，被广泛应用于特异性的临床 测试和诊断分析领域。生物化学发光反应的量子产率可高达8 0 1 0 0 ，其灵敏度和选择 性均高于其它发光反应。其中应用最多的是萤火虫和细菌的生物化学发光反应。把生物发 光检测技术与f i 结合，已用于检测a t p 【8 3 】、葡萄糖氧化酶( g o d ) 、过氧化氢及对微生 物细胞进行计数 8 5 】。加t h i l r 等8 印从微生物荧光素酶f m n 及四癸醛中提取出一种新的发光试 剂，不仅价格便宜，灵敏度高，且稳定性好，可用它检测一系列细胞代谢物如乳酸酯等。 1 3 5 其他类型的化学发光体系 李善茂等利用a 一酮酸和4 ，5 一二胺基邻苯二酰肼合成了三种发光试剂：e d i q 、h d i q 、 c e d i q ，并对其化学发光性能进行了研究，发现新发光试剂e d i q 、h d i q 、c e d i q 发光强 度分别为鲁米诺的0 8 3 、3 5 l 、1 9 2 倍。l i 等【8 8 j 合成了新发光试剂d t m c ，可用于测定h 2 0 2 ， 灵敏度高，检出限为4 o 1 0 4 m o ll _ l 。 c e ( i v ) 可被氧化剂如亚硫酸盐、高锰酸盐、重铬酸钾等氧化产生弱化学发光，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【8 9 】、胆汁酸刚、环己 烷基磺酸钠、色氨酸蜊等。 z h u a l l g 刚利用酚类化合物对氯苯氟硼酸重氮盐h 2 0 2 的化学发光反应具有猝灭能力检 测污水中的苯酚、邻硝基酚、对甲酚和2 ，4 一二甲酚。 目前，罗丹明类化学发光体系也多用于化学分析研究中。其发光机理是基于罗丹明类 为活性较高的荧光物质，当被氧化剂时，罗丹明类物质可以快速吸收反应所释放的能量而 跃饫嗷锝峁怪腥醯模甇- o 一键和四元环张 第一章化学发光分析法的基本原理和研究进展 又在硫化物氧化酶的存在下产生硫酸盐和过氧化氢，产生的过氧化氢与鲁米诺和过氧化物 酶反应产生化学发光，从而间接测定氰化物。l u 等1 0 3 1 则是将鲁米诺和c u 2 + 做成c n 。的传感 器，根据c u ( o h ) 2 与c n 反应产生0 2 间接测定c n 。 1 4 3 毛细管电泳一化学发光联用监测法 毛细管电泳技术c e 作为一种新型的分离技术成为分离复杂样品的有力手段。分离效 率高、分析时间短、进样量小及试剂损耗小等优点使毛细管电泳成为理想的生物微环境分 析技术。但其主要缺点是选择性差，限制了它在实际分析中的应用。化学发光分析法不用 外加光源，因而背景低，可获得很高的灵敏度。将毛细管电泳的高选择性与化学发光分析 法的高灵敏度相结合( c e c l ) 可直接应用于复杂样品中微量组分的分离和测定。 1 4 4 有机化合物的化学发光分析 有机化合物种类繁多，相对于无机物的流动注射化学发光分析而言，有机物分析难度 要大。高效液相色谱有高效分离特性，将其与高灵敏度、线性范围宽的化学发光分析法相 结合就成了一种有效的痕量和超痕量分析技术，非常适用于环境等方面复杂、低含量组分 的分析。多环芳烃( p a h s ) 和氨基多环芳烃( a p a h s ) 是一类重要的环境污染物。g a c h a n j a 掣1 叫提出在h p l c 柱分离之后采用荧光( f l ) 和化学发光( c l ) 检测器同时检测生物物质 排放的p a h s 系统，在f l 检测后，化学发光试剂与流出物混合。p o u l s e n 等【”5 】提出醌的光催 化化学发光检测法( p c c l ) ，在氧存在下，蒽醌类化合物可作过氧化氢的生成反应的光催 化剂，生成的过氧化氢可在柱后用p o c l 检测，从而间接测定环境样品中的蒽醌类染料。 利用微芯片化学反应器还可实现酶催化化学发光测定葡萄糖，采用i 肌。s 设计思想，建 立流动注射化学发光直接在线测定葡萄糖含量的方法。此体系稳定，操作方便，整套设备 易于实现自动化在线检测。 此外，测定耗氧有机物可以通过测定总有机碳来评价，刘仁良掣1 0 6 1 是利用k 2 s 2 0 8 氧化 有机物成c 0 2 后与h 2 0 2 协同氧化鲁米诺产生了化学发光，从而测定总有机碳，常见无机离 子不干扰，无机碳化合物干扰，可酸化除去。 1 5 化学发光法的趋势展望 环境污染所涉及的分析样品由于其污染物含量不高，且样品种类多、涉及面广，因此 需要高灵敏度、宽线性范围的、简单方便的检测方法。c l 分析法作为一种有效的痕量分析 9 第一章化学发光分析法的基本原理和研究进展 技术，它具有选择性好，灵敏度高( 其检测可达f n l o l ( 1 0 4 5 m o l l ) 级，有的甚至可达 a t t o m o l ( 1 0 。1 8 m o l l ) 级) 、线性范围宽、快速、设备简单、操作方便等优点，已广泛用于环 境科学、材料科学、临床医学和生命科学等领域，尤其在环境监测中的应用是目前研究的 热点之一。， 通过对大量相关文献的调研，展望其今后发展的主要趋势如下： r 1 ) 发展多种有效的样品收集处理技术，并使之与化学发光分析法相结合。 ( 2 ) 合成新的高效能的发光试剂，开发与其他技术联用的新的发光体系，着重纳米级光 纤化学发光的研究，并将它应用于环境分析中，以测定更多的环境物质。因此，寻找与合 成一些发光强度大、水溶性好并具有良好分子识别功能的特殊试剂，用于有机大分子及生 物活性分子的检测，是今后化学发光试剂发展的重要方向之一。 ( 3 ) 着重于无损、多组分、多信息方面的研究等。 ( 4 ) 创造更简单的检测方法和自动化程度更高的高灵敏度检测仪器。 ( 5 ) 但化学发光分析法的选择性仍是亟待解决的问题。与其它的分离手段如h p l c 、毛 细管电泳、膜分离、传感器技术及多种固定化试剂发光分析等技术联用，以达到其灵敏度 和选择性的完美结合，是解决该问题的出路之一。 1 0 第二章h 2 0 2 - 鲁米诺- 荧光素钠- k 2 c 0 3 发光反应及其用于环境中碳含量的测定研究 变载液( 被测样品溶液) 中k o h 的浓度加以调节。试验了在1 o 1 0 。4 0 2 m o l i j 范围内k o h 浓度对信噪比的影响。结果表明，信噪比随k o h 浓度的升高而增大，k o h 浓度为o 1m o l 几 时达到最大且较稳定。实验选择k o h 浓度为o 1m o l l 。 2 2 1 4 鲁米诺浓度的影响 考察了1 0 1 0 击8 o 1 0 。5 m 0 1 l 范围内鲁米诺浓度对化学发光强度的影响。当鲁米诺浓 度较低时，发光强度随鲁米诺浓度的增大而增强，鲁米诺浓度为4 0 1 0 。5m o l 几时，发光 信号最大且具有最佳信噪比，高于此浓度时，发光信号呈下降趋势，基线也明显升高，信 噪比显著下降。故实验选择鲁米诺浓度为4 0 10 。5m o l l 。鲁米诺浓度对发光强度的影响如 图2 4 所示。 9 县 罱 矗 量 一 u 占 卫 星 2 2 1 5h 2 0 2 溶液浓度的影响 h 2 0 2 浓度对发光强度影响较为明显( 图2 5 ) ，在h 2 0 2 浓度为1 o 】o _ 7 5 o 1 0 。6 m 0 1 l 范围内，发光强度开始随h 2 0 2 浓度的增大而快速增强，h 2 0 2 浓度为9 0 1 0 一7 m o 儿时化学 发光强度达最大，此后化学发光强度随h 2 0 2 浓度的增大而缓慢减弱。本文选择h 2 0 2 的浓 度为1 0 1 0 + 6 m o l l 。 o 0 o o 0 0 如 巧 加 m 引 第二二章h 2 0 2 鲁米诺荧光素钠- k 2 c 0 3 发光反应及其用于环境中碳含量的测定研究 2 2 1 6 流路参数的影响 实验对正相与反相流动注射技术进行了比较，结果表明采用反相流动注射技术时，方 法的灵敏度较高，且发光试剂用量省。载液( 样品溶液) 流速为2 8m l i n i n - 1 ，阀池距为 7 5c m ，进样体积为1 0 5 此时，具有最佳发光反应效果。 ， 0l2345 c o c e t r a t i o no fh 2 0 2 ( 1 0 6 m o i ，l ) 图2 5h 2 0 2 浓度对发光强度的影响 c = 4 o l o 缶m o l 几，c l 啪删= 4 0 x 1 0 一m o 札，c k 2 c 0 3 = 1 o 1 0 8 m o 儿，各流路流睦均为2 4 m l m i n 2 2 1 7 校准曲线、精密度和检出限 在选定实验条件下，给定浓度范围内，c 0 3 2 浓度c ( m