（分析化学专业论文）聚鲁米诺复合物膜的电化学发光分析特性研究.pdf

聚鲁米诺复合物膜的电化学发光分析特性研究 宋玲 摘要：本论文由综述和研究报告两部分组成。第一部分为综述，对电化学发 光现象的发展历史及其反应类型进行了评述，并着重介绍了鲁米诺电化学发光体 系在分析化学领域中的广泛应用。第二部分为研究报告，主要对聚鲁米诺与有机 物或无机离子形成复合物膜修饰电极在电化学发光中的应用进行了研究。 电化学发光分析( e l e c 。t r o g e n e r a t e dc h e m i l u m i n e s c e n c ea n a l y s i s o fe l e c t r o - c h e m i l u m i e s c e n c e ，e c l ) ，是指直接利用电化学反应形成激发态发光体或通过电解 产物之间、电解产物与体系中某组分之间进行化学反应产生发光体，并依据发光 体产生的发光辐射信号实现分析物检测的发光分析方法。它是电化学与化学发光 分析方法相结合的产物。这使得它不但具有化学发光分析法的许多优点如灵敏度 高、线性范围宽及仪器设备简单等特点，还具有其自身优于化学发光分析法的一 些特点。如反应的可控性强、发光区域确定便于信号检测以及许多化学发光活性 高但不稳定的物质能现场生成并应用于发光分析之中等。 鲁米诺电化学发光现象自二十世纪2 0 年代术期被发现以来，在该现象发现的 初期，电化学发光分析方法发展缓慢。到了8 0 年代，鲁米诺电化学发光分析方法 的发展非常迅速，进入9 0 年代，电化学发光的仪器装置以及电极材料和光信号的 传导材料等都进一步的发展，更加拓宽了鲁米诺电化学发光分析方法的研究领域， 促进了鲁米诺电化学发光分析方法的实际应用。目i j ，国内外电化学发光研究的 专家学者已经对鲁米诺电化学发光分析方法给予了足够的关注和青睐，该方法已 经深入到环境分析、食品分析、免疫分析和药物分析等众多研究科学领域。 近年来，鲁米诺电化学发光体系新分析特性的研究及其应用倍受人们的关注， 其中，以聚鲁米诺为发光试剂的电化学发光分析方法尤其受到人们的关注。本论 文的研究工作旨在利用聚鲁米诺与有机物或无机离子形成复合物膜修饰电极柬优 化聚鲁米诺电化学发光分析特性。在本论文的具体工作主要包括： 1 基于电聚合和配位效应所构建的聚鲁米诺和会属离子复合物膜修饰电极， 可极大的提高、优化聚鲁米诺的电化学发光分析特性。在一定条件下，聚鲁米诺 一镍( 】1 ) 复合物膜在碱性条件下的弱电化学发光信号可以强烈的、选择性的被尿素 所增敏，在最佳条件下，增敏电化学发光信号与尿素的浓度在2 o x l 0 母m l 1 0 1 盯m l 范围内呈线性关系，检出限为2 1 0 。o g m l 。 2 在酸性条件下，鲁米诺与硫酸联苯胺可以通过电聚合的方法固定在石墨电 极表面，并且，在碱性条件下，该修饰电极弱的电化学发光信号可以被过氧化氢 强烈的增敏。据此，我们建立了一种测定过氧化氢的高灵敏度的电化学发光分析 新方法。在最佳条件下，增敏电化学发光信号与过氧化氢的浓度在1 o x l o 玎m o f l 2 o x l 0 。o m o l l 范围内呈线性关系，检出限为6 1 0 。1 1m o l l 。 关键词：电化学发光；聚鲁米诺；电聚合 i n v e s t i g a t i o no fe l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n c ep e r f o r m a n c e so ft h e c o m p o s i t i n gf i l m so fp o l y l u m i n o l s o n gl i n g a b s t r a c t ：t w op a r t sa 爬l n c l u d e di i lt h i st h e s i s 1 nt h ef i r s tp a r to ft h i st h e s i s t h e d e v e l o p i n gh i s t o r yo fe i e c t r o g e n e r a t e dc h e m i l u m i n e s e e n t ( e c l ) a n di t st y p e o f r e a c t i o na r er e v i e w e d i na d d i t i o nt ot h e s e ，t h ew i l d l ya n a l y t i c a la p p l i c a t i o no fl u m i n o l e c l s y s t e mi nt h ea n a l y t i c a lc h e m i s t r ya l ea l s og i v e ni nt h i sc h a p t e r e c li st h el u m i n e s c e n c eg e n e r a t e db yr e l a x m i o no fe x i t e ds t a t em o l e c u l e st h a ta r e p r o d u c e dd u r i n ga l le l e c t r o c h e m i c a l l yi n i t i a t e dr e a c t i o ni n t h en e a rs u r f a c eo ft h e w o r k i n ge l e c t r o d e ，e c li sa l li m p o r t a n ta n dp o w e r f u ld e t e c t i o nm e t h o di na n a l y t i c a l c h e m i s t r yi nr e c e n ty e a r s s o ，t h i sm e t h o dn o to n l yr e t a i n st h ea d v a n t a g e so v e rm o r e c o n v e n t i o n a lc l e c la n a l y s i s ，c o m p a r e dw i t hc la n a l y s i s ，o f f e r e dm o r ea h e m a t i v e p o t e n t i a l st or e g u l a t et h ee c l r e a c t i o nf o ra n a l y t i c a lp u r p o s e s i n c et h el u m i n o l b a s e de c l p h e n o m e n o nw a sf i r s t l yo b s e r v e db yh a r v e yi n1 9 2 9 ， t h ee c lw a sp a i dm u c ha r e n t i o nb yt h ea n a l y s t s ，a n dal o to fa n a l y t e sh a db e e n d e t e c t e dw i t hl u m i n a le c ls y s t e m e c lp r o v e dt ob eu s e f u lf o ra n a l y t i c a la p p l i c a t i o n a n di n c r e a s i n g i n v e s t i g a t i o n s r e s u l t e di n h i g h l ys e n s i t i v ea n ds e l e c t i v ed e t e c t i o n m e t h o d s i th a sb e e na p p l i e ds u c c e s s f u l l yi nm a n yf i e l d s s u c ha sl i f es c i e n c e ，c l i n i c a l m e d i c i n e ，e n v i r o n m e n t ，i m m u n o a s s a y sa n dd n ap r o b ea n a l y s i se t c r e c e n ty e a r s ，t h e i n v e s t i g a t i o no fn e wa n a l y t i c a lp e r f o r m a n c e sa n da n a l y t i c a l a p p l i c a t i o ni nl u m i n o l b a s e de c ls y s t e mh a sb e e np a i dm u c ha t t e n t i o nb yt h ea n a l y s t s i nt h i st h e s i s ，w ef o c u s e do a ri n t e r e s t i n go nt h eo p t i m i z i n ge c l p e r f o r m a n c eo ft h e l u m i n o ls y s t e mb yp o l y l u m i n o tc o m p o s i t i n gf i l m sm o d i f i e de l e c t r o d e t h ew o r k sa l e i n c l u d e di nt h ef o l l o w i n g s ： 1 t h ei n v e s t i g a t i o no ft h ee l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n c ep e r f o r m a n c e so ft h e c o m p o s i t i n gf i l m so f p o l y l u m i n o lw i t hm e t a li o n sa n di t sa n a l y t i c a la p p l i c a t i o n i nt h i sp a p e r ，i tw a sf o u n dt h a tt h ec o m p o s i t i n gf i l m sm a d ef r o mp o l y l u m i n o la n d s o m em e t a li o n s ( s u c ha sn i 2 + ，f e 2 + a n dc 0 2 + ) c a nb ee a s i l yg e n e r a t e do nt h es u r f a c eo f t h eg r a p h i t ee l e c t r o d eb ye l e c t r o p o l y m c r i z i n gl u m i n o la n dt h e s em e t a li o n si nt h ea c i d i c m e d i u m t h e n ，i tw a sf u r t h e rf o u n d ，c o m p a r e d1 0o t h e rr e s u l t i n gf i l m s ，t h ec o m p o s i t i n g f i l m sm a d ef r o mp o l y l u m i n o la n dn i 2 + p r e s e n t e dt h eb e t t e re l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n e e i l l ( e c l ) a n a l y t i c a lp e r f o r m a n c ef o ru r e ab a s e do ni t ss e n s i n ge f f e c tf o rw e a ke c ls i g n a l o fe l e c t r o o x i d a t i o np o l y l u m i n 0 1 b a s e d0 1 1t h e s ef i n d i n g s ，an o v e le c lm e t h o df o rt h e d e t e r m i n a t i o no fu r e ai nu r i n es a m p l e sw a sd e v e l o p e d ，a n dan e wi d e at oi m p r o v et h e e c la n a l y t i c a lp e r f o r m a n c e so fp o l y l u m i n o lb yc o m p o s i t i n gm e t a li o n sw a sa l s o p r o p o s e d u n d e rt h eo p t i m u me x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ，t h ee c lr e s p o n s er e g r e s s e d l i n e a r l yt ot h ec o n c e n t r a t i o no fn r e aw i t h i nt h er a n g ef r o m2 0 xi 妒g m lt 0 1 o xl 妒 g m l w i t h a d e t e c t i n g l i m i t o f l 7 x 1 0 ”g m l ， 2 t h e i n v e s t i g a t i o n o ft h ee l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n e ep e r f o r m a n c e so ft h e c o m p o s i t i n gf i l m so f 。p o l y l u m i n o lw i t ho r g a n i cc o m p o u n da n di t sa n a l y t i c a l a p p l i c a t i o n b a s e dt h ee l e c t r o p o l y m e r i z i n gm e t h o d ，t h ec o m p o s i t i n gf i l mo fp o l y l u m i n o la n d o r g a n i cc o m p o u n d s ，c a nb ef a b r i c a t e do nt h eg r a p h i t ee l e c t r o d es u r f a c e t h e n ，i tw a s f u r t h e rf o u n dt h er e s u l t i n gf i l m sc a l lb ee n h a n c e db yh y d r o g e np e r o x i d es t r o n g l yi n a l k a l i n es o l u t i o n b a s e do nt h e s ef i n d i n g s ，an o v e lm e t h o df o rt h ed e t e r m i n a t i o no f h y d r o g e np e r o x i d e i nr a i n w a t e rw a sd e v e l o p u n d e rt h e o p t i m u me x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s ，t h ee n h a n c i n ge c li n t e n s i t yw a sl i n e a rw i t ht h eh y d r o g e np e r o x i d e c o n c e n t r a t i o ni nt h e r a n g e o ft h e1 0 x 1 0 m o l l t 0 1 0 x 1 0 。o m o l - l ( c o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t ，o 9 9 7 0 ) a n dt h ed e t e c t i o nl i m i tf o rh 2 0 2w a s6 】0 m o l l ， k e yw o r d ：e l e c t r o g e n e r a t e dc h e m i l u m i n e s c e n c e ；p o l y l u m i n o l ；e l e c t r o p o l y m e r i z e 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其它个人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得陕西师范大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 作了明确说明并表示谢意。 作者签名：象硷日期：j 司悼 学位论文使用授权声明 本人同意研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属陕西师范大 学。本人保证毕业离校后，发表本论文或使用本论文成果时署名单位仍为陕西师 范大学。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其它指定机构送交论文的电 子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校 图书馆、院系资料室被查阅：有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索； 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。 作者签名：雍拴 日期：圭翌2 缉。 垃 第一部分综述 鲁米诺电化学发光体系分析应用研究进展 一、引言 电化学发光，或称电致化学发光( e l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n c eo re l e c t r o g e n e m t e d c h e m i l u m i n e s c e n c e ，e c l ) 分析法是通过电极对含有化学发光物质的某化学体系 施加一定的电压或通过一定的电流，以致产生某种新物质，该物质能与发光物质 反应并提供足够的能量，使得发光物的基态电子跃迁到激发态，当其返回基态时 而发生的光辐射；或者利用电极提供能量使发光物进行氧化还原反应，生成某种 不稳定的中问态物质，该物质迅速分解而导致的光辐射l j - 2 1 ，它是一种通过检测发 光信号从而实现分析物测定的发光分析方法，是电化学与化学发光分析相结合的 产物。 电化学发光分析方法除了具有化学发光( c h e m i l u m i n e s c e n c e ，c l ) 分析法的 许多优点如灵敏度高( 检测限可达1 0 - j z 1 0 。1 5m o l l ) 、线性范围宽( 可达3 - 6 个 数量级) 及仪器简单1 3 5 i 等特点之外，还具有自身优于化学发光的一些特点1 6 。_ 7 l ，如： ( 1 ) 可控制性强：电化学发光反应是由电化学反应引发的，参加电化学发光反应 的物质是在电极表面产生从而进行下一步的化学发光反应的，因此可以通过对电 极上施加电位的调节来控制电化学发光反应的进行，在一定程度上可以提高电化 学发光分析法的选择性；( 2 ) 便于检测；电化学发光反应的发生空白j 区域是在电 极表面附近的反应层中，具有确定的发光信号产生区域，更有利于发光信号的检 测，因此可以最大程度地进行光的采集和检测从而获得更高的灵敏度；( 3 ) 不稳 定试剂的现场生成；许多反应活性高但不稳定( 如自由基和反应中问体等) 的物 质可以在电极表面产生，将其应用于电化学发光分析之中，从而丌拓出新的发光 分析特性，同时拓宽了化学发光分析方法的研究和应用范围i s 4 9 ) 。 1 电化学发光现象的发展历史 电化学发光现象可以追溯到1 9 世纪。1 9 2 9 年，h a v e f y 在碱性溶液中电解 鲁米诺时，发现了鲁米诺在阴阳两极上的发光现象，从此拉丌了电化学发光分析 研究的序幕“。然而，在其最初发展的三十多年间，由于研究手段的缺陷，电化 学发光的发展速度缓慢。到了2 0 世纪6 0 年代，随着电子技术的迅猛发展，使 得高灵敏度的光电传感器件得以诞生，这就为化学发光分析和电化学发光分析的 研究提供了有力的工具，从而使电化学发光分析得到了发展的机会。 1 9 6 3 年，美国的k u w 卸a 等人i 引j 率先利用脉冲电压研究了铂电极上鲁米诺 电化学发光的动力学和发光机理，使人们对鲁米诺电化学发光反应机理有了更深 入的认识和了解，与此同时人们发现除了鲁米诺体系之外，一些稠环芳烃类物质 也可在合适的条件下产生电化学发光，从而激起电化学发光研究工作者对研究稠 环芳烃类物质电化学发光的兴趣”“。红莹烯、芘类化合物、呋哺、吲哚类、葸及 其衍生物等的电化学发光现象先后也被揭示”1 进入2 0 世纪7 0 年代，随着电 子技术水平的提高，电化学发光分析的研究范围愈来愈广。随着集成电路的广泛 使用，电化学发光仪器有了很大的改进，除在脉冲信号发生器的线路上有所改进 外，而且已开始使用多种脉冲信号，如线性扫描、正矩形扫描、双阶跃脉冲等。 仪器的发展也提高了检测的灵敏度和信噪比。此外电极系统也有所改进，除了应 用传统的固定电极外，旋转环盘电极的使用也开始应用于电化学发光的研究“。 这时期除研究各种芳烃化合物的电化学发光外，还发现了许多额体系，如在h 2 s 0 4 和h c l 0 4 中u 0 2 2 + 的电化学发光现象和h 2 s 0 4 中t 护+ 、d y 3 十的电化学发光现 象【2 6 】。 到8 0 年代以后，人们开始将电化学发光分析法应用于有机物、无机物分析 中 z - z 5 l 。与此同时，电化学发光开始与流动注射分析( f i a ) 、高效液相色谱 ( h p l c ) 和毛细管电泳( c e ) 等分离技术联用，提高了发光信号的重现性和稳定 性，为其随后的实际应用打下了良好的基础”。联吡啶钉电化学发光应用于草酸、 胺类化合物、氨基酸、n a d h 、丙酮酸的测定也是八十年代的重大发现之一”。 固定于n a t i o n 修饰电极的联吡啶钉的电化学发光也开始得到研究”“。8 0 年代木 期，电化学发光成像( e l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n c ei m a g i n g ) 的出现为用电化学发光 方法研究电化学反应机理提出了新的思路，可以用电化学发光手段直观地研究非 均相电极表面电化学活性物质的浓度分布情况”“，以及盘电极上非均匀性电流 密度的分布特性”“。 2 0 世纪_ 9 0 年代，电化学发光的仪器装置( 如发光信号的监测装置) 以及用 于电化学发光分析研究的电极材料和光信号的传导材料等都得到了进一步的发 展，这些发展更加拓宽了电化学发光这一分析方法的研究领域。促进了电化学发 光分析方法的实际应用。光透电极( i t o ) 的使用及其与光导纤维技术的结合，使 电化学发光信号的监测更为简便j ，为远距离分析任务的完成奠定了基础；微电 极及超微电极的使用，使电化学发光分析适用于生物活体分析的前景更加诱人1 3 5 】： 阵列电极( b a n da r r a ye l e c t r o d s ) 技术1 3 6 l 以及超声技术等在电化学发光分析研究之 中的使用p ”，使电化学发光分析的特性得到了迸一步的提高，为屯化学发光分析 技术的实际应用奠定了基础：扫描电化学显微镜( s e c m ) 及光谱技术的应用为电 化学发光机理的研究提供了更有力的证据”。电化学发光分析技术以其固有的优 2 势，成功地应用于免疫分析，p c r 分析，d n a 单分子分析，药物分析，超微量 和超痕量生物活性物质的分析以及活体分析等研究领域。章竹君教授等人首次将 电化学发光与溶出伏安法结合，提出了电位溶出化学发光分析( e l e c t r o c h e m i c a l s t r i p p i n gc h e m i l u m i n e s c e n c ea n a l y s i s ) 新方法p ”。由于结合了化学发光分析法和 电位溶出分析法二者的优点，无论灵敏度和选择性比两种方法都有很大的提高， 他们提出的电生试剂化学发光分析( c h e m i l u m i n e s c e n c e a n a l y s i s w i t h e l e c t r o g e n e r a t e dr e a g e n t s ) 已成功的用于过氧化氢、异烟肼、潘生丁、l 一多巴胺、 安乃近、肾上腺素等的测定。 进入新世纪，电化学发光分析方法己经在微流控分析系统、微阵列光化学传 感器、电化学发光传感器、纳米粒子的性质表征和分析特性的开发以及生物芯片 分析等研究领域取得了一定的进展。近年来，在新电化学发光试剂的合成和应用研 究方面，特别是电化学发光在免疫分析中的应用引起人们极大的研究兴趣。目前国 内研究比较多的单位有福州大学，长春应用化学研究所，华东师范大学，陕西师范 大学等。陈国南等对金属配合物和原予簇的电化学发光及其应用作了评价1 ，徐 国宝等对电化学发光的应用作了较全面的评述”“。章竹君综述了电位溶出电化学 发光的进展”“。目前，电化学发光分析正处在一个快速发展的阶段，与其它技术 和各种方法的结合将使电化学发光更具有活力和实用性。国内外电化学发光研究 的专家学者已经对电化学发光分析方法给予了足够的关注和青睐，该方法已经深 入到环境分析、食品分析、免疫分析和药物分析等众多科学研究领域，并极大地 推动了生命科学的研究。 2 电化学发光反应类型及其应用 按照电化学发光反应机理，可分为四种类型，即多环芳烃类、氧化物的阴极 发光、金属络合物类化合物和酰肼类等，以下详细说明各类的反应机理及其在分 析化学上的应用。 。 2 1 多环芳烃类的电化学发光 这类化合物e c l 最早报道于6 0 年代中期1 4 纠6 】，其代表物质为9 ，1 0 二苯基 蒽( d p a ) 。当电极施加币负阶跃脉冲电位时，电极附近产生正负自由基离子，并 发生自由基湮灭反应，以单重激发态的形式( s - 路径) 而发光1 4 ”。 d p a e 。+ d p a 十电极氧化 d p a 上e - _ d p a - 电极还原 d p a - + + d p a - 一+ d p a + 1 d p a * 自由基湮灭 i d p a * - d p a + h v = 5 1 2 n m 另外一种情况是电极旌加正负双阶跃脉冲电位时，电极表面同样产生正负离 子自由基。所产生的正负离子自由基之间也发生自由基湮灭反应，但反应的能量 较低，只能产生三线态激发态，两个三线态激发态相互作用再生成一个单线态激 发态。当该单线态激发态回到基态时产生化学发光。典型例子是9 ，1 0 - - - 苯基葸 ( d p a ) - n n , n ，n 一四甲基一对苯二胺( t m p d ) 体系1 4 8 1 ，发光机理可表示如下： t m p d e t m p d t d p a + e d p a ： 电极氧化 电极还原 t m p d + 4d p a ：_ t m p d + 3 d p a * 2 3 d p a _ d p a + i d p a * 自由基湮灭 d p a * _ d p a + h v化学发光 多环芳烃的电化学发光反应多要求非水介质如乙腈、二甲酰胺、苯甲氰等， 以季铵盐为电解质，并要求体系除氧和杂质。所以该体系类型的反应在分析化学 上的应用受到限制，所报道的文献多是自由基湮灭反应机理或电化学发光反应效 率测定的研究。 2 2 氧化物修饰的阴极发光 水溶液中的阴极发光现象最早报道是18 9 8 年。阴极发光反应机理有过一 些报道和综述1 5 0 5 ”。在焦硫酸盐体系中，焦硫酸根离子从电极的导电区得到一个 电予，还原成硫酸根自由基离子： $ 2 0 8 2 e s 0 4 + s 0 4 。 如果自由基配对的标准还原电位接近于价键能带。则它有可能从价键能带中 获取个电子，相应的等同于向该价键注入一个空穴。因此从导电区向该价键空 穴转移电子过程中，有对应于这种半导体键穴能量波长的光辐射产生，在不少的 情况下，某些无机离子和有机化合物会在氧化铝表面的羟基形成稳定的鳌合物， 4 从而改变了电极的表面状态。这时他们的发光所需能量较键穴转移能量低，故称 之为“阴极次键穴电致化学发光”。除c u ( 1 i ) 离子外，h g ( i ) 、h g ( i i ) 、，n ( i ) 和 a g ( i ) 的存在都能得到发光。利用氧化物涂抹铝电极可以测定d y ( 1 1 1 ) 、t e ( 1 1 1 ) 、 s m ( 1 i i ) 和l a ( 1 1 1 ) ，水杨酸和一些多环芳烃化合物i s 2 - 5 9 。 2 3 金属族无机离子配合物的电化学发光 这类化合物主要是联毗啶类【m ( b p y ) 3 ”】化合物如r u ( b p y h z + 、o s ( b p y ) 3 2 + 、 c r ( b p y ) 3 2 + 等。这类化合物的代表是r u ( b p y h 2 + ，它具有水溶性好，试剂稳定，发 光效率高等优点，在测定氨基酸 6 0 - 6 、肽6 2 1 、醇类6 3 1 等含氧、含羟基化合物中有 不少的研究报道。 r u ( b p y ) 3 2 + 的化学发光最早于1 9 6 6 年被l y t l e l 6 4 1 等发现。一般认为r u ( b p y ) 3 2 + 电化学发光是由于激发态的r u ( b p y b 2 + 产生所致，其发光波长为6 1 0n m l 6 5 i 。 b a r d 曾利用草酸和焦硫酸盐体系测定r u ( b p y ) 3 2 + ，灵敏度高达1 0 ”m o t l ，并提 出利用r u ( b p y ) 3 2 + 作为标记发光物的设想。1 9 8 7 年d a n i e l s o n l 6 6 1 发现r u ( b p y ) s 2 + 与烷基胺的电化学发光，指出电化学发光强度与胺本身的结构有关。这一发现激 发了人们对利用r u ( b p y ) 3 ”体系测定生命重要物质氨基酸，肽以及蛋白质的兴趣， 并利用衍生法改变氨基酸的结构提高了方法的灵敏度。由于r u ( b p y ) 2 + 容易利用 联吡啶配位体标记蛋白质、核酸等物质，k e n t e n l 6 7 - 6 s 1 等利用这一特征进行免疫分 析及d n a 探针方面的应用研究。 2 4 酰肼类化合物的电化学发光 这类化合物在化学发光中得到广泛的研究与应用，其代表化合物为鲁米诺。 h a r v e y 在1 9 2 9 年首先报道了碱性水溶液中鲁米诺的电化学发光。由于这类化合 物具有发光效率高，试剂稳定，反应在水相中进行，无需除氧等特点，因此广泛 应用于药物分析。它本身的电化学发光机理与化学发光机理非常类似。在碱性介 质中，鲁米诺先失去两个质子形成阴离子。该离子再在电极表面失去一个电子形 成鲁米诺自由基。该自由基与氧化剂反应产生光辐射1 6 9 。以h 2 0 2 为氧化剂时的 鲁米诺发光机理可表示如下： o n | ：旦二 j j h 可 甲。：旦： 1 1 j | r n i n n h 2o 醚一领) 一 n h 2 n h 2 h h 2 叙二一皎： 鲁米诺在分析方面的应用表现为两类。第一类，检测过氧化氢。例如葡萄糖、 胆碱与相应的酶反应产生过氧化氢，利用鲁米诺过氧化氢电化学发光体系检测所 生成的过氧化氢而问接的测定葡萄糖【7 0 】、胆碱、和羟基乙酸1 7 2 1 的含量。第二类， 基于对鲁米诺电化学发光强度的增敏或抑制作用。基于阿昔洛韦1 7 3 1 、多酚1 7 4 】、组 氨酸【7 5 】、诺氟沙星f 7 矾、半胱氨酸1 7 7 】等对鲁米诺弱电化学发光强度的增敏作用，儿 茶酚类物质1 7 8 j 和多巴胺1 7 9 1 对鲁米诺电化学发光强度的抑制作用，建立了测定上述 药物新方法。 鲁米诺的衍生物n ( 4 氨基丁基) n 乙基异鲁米诺( a b e l ) 和n ( 4 氨基己 基) n 乙基异鲁米诺( a h e i ) 在化学发光中已被证实是很好的标记发光物，但在 e c l 上的研究和应用还不多，安镜如等曾研究过a b e l 在k o h h 3 8 0 3 k c i 中的 e c l 行为，并利用a b e l 测定了人体绒毛膜促性腺激素 8 0 - 8 h ，方法的检测限为 1 3x 1 0 - 1 2 m o l l ，s a t o 8 2 l 等结合流动注射技术，分离并测定了鲁米诺、a b e l 、和 a h e i ，对a h e i 和a b e l 的标记技术在e c l 上的应用进行了初步的尝试。相 信随着这一类化合物e c l 灵敏度的提高，结合标记技术，它们在氨基酸、肽、 脂肪酸等生化物质以及免疫分析方面将会有广阔的应用前景。 二、鲁米诺电化学发光的反应机理 有关鲁米诺的电化学发光反应机理方面的研究不多，从已发表的文献分析， 归纳起来，只要有以下几种解释瞵爿： a 电极上产生的氧化物同发光物反应使之成为激发态 碱性介质中鲁米诺的电化学发光反应机理被认为是1 8 4 j ：在含氧的溶液中，通 过旋转环一盘电极施加双阶跃脉冲电位，由于电极的旋转在电极之1 日j 产生了层流 6 作用，使溶液中的0 2 在盘电极上还原成h 2 0 z ，而此时鲁米诺不被还原。 0 2 + 2 h + 一h z o z h 2 0 2 喾h o o + 旷 碱性溶液中鲁米诺发生如下解离： 0 h + h + ( e r f - 0 7 0 v 1 ( p k a = l1 6 5 ) - w + 矿 氧化还原反应是发生在双阶跃正脉冲时的环电极上： h o o 三h o o + 土0 2 + h + ( e p , = - o 1 0 v ) p t + h 2 0 一p r o + 2 h + ( e p 2 0 5 0 r ) 当长卜 斟ci2 o z ：当长j ：三 一h + + h nh：zo - 一一筻+ 0 o 受一髭凇细， 而文献1 8 5 】报道的a b e l 的电化学发光是由于电极上产生c i o 。离子，分解成具 有较强氧化能力的【o 】，氧化a b e l 而导致发光。 b 发光物直接接收电极提供的能量生成激发态或自由基离子 安镜如等人提出在含有鲁米诺的碱性介质中施加正矩形脉冲时，鲁米诺的电化学 发光机理如下1 8 6 l ： 当6 6 3 4i ( a ) o( b ) ”0 0 ( c ) 0 鲁米诺在碱性介质中与o h 。作用，继面在电极上被氧化成c ) ，而( c 中- n = n 键级增大，而c n 键级减小，这样有利于c n 键的断裂和一n = n 一以n 2 的 s 形势脱离母体，产物为激发态的3 氨基邻苯二甲酸根，从而导致发光。 c 近年来提出的一些新见解 林祥钦h7 】等提出一种使用循环伏安( c v ) 扫描电位下的电化学发光研究方 法，发现碱性鲁米诺体系在玻碳电极( g c e ) 上呈现2 个阳极发光峰( 在o 4 9 v ， 0 7 5 v ) 。结合c v 、一阶循环伏安、c 】_ 离子影响等分析，提出了5 通道p r e c l 机 理假设：( 1 ) 鲁米诺在g c e 上氧化发光；( 2 ) h 2 0 2 促进鲁米诺在g c e 电极上氧 化发光；( 3 ) 0 2 在g c e 上阴极发生的h 2 0 2 ，h 2 0 2 氧化鲁米诺发光；( 4 ) p t 电极 上电生的p r o 氧化鲁米诺发光：( 5 ) p t 电极上的 o l 氧化鲁米诺发光。 皎n h 2 o , ：冀寺& 8 v 三一 t a - v - w & 叫：，s叫，8。r 旭 ( 1 ) 在铂电考疑上。 c l - + 2 0 h - = c i o - + h 2 0 ( e p = o 2 5 v ) l h 一= 一l h = ；i ；! ! ；= l - +( e p = o 2 4 ，p k a - = ) - 3 ) 十h p t + 2 0 h 土p r o + h 2 0 ( e p = o 4 9 v ) 2 l 。+ 3 p r o + 3 h 2 0 + 3 p t + 6 0 h + 2 a p 2 + l i g h t 2 0 h 。+ 【o 】十h 2 0 ( e p = 0 7 5 v ) l 2 + 2 1 0 1 ( 2 ) 在玻碳电极上： 9 + n 2 + l i g h t 罡。 噬* 寺酏一一 j i a p 一妇h 0 2 + h 2 0 + 2 e 。_ + o o h 。+ o h ( e p = o ，6 2 v ) c 0 2 + + o o h 。+ c o - o o h + 一皎n h 20 ：扣- 酯c 。：嚣一皎蠢 a p 2 。一l i g h t d 在中性体系中鲁米诺电化学发光机理 鲁米诺电化学发光在碱性环境中的研究报道较多，而在与生物体系相关的中 性介质中研究。文献报道的很少。屠一锋等人进行了中性体系鲁米诺电化学发光 的深入研究，认为在中性体系鲁米诺电化学发光过程中，卤素离子不仅起到了支 持电解质的作用，并且是作为一种反应物参与了反应。推测的可能机理如下1 8 8 j ： 在反应过程中，包括三个过程： ( 1 ) 自由基形成过程。卤素离子x 氧化为自由基x 一，同时鲁米诺阴离子氧化为自 由基l 一。( 2 ) 自由基湮灭过程。自由基| 日j 发生能量转移，卤素自由基回到基念x 一， 鲁米诺自由基转化为激发态l ”。( 3 ) 激发念的鲁米诺离子以光辐射的形式释放能 量，转变为3 一氨基邻苯二甲酸根离子，完成一次电化学发光过程。 三、鲁米诺电化学发光体系在分析化学中的应用 鲁米诺电化学发光体系除具有电化学发光方法普遍所具有的灵敏度商、重现 性好、发光反应可控制性强等优点外，还具有发光量子产率赢、氧化电位低、试 剂稳定、对溶液中的氧气等杂质的“容忍”程度强等自身特有的优点，因而受到人 1 0 尸zozb 。，撵 一 叫1 人 j - o酲。 们的广泛关注。目前，鲁米诺电化学发光体系已被成功的用于许多无机物和有机物 的分析，并取得了良好的分析特性。 1 无机物的测定 鲁米诺电化学发光体系对无机物的测定主要是基于无机物对鲁米诺电化学发 光体系的催化作用。1 9 8 0 年，芬兰的h a a p a k k a t 8 9 1 等发现在含有鲁米诺的甘氨酸 介质中，痕量的c u 2 + 对鲁米诺电化学发光具有催化作用，测定c u ”的线性范围 为1 1 0 1 6 1 0 4 m o l l ，只有h g ( 1 i ) ，v b ( i i ) ，m n ( i i ) 等离子干扰较严重。对 于c o ( 1 j ) 的测定，他们亦作了较为详细的研究，在n a c i h 3 8 0 3 - n a o h ( p h = 1 0 ) 体系中，c o ( 1 i ) 潦9 定的范围为3 1 0 6 2 x l f f 7 m o l l ，而在n a c i 一甘氨酸缓冲介质 中，测定的线性范围增大至l 1 0 0 6 1 0 击m o l l ，检测限达o 1 3 g m l 。 h a a p a k k a l 5 3 - 5 4 1 等人还采用氧化膜铝电极阴极电化学发光法测定水溶液中痕量的铜 ( 5 x 1 0 母m o l l ) 和铊( 1x 1 0 o t o o l l ) 。z h a n g l 9 0 j 等人把电化学溶出伏安法与化学发 光技术相结合也成功测定了水样中的c u 2 + 离子浓度，线性范围为0 0 4 4 0 g ，l ， 检测限为0 0 2p g ，乙，该方法无论是灵敏度还是选择性均优于普通的化学发光法。 a t w a t e r 等川在硼硅酸盐玻璃管中以7 5 1 0 6u m 的m n 0 2 超微粉担载鲁米诺制 备出固相发光床，利用电催化引发d 型葡萄糖和0 2 反应生成h 2 0 2 ，从而在适 当p h 值条件下测定水中0 2 的浓度，线性范围为o 1 0m g l ，该方法有望用于 天然矿泉水和污水中溶解氧的测定。 国内外对鲁米诺电化学发光体系的研究和应用大多都集中在各种不同的电极 材料上电氧化鲁米诺进行发光分析的研究，郑行望l 叼等人研究发现，当传统的碳糊 电极中含有少量的c t m a b 时，鲁米诺在该修饰电极上的弱电化学还原电化学发 光信号可被h 2 0 2 所增敏。据此建立了一种新的测定过氧化氢的电化学发光分析 方法。研究结果进一步表明该方法与基于电氧化鲁米诺电化学发光法相比，因多 数物质不能和鲁米诺在还原条件下所发光，所以该体系在测定条件下所受到的干 扰较少，显示出较好的选择性。他们还分别利用铁0 1 1 ) - 与邻菲哆啉形成的配合物( f e ( o p h e n ) 3 3 + ) 和钼( ) 在碱性介质中对鲁米诺电还原发光信号有强的增敏作用，从而 建立了一种的测定铁( 1 1 1 ) 和钼的电化学发光方法1 9 3 - 9 4 j 。 近年来，化学修饰电极是电分析化学研究十分活跃的领域，目前，有关化学 修饰电极的工作主要集中在分析物的分离富集、电催化氧化一还原和生物化学传感 器的构建等方面【9 孓”