（环境工程专业论文）流动注射化学发光法测定有机胺的研究.pdf

沈阳理工大学硕士学位论文 摘要 本论文研究了水体中丙烯酰胺、二乙烯三胺的化学发光行为，结合流动注射 化学发光分析方法，提出了流动注射化学发光测定水体中丙烯酰胺、二乙烯三胺 的新方法，并对其化学发光机理进行了探讨。主要内容分为以下三部分： 1 、本论文介绍了有机胺类物质的来源、危害及近年来的测定方法，并对化学 发光反应的原理、常用化学发光体系及发光试剂、流动注射技术的原理和特点以 及流动注射化学发光技术的研究展望等进行了总结。 2 、实验提出并建立了流动注射化学发光法测定水体中丙烯酰胺的新方法。 基于在酸性介质中高锰酸钾氧化亚硫酸钠产生化学发光，丙烯酰胺对该体系 化学发光有显著的增敏作用，利用该化学发光的增强体系，结合流动注射分析技 术，建立了测定丙烯酰胺的新方法。优化了体系氧化剂高锰酸钾浓度、酸性介质 硫酸浓度、还原剂亚硫酸钠浓度及实验仪器参数条件。在选定的试验最佳条件下， 体系相对发光强度i 与丙烯酰胺浓度在5 o o 1 0 。7 9 l - l 5 0 0 1 0 2 9 l o 范围内呈良 好的线性关系，方法检出限为3 9 0 1 0 7 9 l 一。对5 o o lo 。6 9 - l 。1 的丙烯酰胺溶液进 行平行测定1 1 次，测得相对标准偏差( r s d ) 为1 4 3 。方法应用于实际废水中丙烯 酰胺含量的测定，回收率结果令人满意。 3 、实验提出并建立了酸性高锰酸钾甲醛体系测定水体中二乙烯三胺的流动注 射一化学发光新方法。在硝酸作为酸性介质的条件下高锰酸钾氧化甲醛产生微弱的 化学发光，二乙烯三胺对该体系化学发光强度有显著的增敏作用，利用二乙烯三 胺对该化学发光信号的增强原理，结合流动注射分析技术，建立了一种测定二乙 烯三胺的新方法。在优化的试验体系条件下，化学发光增敏信号强度i 与二乙烯 三胺的浓度在o 1 0 0 m g l 。1 3 5 o m g l 。1 范围内呈良好的线性关系，检出限为 0 0 8 1 0 m g i 。对2 0 0 m g l j 的二乙烯三胺溶液进行1 1 次平行测定，得相对标准偏 差限s d ) 为1 2 2 。方法应用于实际水样中二乙烯三胺含量的测定，结果满意。 关键词：化学发光，流动注射，丙烯酰胺，二乙烯三胺 沈阳理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t n e wn 1 e m o d sf o rt 1 1 ed e t e m l i n a t i o no f a c r e y l a m i d ea n dd i e t h 姐e n e t r i 锄i n ei nw a t e r s 锄p l e s 袱：d e v e l o p e db yu s i n gf l o w 埘e c t i o nc h e m i l u m i n e s c e n c ei nt h ed i s s e n a t i o n ， m 啪w h i l e ， b e s i d e st h em e c h a n i s ma j l db e l l a v i o r so fd l 锄i l u m i n e s c e n c ea r e r e s e a r c h e d n ed i s s e i t a t i o ni sd i v i d e di n t ot h r e e p a n sa sf 0 1 1 0 w 1 t h es o u r c e ，m eh a n na l l dm ed e t e n n i n a t i o nm e t h o d so fo 唱a n i c 锄i n e si nr e c e n t y e a r s a r e m 黜l t i o n e d ，m e c h a i l i s m s ， t h ec o m m e n s y s t e m s a n d r e a g e n t s o f c h 锄i l u m 试e s c e n c e ，c h a r a c t 鲥s t i c sa n dm e c h a n i s mo fn o w - 埘e c t i o na i l dr e s e a r c h p r o s p e c to fn o wi 巧e c t i o n c h e m i l u m i n e s c e n c eh a v eb e e ns u m m a r i z e d 2 an o v e ln o w i n je c t i o n c h e i n i l u m i n e s c e i l c em e t h o dw a sp r e s e e n t e df o r d e t e l l n i n a t i o no fa c r e y l 锄i d e i tw a sb a s e do nt h e 嘶h a n c i n ge a e c to fa c r y l a m i d eo nt 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 nbe 1 咐e e np o t a s s i 啪p e n n a l l g 趾a t e ( k m n 0 4 ) a n ds o d i u ms u l f i t e ( n a 2 s 0 3 ) t l l e c o n c e n 仃a t i ( no fk m n 0 4 ，h 2 s 0 4a i l dn a 2 s 0 3 ，a n ds o m e p a r a m e t e r so fc li n s t n l 加e mi n t h ec ls y s t 锄w e r eo p t i m i z e d u n d e rt h eo p t i m i z e dc o n d i t i o n so fc h 锄i l 啪i n e s c e n c e r e a c t i o n ，f _ 【p a r a m e t e r s a n dt h e a b s o r b i n ge m c i e n c yo fa c r y l 锄i d e ，t h ee n h a l l c e d i n t e n s i t yo fc h e m i l 啪i n e s c e n c ew a sp r o p o r t i o n a l t ot h ec o n ce i i 仃a t i o no fa c 聊a m i d ei n t l l er a n g eo f5 0 0 1 0 7 9 l 一1 5 0 0 1 0 2 9 l ，a 1 1 dt h er e l a t i v es t a i l d a r dd e v i a t i o nw a s 1 4 3 睁1 1 ) a t5 0 0 1 0 6 9 l 1a c r y l 锄i d e t 1 1 ed e t e c t i o nl i m i tw a s3 9 0 l o 。7 9 l 1 t h e p r o p o s e dn l e t h o dh a db e e na p p l i e ds u c c e s s 如1 l yt od e t e r m i n ea c r y l a m i d ei nw a t e r s 雒n p l e s 3 an i 州c h e m i l u m i n e s c e n c em e m o df o rt h ed e t e m i n a t i o no fd i e t h y l e n e t r i 锄i n e w i m n o wi r o e c t i o nt e c 】m i q u ew a sd e s c r i b e d c h 锄ii u m i n c s c c n c er c a c t i o no ff o m a l d e h y d e ( h c h o ) w i t l la c i d i c p o t a s s i u m p e n n a n g a 薹l l t ei n 也ep r e s e n c eo fd i e t h y l e n e t f i 椭i n e ( d e l a ) a sa ns 仃o n ge n h a i l c e rw a s i n v e s t i g a t e d ， s oan e wc k n i l 啪i n e s c e n c em e m o df o rm ed e t e n n i n a t i o no f d i e t t l y l e n e 仃i 锄i n ew i mn o w 蜥e c t i o nt e c l l i l i q u ew a sd e s 函b e d n ec o n c e n t r a t i o no f k m n 0 4 ，h n 0 3 枷h c h o ，枷s o m ep a r a i i l e t e r so fc li n s t r 嘲e n ti nm ec ls y s t e l i l w e r e o p t i m i z e d t h e l i n e a r r a n g e f o r d i e t h y l e n e t r i 锄i n e i so 10 0 m g l 。1 3 5 嘶g l 。1 w i ma d e t e c t i o nl i m i to f0 0 8 1 0 m g l 一，a i l dm er e l a t i v es t a n d 砌d e v i a t i o n ( c = 2 o o m g l 1 ，n = 1 1 ) i s1 2 2 t h em e t h o dh a sb e e nu s e dt od e t e 衄i n et h ec o n t e mo f d i e m y l e t r i 锄i n ei nr e a lw a t e r w i t hs a t i s f a c t o 巧r e s u l t s k e y 、阳r d s ：c l 磁n i l u m i n e s c e i l c e ，f l o w - 埘e c t i o n ，a c r y l 锄i d e ，d i e t l l y l e n e t r i a m i n e 第1 章绪论 1 1 有机胺概述 第l 章绪论 有机胺类物质是常见的环境污染物。有机胺类物质是氨与有机物质反应后所生 成的物质的总称。有机胺类物质广泛存在于自然环境中，空气、河水、地表水、 废水和河底沉积物中含有胺类物质，微生物、动植物通过氨基酸的脱羧、羰基化 合物氨基化以及含氮化合物的的降解等也会产生胺类物质，如垃圾堆中生物的腐 烂产生的甲胺类物质等；印染工业使用、汽车排放的废气、香烟的烟雾及公路焦 油中排放的芳香胺类污染物等。因其含有活泼性的氨基基团，故大多数的有机胺 都具有较高的反应活性，而广泛应用于工业生产。芳香胺类化合物是重要的化工 原料，作为重要的精细化工中间体和化工原料，常被用于制药、塑料、橡胶、印 染、食品、造纸、纺织、化妆品等工艺生产过程。脂肪族胺类化合物是广泛使用 的阳离子表面活性剂和其他表面活性剂的原料，是制造合成染料、合成洗涤剂、 合成药物等的原料，具有重要的工业用途。 然而，大多数的有机胺类物质都具有毒性，是仅次于有机硫化物的典型恶臭污 染物：丙烯酰胺广泛应用于饮用水净化、城市污水及工业废水处理、化妆品、纺 织等人们的日常生活中，许多食品中尤其是油炸、烘烤类高淀粉食品中含有较高 的丙烯酰胺。而丙烯酰胺对人体健康有一定的危害，是一种公认的神经毒素剂和 致癌物质，已被w h o 国际癌症中心( i r a c ) 列为2 a 类致癌物质；n ，n 二甲基甲酰 胺( d m f ) 与n ，n 二甲基乙酰胺( d m a ) 均为无色、有鱼腥味的液体，低毒类，在通 风条件较差的车间长时间接触特别是在盛夏高温季节极易引起急性中毒。经过呼 吸道和皮肤进入人体内引起机体病变，出现全身痉挛、恶心、呕吐及其他刺激症 状，同时还会引起神经系统、血管张度等的改变及肝、。肾及胃的损害，危害人体 健康。我国规定d m f 和d m a 的车间最高允许浓度为1 0 m g m 。【2 】；二乙烯三胺是 一种强碱性腐蚀性液体，其蒸气或雾对鼻、喉、眼和黏膜有强烈的腐蚀性，有明 沈阳理工大学硕士学位论文 显的致敏性，长期接触或吸入高浓度的蒸气能引起头痛、记忆力衰退等；简单的 脂肪族胺类物质二甲胺、二乙胺、三甲胺是致癌物质亚硝胺的前体物，亚硝胺类 物质是工业卫生检测中要求严格控制的污染物，能够引起肝癌、食道癌等疾病， 对人体具有致癌性。我国规定空气中甲胺允许浓度为5 m g m 一、：二甲胺的允许浓度 为1 0 m g m 一；我国2 0 0 1 年版的生活饮用水卫生规范中规定生活饮用水中三乙 胺的限值为3 m g l 。【3 】。空气中三甲胺浓度达到几“g l 。1 时就会使人明显的感觉到刺 激性的鱼腥味，危害着人体的嗅觉等一系列健康；苯胺类化合物具有剧毒，其蒸 气通过呼吸道或皮肤进入机体后，会在体内转化为毒性更强的泓氨基苯酚，从而 产生严重的毒性效应，严重时可致人死亡【卅。 近年来，随着有机胺类化合物应用领域的不断增大，随之带来的污染也在剧 增。有机胺类污染物通过各种途径排放到大气、水体及土壤中，造成了严重的环 境污染，破坏了人类赖以生存的环境系统和生态系统，危害人体健康【5 7 ，。有机胺 类物质已引起了国内外环境科学工作者的广泛关注。其中，对环境中微量有机胺 测定方法及治理的研究已成为环境领域的热点和重点，建立快：逮、灵敏、可靠的 胺类化合物的检测方法对保护环境和人类健康具有重要的意义。 1 2 有机胺测定方法进展 随着全球范围内人们对环境问题的日益关注，人们对有机胺类物质的危害性 认识不断加强，近年来，对环境中有机胺类化合物的测定及其行为的研究尤其是 对环境中低浓度有机胺含量的测定已成为环境科学领域的热点之一。 仪器和分析手段的进步使环境中低浓度有机胺含量的检测方法得到了快速发 展。迄今，有机胺的测定方法主要有：流动注射化学发光分析方法、气相色谱法 ( g c ) 、高效液相色谱法( h p l c ) 、分光光度法、离子色谱法、毛细管电泳法及其他 分析方法。 1 2 1 流动注射化学发光分析方法 流动注射化学发光分析法( f i c l ) 是一种将流动注射处理技术( f i a ) 和化学发 光分析( c l ) 相结合的、兼有流动注射的高重现性和化学发光的高灵敏性等优点的 分析方法。流动注射化学发光法以其仪器简单、灵敏度高、操作方便快捷、线性 范围宽等特点而被广泛应用于有机胺类物质的分析中。表1 1 列出了近年来流动注 第l 章绪论 射化学发光法在有机胺类物质分析测定中的应用。 表1 1 流动注射化学发光分析方法在有机胺类物质测定中的应用 1 j a b l e1 1a - p p l i c a t i o no ff i c li nd e t e n n i n a t i o no fa m i n e s 一3 沈阳理工大学硕士学位论文 1 2 2 气相色谱法 气相色谱法( g a sc h r o m a t o g r a p h y ，g c ) 是利用不同物质在不同相中分配系 数不同，以液体或固体为固定相，以气体为流动：相的一种柱色谱分离分析方 法。g c 具有灵敏度高、分析速度快、选择性好、分离效果好、进样量少、一 次进样可同时分析多种组分等优点，被广泛应用予环境、食品、临床药物、 石油化工及生物分析等方面的分析，同时在用气：相色谱分析样品时可与多种 检测器连接使用，如氢火焰离子化检测器( g c f i i ) ) 、热导检测器( g c t c d ) 、 质谱检测器( g c m s ) 、火焰光度检测器( g c f p d ) 、电子火花检测器( g c e c d ) 、 顶空气相色谱法( h s g c 溥，这些技术的检测限量能够达到p p b 级，对于分析 痕量有机物质效果极好，因此气相色谱法经常用于痕量有机物质的分析，是 检测有机胺类化合物的经典方法。 1 9 9 8 年，t o r s t 肌c 等【s ：】利用芳香胺经重氮化后与碘反应生成碘苯的原理，采 第1 苹绪论 _ - _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ 一- - - 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 。_ _ _ _ _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ - _ - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ 。_ _ _ - _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ 。_ - 。- _ - - 。- _ _ 一 用g c e c d 技术同时测定3 0 种以上芳香胺，检测限达到了o 5 0 0 9 l 。 h w a n g b s 3 3 1 等用碱性甲醇提取鱼和鱼制品中的组胺后直接进样，用气相色谱进 行分离定量测定，检出限5 o o 肛g g ，该方法为其他胺类的检测提供了可能的途径。 朱丽波、徐能斌等【3 4 1 利用顶空气相色谱法与h p 1 大口径毛细管柱及n p d 检测器 联用分析测定了水体中甲胺、二甲胺、三甲胺、乙胺等低分子量的胺类， 方法具有重现性好、灵敏度高、适用范围广等特点，对水体中各胺类的最低检出 浓度分别：为甲胺0 4 0 0 “g l 、二甲胺0 4 0 0 “g l 、三甲胺o 4 0 0 肛g l 、乙胺 o 5 0 0 p g l - 1 ，用于实际水体和废水中低分子量胺类的测定，结果令人满意。aw a n 等【，s 】利用s p m e g c m s 定量测定了肉类、蔬菜和乳酪中的腐胺和尸胺，该方法具 有好的重现性、高的灵敏性，避免了使用液相衍生化处理和提取的繁琐步骤。“ 等通过s p m e g c f i d 测定了鱼类中的三甲胺、三乙胺、三苄基胺等脂肪族胺的 含量，方法测定三甲胺线性范围2 o l 一2 0 1 “g - g ，检出限为o 0 7 5 0 p g g ，相对标准 偏差为4 9 0 。 1 2 3 高效液相色谱法 高效液相色谱法( h i 曲p e r f o m l a i l c el i q u i dc h r o m a t o 萨印h y ，简称h p l c ) 是 2 0 世纪6 0 年代后期发展起来的一种以经典的液相色谱( 柱层析、薄层层析或纸层 析等) 为基础，以高压下的液体为流动相的色谱分离技术。它具有分析速度快、分 离效果好、自动化程度高等优点，特别适合于分析高沸点不易挥发的或受热不稳 定易分解的、分子量大的具有不同极性的混合有机类物质。它主要是根据不同溶 质在两相问分配系数、吸附力、亲和力或分子大小不同而引起的排阻作用的差别 使不同溶质得以分离。 y c 王? a n 【3 7 】基于离子液体液液微萃取技术( i l d l l m e ) 分离了水体中的2 甲 基苯胺、4 氯苯胺、1 萘胺及4 。氨基联苯，后被直接进样到高效液相色谱系统进行 检测，四种有机胺的检出限在o 4 5 0 2 6 0 “g l 1 之问，相对标准偏差为6 2 0 9 8 0 ，样品回收率为9 3 4 1 0 6 4 。a s a r a 矗a z 【3 8 】等利用高效液相色谱法测定 了自来水、河水、地表水三种水样中的邻硝基苯胺、邻氯苯胺、对溴苯胺，测得 线性范围分别为1 0 0 1 0 0 l g l 一、o 5 0 0 1 0 0 “g l 、0 1 0 0 1 0 0 嵋l 一；方法最低 检出限分别为o 1 0 0 “g - l 、0 0 5 0 0 “g l 、0 0 1 0 0 u g l ，相对标准偏差分别为4 1 1 、 3 8 0 、4 3 4 ，该方法用于自来水、河水、地表水三种实际样品的测定，回收率 气 沈阳理工大学硕士学位论文 _-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_-_一 在9 1 0 1 0 2 o 之间。赵先恩等【，】采用新型荧光衍生试剂2 ( 2 - 苯基1 氢一菲 9 ，1 0 - d 】 眯唑) 一乙酸( p p i a ) 进行柱前衍生，高效液相色谱分离测定了造纸厂废水、大鼠端脑 和酸奶中的1 2 种脂肪胺含量，方法具有良好的重现性和回收率，检测限为3 1 0 1 8 0 丘狮l 。张琳等删采用新的氯甲酸酯类荧光衍生试剂咔唑一9 乙基氯甲酸酯进行柱 前衍生胺类化合物并通过荧光检测的方法进行高效液相色谱分析，方法分析测定 胺类化合物癸胺、十一胺、十二胺、十四胺的线性范围均为o 5 0 0 1 0 j 2 l o o l0 1 2 m 0 1 l 1 ，检出限分别为4 2 0 1 0 。1 3 、4 8 0 l o 1 3 、4 6 0 1 0 。1 3 、5 4 0 1 0 1 3 m o l l - 1 ， 该方法具有检测灵敏度高、衍生化反应简单、快速、不受样品基质盐分干扰的特 点，尤其适合天然生物样品、食品及饲料中胺类化合物的分析测定。 1 2 4 离子色谱法 离子色谱法是指用电导检测器对阳离子和阴离子混合物作常量和痕量分析 的色谱法，是高效液相色谱的一个新的发展。具有迅速、连续、高效、灵敏等 特点，因此主要应用于测定各种离子的含量，尤其是适合测定水溶液中低浓 度的阴离子，在钢铁工业、食品分析、环境保护、纸浆和漂白液的分析等方 i 酊得到广泛的应用。目前，离子色谱法用于分析：测定混合有机胺类物质含量 的报道越来越多。 关良智、于泓【4 1 1 以草酸为淋洗液，使用单柱i 岛子色谱法同时测定了碱金 属离子、铵离子、甲胺、乙胺和丙胺，将该方法应用于自来水、井水、汽水 和雪样的分析，结果满意。韩小江等【4 2 】以甲基磺酸和乙腈混合淋洗，离子交 换色谱分离非抑制电导检测分析测定了啤酒中的乙醇胺及三甲胺等胺类物 质，乙醇胺和三甲胺的检出限分别为6 4 0 p g l 。1 和5 9 0 p g i 。一。 1 2 5 分光光度法 分光光度法具有操作简便、灵敏、数据读取稳定的特点，同时也是最常用的 分析测定方法，但是分光光度法测定时的干扰因素较多，结果的重现性差，用于 有机胺的测定时易受样品中所含的金属离子或其它胺类物质的干扰，只能测定一 类有机胺或总有机胺的含量。 g b l 8 0 “2 0 0 l o 【t ，】根据二乙烯三胺和水杨醛的碱性反应产物在p h 为3 5 左右时 与硫酸钴产生化学反应生成黄色化合物，黄色深度与二乙烯三胺的含量成正比的 第l 章绪论 原理，利用水杨醛乙醇分光光度法测定了水源水中的二乙烯三胺的含量。胡玉霞 等m 1 使用分光光度法测定了化工原料废水中的对硝基苯胺的含量，方法回收率为 8 9 8 9 3 9 。邱如斌【4 5 】基于甲基橙和有机胺反应生成黄色络合物的原理，之后 用氯仿作为萃取剂后用比色法测定了萃取剂中有机胺的含量，线性测定范围为 o 0 0 2 00 i ：n 0 1 l 1 。 1 2 6 毛细管电泳法及其他分析方法 毛细管电泳( c 印i 1 1 a r ye l e c t r o p h o r e s i s ，c e ) ，又称高效毛细管电泳( 1 l i 曲 p e r 南n 1 1 a n c ec 印i l l a 巧e l e c 缸d p h o r e s i s ，h p c e ) ，是一类以高压直流电场为驱动力、 以毛细管为分离通道的新型液相分离技术。它是一种2 0 世纪8 0 年代在分子生物 学研究领域发展起来的分离技术。毛细管电泳具有进样量小、分离效率高、快速、 柱子不易受到污染的特点，是一种环境友好型技术。 k v a s n i c k a 等a e 】通过毛细管电泳法和电导计，将尸胺、腐胺、精胺、组胺、色 胺、酪氨这6 种胺从样品中与其他成分明显的分离出来，并在1 0 m i n 内同时测定 了这6 种胺，检测限均为2 o o 5 0 0 m g m l - 1 。干宁等【4 7 】利用紫外毛细管电泳法检 测了鱼肉中的2 苯乙基胺、尸胺、组胺、色胺、精胺、腐胺、亚精胺等生物胺， 除组胺外鱼肉中其他生物胺的检出限均为5 o o 2 9 o 斗g 9 1 ，七种生物胺的含量与 其峰面积在一定范围内呈良好的线性关系。毛细管电泳法具有灵敏度高、分离速 度快、成本低等特点，可直接测定生物胺的含量。 1 3 化学发光分析概述 化学发光现象( c h e m i l u m i n e s c e n c e ，c l ) 是指一些化学发光反应中发出可 见光的现象，而最早发现的化学发光现象发生在生物体内( 现在称为生物发 光) ，如甲壳虫、萤火虫、深海中的鱼类及一些真菌类的发光等。从古代时人 们就知道：生物的发光现象，公元前3 8 4 3 2 2 年，亚里士多德在固ea m m a ” 中描述了鱼类和真菌类的发光现象；1 6 6 8 年，罗伯特波义证实了生物的发光需要 0 2 的参与；1 9 世纪8 0 年代以后，人们对化学发光现象有了进一步的认识，并发 现某些简单的非生物有机化合物也能产生化学发光现象。d u b o i s 利用荧光甲壳虫 素的冷、热水提取物进行试验，发现在有0 2 存在的条件下，热水的提取物和冷水 提取物混合时会发生发光现象，并把热水提取物和冷水提取物分别命名为荧光素 沈阳理工大学硕士学位论文 和荧光素酶。18 7 7 年，r a d z i s z e w s k i 发现碱性条件下过氧化氢等试剂能氧化洛汾 碱( 2 ，4 ，5 三苯基咪唑) 发出绿光，这是人们首次利用合成物质观察到的化学发光的 现象，这种试剂至今仍然得到普遍使用。19 0 2 年，s ( 矗1 1 1 1 沱合成得到了发光试剂鲁 米诺( l l 聃i n o l ，3 氨基苯二甲酰肼) ；1 9 2 8 年，a 】b r e c h t 观察到了n i l l l i n 0 1 在碱性介 质中的化学发光的行为，这一化学发光试剂的合成及化学发光现象的发现是化学 发光史上一个重要的里程碑；1 9 3 5 年，g 1 e u 和p e t s c h 第一次报道了光泽精与过氧 化氢反应产生的化学发光现象，并在以葡萄糖测定为例子的许多还原性物质的测 定中得到了广泛应用。但是由于大多数的化学发光非常微弱且稍纵即逝，因此早 期的化学发光的研究发展比较缓慢，几乎没有得到实质性的应用。直到1 9 4 5 年以 后，光电倍增管及化学发光检测装置的出现，使过去难以检测到的微弱光的检测 成为可能，化学发光开始迈进了定量分析研究的时代，并在2 0 世纪六、七十年代 得到迅速发展，直至现在化学发光分析的研究和应用以及新的化学发光试剂与体 系的探索仍然是痕量分析研究领域的热点和重尉一孔。 1 3 1 化学发光的基本机理及类型 化学发光是在没有任何热、光、电等外界能源的情况下，反应体系中的 某些分子( 反应物、反应中间体、荧光物质) 吸收化学反应释放的能量，由基态 跃迁至激发态，然后再从激发的状态返回基态的同时将能量以光辐射形式释 放出来，产生化学发光。化学发光反应按其反应介质的状态可以分为气相和液相 两大类。气相化学发光反应包括室温下发生的反应和火焰中发生的化学发光反应， 如用于测定臭氧与金属有机化合物、n o 、s o 、烯、非金属氢化物和其他的物质发 生的化学发光的发光体系属于气相化学发光；用于测定过氧化氢、金属离子以及 大量的有机化合物的鲁米诺、光泽精、高锰酸钾、四价铈等化学发光体系属于液 相化学发光。 化学发光还可以分为直接发光和间接发光，! 直接发光是简单的化学发光 反应，有激发和辐射两步。在直接发光中，物质a 和b 反应，产生激发态的 物质c 幸，c 母为发光物质直接发出的可以测量的光。表示如下 a + b _ c 幸+ d 第l 章绪论 c 牛_ c + h v 间接发光：物质a 和b 反应，同样产生中间体的c 木，但当体系中存在 另外一种易于接受能量的荧光物质f 时，c 木把能量转移给荧光体，使荧光物 质f 接受能量而由基态跃迁至激发态，当激发态的分子返回基态时产生发光 现象，其发光体是荧光物质，发光的波长与荧光物质的荧光发射波长相一致， 表示如下 a + b c 水+ d c 水+ f f 木+ c f 奉_ f + h v 化学发光包括吸收化学能和释放能量发光两个过程。根据以上反应过程， 任何一个化学反应要发生化学发光现象都必须满足三个条件： ( 1 ) 反应中要提供足够的激发能量，并由某一步单独提供，因为前一反应 释放的能量将会因振动弛豫消失在溶液中而不能够发光； ( 2 ) 应有有利的反应过程，使化学反应产生的能量至少能被其中一种物质 所接受并生成激发态； ( 3 ) 激发态分子必须具有一定的化学发光的量子效率能够释放出光子，或 是能够转移它的能量给另外一个分子使之进入激发的状态并释放出光子。 化学发光过程中产生的电子激发态的能量来自于化学反应，对于在可见光区 的化学发光，反应至少需要放出1 6 8 2 9 4 k j m o l o 的热量。而通常具有这种能量 的反应是氧化反应，这些能量的释放来自键断裂时电子的转移，所以，化学发光 分析也是氧化还原反应过程中的能量转移的测定，这是化学发光分析区别于其他 光学测定的重要标记和特征之一。 不同的化学发光反应会产生不同波长的光辐射，化学发光反应之所以能够用 于分析测定是因为化学发光强度与化学发光速率相关联，因此一切影响化学反应 速率的因素都可以作为建立测定方法的依据。所以，化学发光强度( 地) 取决于化学 反应的速率、激发态产物的效率和激发态物质的发光效率。 i c l t ) = 垂c ld c 7 d t = 哇) 垂fd c 7 d t 式中，地是化学发光强度；西也是化学发光量子效率；如膨f 是化学反应速率； 露是激发态产物分子的量子效率；嘶是激发态产物分子的发光量子效率。对于某 一特定的化学发光的反应，咖以为一定值，化学发光测定易受化学反应条件( p h 、 沈阳理工大学硕士学位论文 离子强度、溶液组成、温度等) 的影响，因此，在一定的化学反应条件下，通过测 定化学发光的强度就可以测定反应体系中的某种物质的浓度。 化学发光分析测定的物质可以分为三大类： 第一类是参与化学发光反应的反应物； 第二类是化学发光反应中的增敏剂、催化剂或是抑制剂； 第三类是偶合反应中的催化剂、反应物、增敏剂或是抑制剂。 通过标记方式利用这三类物质可以测定人们感兴趣的其他物质，同时因为化学发 光不需要外来的激发光源，对所测样品不会产生背景干扰，基本上不会对环境造 成污染，从而进一步扩大了化学发光分析的应用范围。 1 3 2 常见的化学发光体系概述 化学发光分析中，发光体系是重要的组成部分。目前对鲁米诺、光泽精及过 氧草酸酯等的研究已较为成熟。近几年来，随着高锰酸钾、n 溴代琥珀酰亚胺、 四价铈等新发光体系及发光试剂的研究成功，化学发光在分析领域呈现出了新的 局面。本论文对几类化学发光体系在有机胺检测中应用工作进行了简要介绍。 1 3 2 1 高锰酸钾化学发光体系 高锰酸钾是化学发光反应中最常用的强氧化剂，大部分无机物及有机化合物 可以与其发生氧化还原反应，其能量的转移过程往往会伴随着化学发光现象。早 在1 9 2 0 年锄n b e f g 就报道了高锰酸钾作为发光试剂的化学发光现象，但是由于当 时实验技术和研究条件的限制，高锰酸钾化学发光体系没有得到广泛的研究和应 用。直到2 0 世纪6 0 年代，随着光检测技术和研究条件的发展，同时由于高锰酸 钾化学发光体系所需试剂非常普遍、发光强度比较稳定，高锰酸钾化学发光体系 逐渐受到了人们的重视，在环境监测、毒品分析、药物检验等多个方面得到了广 泛应用。目前，高锰酸钾化学发光反应体系的机理研究比较少，大部分的机理研 究都处于一种推测的水平，主要原因是无法确定发光体的种类。l e b e d e v 和 t s i b 锄o v a 于1 9 7 7 年提出了三重态的锰( i i ) 可能是主要发光物种，认为发光物种并 非是底物氧化后的产物而是高锰酸钾被还原过程的中问体三重态的锰( i i ) ，最大发 光波长在7 0 0 7 5 0 啪之间【蚓。 高锰酸钾化学发光反应体系需要在酸性介质中进行，该反应主要可以分为两 第1 苹绪论 - - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - - _ _ _ - _ 一_ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ - _ _ _ _ _ - _ _ - _ - _ _ _ _ - _ _ - _ - - _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ - - _ _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 。_ 。_ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ - - 一 类：第一类是被测物直接与高锰酸钾反应产生化学发光；第二类是利用增敏剂增 强高锰酸钾化学发光，间接测定被分析物。该反应体系的灵敏度一般情况较低， 常常需要在体系中加入增敏剂，常用的有：还原性物质( 甲醛、乙二醛、戊二醛、 锰( i i ) 、过氧化氢、甲酸、亚硫酸盐等) 、荧光类物质( 罗丹明b 、罗丹明6 g 、核黄 素、奎宁) 及一些表面活性剂和p 环糊精等。由于很多有机物质都能够被高锰酸钾 氧化，高锰酸钾化学发光体系在化学发光检测中的应用越来越广泛。 章竹君等瞰】基于在碱性介质中高锰酸钾氧化异烟肼产生化学发光的现象，提出 了高锰酸钾异烟肼氢氧化钠化学发光新体系，并结合流动注射分析技术进行了片 剂中异烟肼的测定。异烟肼在0 0 1 0 0 5 o o m g l 1 浓度范围内与化学发光分析信号 呈良好的线性关系，方法检出限为7 o o l o 。3m g l ，对o 5 0 0 m g l o 的异烟肼进行 1 1 次连续平行测定，相对标准偏差为2 5 0 。并将该方法成功应用于片剂中异烟 肼的测定。赵芳c s s 】基于在氢氧化钠碱性介质中高锰酸钾直接氧化肼产生化学发光现 象，建立了水中微量肼的流动注射化学发光分析方法。方法线性范围为1 0 0 l o o 8 0 0 m g l ，检出限为3 6 0 1 0 。4 m g l ，对1 o o 1 0 。2 m g l 1 的肼进行1 1 次连续测定 的相对标准偏差为2 1 0 ，将该方法用于环境水样中痕量肼的测定，结果令人满意。 冯琳【5 7 】基于在酸性介质中，左羟丙哌嗪能够在高锰酸钾。甲醛体系中产生化学发光， 乙二胺四z j 酸能显著增强其发光强度的现象，建立了一种简单的、快速的测定左 羟丙哌嗪的化学发光新方法，化学发光强度与左羟丙哌嗪浓度在1 o o x l o 。2 5 0 0 m g l 。范围呈现良好的线性关系，方法检测限3 7 5 1 0 。3m g l ，对0 8 0 0 m g l 。1 的左羟丙哌嗪溶液连续进行11 次平行测定的相对标准偏差为3 0 3 ，将该法应用 于合成样品中的左羟丙哌嗪的测定，结果令人满意。 1 3 2 2 过氧草酸酯类化学发光体系 过氧化草酸酯类化学发光反应体系是指由芳香草酸酯、过氧化氢、荧光剂组 成的化学发光反应，是至今为止发现的发光效率最高的一种非酶化学发光反应体 系。1 9 6 3 年c h a l l d r o s s 在试验中首次发现并报道了过氧化草酸酯的化学发光现象， 这种体系除具有发光效率高( 量子产率高达2 0 3 0 ) 、强度大、寿命长的特点外， 还可以通过成分的选择和调节，使发光强度、颜色、持续时间满足需求，适用于 各种化学发光光源的研制与开发。对于该反应的发光机理，至今没有统一定论， 一般认为在化学反应的过程中，芳基草酸酯与氧化试剂发生化学反应，生成一种 鲨堕望三奎兰堡主堂垡笙苎； 双氧基环状中间体二氧杂环丁二酮储存能量，然后中间体分解并将能量转移给荧 光物质后，激发态的荧光物质返回到基态时产生光子。过氧化草酸酯类化学发光 体系与鲁米诺和其他化学发光反应的不同之处在于该化学发光光谱不能用任意参 加化学反应的物质来测定，它必须用所加入的荧光物质，并且当荧光物质种类改 变时光的颜色也相应发生改变，而且荧光物质的浓度与化学发光强度在一定范围 内呈良好的相关性，因此，过氧化草酸酯类化学发光反应体系可以用于荧光物质 的定量分析，但由于该体系反应物的水溶性比较差，且不稳定，故限制了其在化 学分析中的应用。 k s a t o 等【s s 刷用过氧化草酸酯发光体系结合液相色谱测定了尿液中的甲基苯 丙胺，检出限为4 0 0 l o 。1 4m o l ；m s 等【5 9 利用三乙胺抑制过氧化草酸酯体系化学 发光强度测定了三乙胺，线性范围为1 5 2 1 0 4 1 3 6 1 0 0 m o l ；h n 0 h t a 等【s o 】利用 该发光体系与液相色谱联用测定了血浆中的儿茶酚胺类物质去甲肾上腺素、肾上 腺素、多巴胺，检出限可达4 0 0 1 0 舶1 2 0 1 0 。1 6 m o l 。 1 3 2 3 酰肼类化学发光体系 鲁米诺( 5 氨基2 ，3 二氢1 ，4 二杂氮萘二酮，又称3 氨基邻苯二甲酰肼，h 嘲i n 0 1 ) 是酰肼类体系的主要代表，是最常见的、应用最广泛的化学发光试剂之一。继1 9 2 8 年a l b r e c h t 首次报道了h 曲i n o l 在碱性介质中的化学发光现象：艺后，由于l l l i l l i n o l 具有结构简单、水溶性好、易于合成等特点，人们对鲁米诺化学发光反应进行了 深入的研究，陆续人工合成了多个鲁米诺的衍生物如异鲁米诺i ，i s o l u m i n o l ，4 氨基 邻苯二甲酰肼) 等，并被广泛应用于分析化学中。鲁米诺的化学发光基于其在碱性 介质中被过氧化氢、高锰酸钾、高碘酸盐、重铬酸钾、次氯酸盐、过硫酸盐、铁 氰化钾等氧化剂氧化生成的氧化物发出的光辐射。大部分的鲁米诺体系都是以过 氧化氢( h 2 0 2 ) 作为氧化剂。但n n i n o l 与h 2 0 2 的化学发光反应较缓慢，常需加入 催化剂，如过渡金属离子( c 0 2 + 、c u 2 + 、f e 3 + 以及其配合物等) 、金属复合物( 氯高铁 血红素、血红蛋白等) 、催化酶( 过氧化物酶、细胞色素c 等) 、臭氧分子、卤素、 棕榈酸盐等。关于鲁米诺化学发光体系在分析中的应用已有大量的综述，内容涉 及食品分析、环境科学、临床医学等多个方面。 刘爱林等，基于在碱性介质中铁氰化钾氧化鲁米诺产生化学发光，姜黄素对该 体系化学发光强度具有强烈的抑制作用的原理，结合流动注射技术，建立了测定 笙! 主笙笙 大黄类药物姜黄素含量的新方法。在优化的实验条件下，化学发光抑制信号强度 与姜黄素的浓度在1 0 0 1 0 7 1 o o 1 0 5 m g l d 范围内呈良好的线性关系，方法检出 限为1 o o 1o 。9 m g l ，相对标准偏差( r s d ) 为1 8 0 。该方法已成功应用于中药姜 黄中姜黄素( 总姜黄素计) 含量的测定。王术皓等【6 2 】基于在碱性介质中，盐酸多巴胺 对鲁米诺铁氰化钾化学发光反应体系具有强烈的抑制作用，建立了流动注射抑制 化学发光测定盐酸多巴胺的新方法。方法的线性范围为2 0 0 l o 一9 8 o o 1 0 。7 9 m l ， 方法测定盐酸多巴胺的检出限为1 1 4 1 0 。9 9 m l ，对于4 o o 1 0 7 9 m l 。1 盐酸多巴胺 测定1 1 次的相对标准偏差为o 9 9 。将该方法应用于盐酸多巴胺注射液中盐酸多 巴胺的测定，结果满意。 1 3 2 4 吖啶酯类化学发光体系 光泽精是吖啶酯类化学发光试剂的主要代表，1 9 3 5 年g 1 u e 和p c t s c h 首次发现 了光泽精具有化学发光的性质【6 3 ，并成为了现在研究和应用最为广泛的化学发光试 剂之一。光泽精在碱性介质中被氧化成四元环过氧化物，而后中间体裂解生成激 发态的吡啶酮在由激发态返回基态的过程中发射出波长为4 7 0 啪的蓝绿光。过氧 化氢的加入能使光