（分析化学专业论文）流动注射化学发光分析系统的构建及其应用研究.pdf

摘要 摘要 i i i l i llll u l li i i i i i ii ll li il y 17 7 9 3 3 1 化学发光分析是根据化学反应产生的光辐射 化学发光强度 确定物质含量 的一种痕量分析方法 化学发光分析具有灵敏度高 线性范围宽 分析速度快以 及仪器设备相对简单便宜等优点 将其与流动注射技术 f l a 的快速分析和高精 度相结合使之成为一种有效的痕量分析技术 因而流动注射一化学发光分析系统 已经成为现代痕量分析中一个十分活跃的研究和应用领域 目前 该分析系统在 痕量金属离子 无机阴离子 生物分子 致癌物质 药物化学 环境科学及临床 医学等方面得到了广泛的应用 本报告共七章 第l 章综述了流动注射技术的基本原理和联用现状 化学发光的基本原理 常用的发光体系 为克服其选择性差的缺点 与分子识别材料 分子印迹材料的 联用进展 第2 章流动注射 化学发光分析系统的构建 构建了流动注射化学发光分析系统一套 包括恒流泵 十六孔八通注样阀 流通式反应器及微弱发光测量仪 第3 章基于过二碘酸合铜 i i i 抗坏血酸化学发光体系流动注射化学发光法 分析马来酸麦角新碱 基于碱性介质中 抗坏血酸能增敏二高碘酸合铜 i l i 能氧化马来酸麦角新碱 而产生化学发光 建立了测定马来酸麦角新碱含量的新方法 相对化学发光强度 与马来酸麦角新碱浓度在4 x 1 0 9 4 x l o g m l j 范围内呈良好的线性关系 方法的 检出限为i 1 x l o 一9 9 m l 1 3 回 对浓度为8 x l o 9 9 m l 1 马来酸麦角新碱溶液连续测 定7 次 相对标准偏差为2 1 该方法用于测定针剂及血清样品中马来酸麦角 新碱的含量 加标回收率在9 8 5 1 0 4 0 之间 方法满足实际样品分析的需求 并探讨了该体系的发光机理 第4 章基于鲁米诺 过二碘酸合铜 i i i 化学发光体系的流动注射化学发光法 分析盐酸林可霉素 摘要 基于碱性介质中盐酸林可霉素能够增敏鲁米诺 1 u m i n 0 1 k 5 c u h 1 0 6 2 的 化学发光 建立了测定血清中盐酸林可霉素含量的新方法 化学发光强度与盐酸 林可霉素浓度在l 1 0 5 l o 击g m l 1 范围内呈良好的线性关系 方法的检出 限为3 5 1 0 9gm l 1 3 0 对浓度为5 l o 8gm l 1 盐酸林可霉素溶液连续测定7 次 相对标准偏差为1 7 该方法用于血清中盐酸林可霉素的含量测定 加标 回收实验结果令人满意表明该方法满足实际样品分析的需求 第5 章基于鲁米诺 二过碘酸合铜 i i i 化学发光体系的流动 注射化学发法分 析硫酸阿米卡星 基于碱性介质中硫酸阿米卡星能够增敏l u m i n 0 1 k 5 c u h 1 0 6 2 的化学发光反 应 结合流动注射技术 建立了测定血清中硫酸阿米卡星含量的新方法 化学发 光强度与硫酸阿米卡星浓度在4 l o 一一4 1 0 6 9m l 1 范围内与呈良好的线性关 系 方法的检出限是1 2 x 1 0 矽g m l 1 3 0 对浓度为8 x l o 母gm l 硫酸阿米卡星溶 液连续测定9 次 相对标准偏差为2 1 该方法用于血清中硫酸阿米卡星的含 量测定 加标回收率在9 7 1 0 6 3 之间 满足实际样品分析的需求 第6 章基于鲁米诺 二过碘酸合铜 i i i 化学发光体系的流动 注射化学发法分 析莱克多巴胺 基于碱性介质中莱克多巴胺能够增敏l u m i n o l k 5 c u h 1 0 6 2 的化学发光反 应 结合流动注射技术 建立了测定莱克多巴胺含量的化学发光方法 化学发光 强度与莱克多巴胺浓度在l 1 0 一一1 1 0 石g m l 范围内与呈良好的线性关系 方 法的检出限是3 1x l o 1 0 9 m l 1 3 0 对浓度为5 x l o 9 9 m l 1 莱克多巴胺溶液连续测 定9 次 相对标准偏差为1 3 第7 章分子印迹涂层的制备与应用初探 为克服传统分子印迹聚合物固有的传质阻力大的缺点 本研究合成分子印迹 聚合物涂层 使之具有均匀 传质阻力小的优点 扩宽分子印迹技术在化学发光 分析中的应用 本研究采用表面聚合法在玻璃毛细管内壁制备莱克多巴胺分子印 迹吸附涂层 研究了涂层的制备条件 开发适用于化学发光分析中的分子识别材 料 后续实验工作还在进行当中 2 a b s t r a c t a bs t r a c t 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 do nt h ee m i s s i o nd u r i n gs o m ec h e m i c a l r e a e t i o n s i sat e c h n i q u ef o rt h ed e t e r m i n a t i o no ft r a c ea m o u n t ss p e c i e s d u et oi t s h i g hs e n s i t i v i t y w i d el i n ea r r a n g e r a p i d i t y s i m p l i c i t ya n dr e l a t i v e l yl o wc o s t c h e m i l u m i n e s c e n c ea n a l y s i sh a sf o u n da p p l i c a t i o ni na s s a yo ft r a c ea m o u n t so fm e t a l i o n s i n o r g a n i ca n i o n s b i o l o g i c a lm o l e c u l e sa n dc a n c e r c a u s i n gs p e c i e s a n di n p h a r m a c e u t i c a lc h e m i s t r y e n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea sw e l la sc l i n i c a lm e d i c i n e t h et h e s i sc o n s i s t so fs e v e nc h a p t e r s t h ef i r s to n ei sr e v i e wd e a l i n gw i t hn o to n l yt h ef u n d a m e n t a lo ff l o wi n j e c t i o n t e c h n o l o g ya n dc h e m i l u m i n e s c e n c ea n a l y s i s e e n e e i n p h a r m a e e u t i e a l a n a l y s i s b u ta l s o t h ed e v e l o p m e n to fh y p h e n a t e dt e c h n i q u ew i t hm o l e c u l a ri m p r i n t e dt e c h n o l o g y t h es e c o n do n ei sf o c u so nt h es e t u po ft h ef l o wi n j e c t i o n c h e m i l u m i n s e c e n c e a n a l y s i ss y s t e m w h i c hc o n t a i no fp e r i s t a l t i cp u m p s s a m p l e i n j e c t i o nv a l v e s f l o wc e l l a n dw e a kl u m i n s e c n c ed e t e c t o r t h et h i r do n ei sn a m e d an o v e lc h e m b u m i n e s c e n c e s y s t e r m f o r d e t e r m i n a t i o no f e r g o m e t r i n e m a l e a t eb a s eo nt h eo x i d a t i o no f d i p e r i o d a t o c u p r a t e 1 1 1 i na l k a l i n e c o n d i t i o n i nt h es e c t i o n an o v e lf 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 f i c l m e t h o dw a sp r o p o s e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no f e r g o m e t r i n em a l e a t ei ns e r u m t h en e wc lr e a c t i o nw a sb a s e do nt h ed i r e c t l y o x i d a t i o no f e r g o m e t r i n em a l e a t eb yt h ec o m p l e xo fm e t a lc h e l a t ed i p e r i o d a t o c u p r a t e 1 1 1 k 5 c u h 1 0 6 2 i na na l k a l i n em e d i u m t h ec li n t e n s i t yw a se n h a n c e di nt h e p r e s e n c eo f a s c o r b i ca c i d h e r e b yu n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n s e r g o m e t r i n em a l e a t e w a sd e t e r m i n a t e do v e rt h er a n g eo f4 0 10 9g m e 1t o4 0 x10 7g m l 1w i t hal i m i t o fd e t e c t i o n 3 0 o f1 1 10 9g 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 r s d w a s 2 1 f o r8 0 10 9gm l 1e r g o m e t r i n em a l e a t e n 7 t h es e n s i t i v em e t h o dw a s s u c c e s s f u l l ya p p l i e dt ot h ed i r e c td e t e r m i n a t i o no fe r g o m e t r i n em a l e a t e n gm u i n p h a r m a c e u t i c a li n j e c t i o na n ds e r u ms a m p l e s t h em e c h a n i s mo ft h er e a c t i o n sw a s a l s od i s c u s s e d i a b s t r a c t t h ef o u r t ho n ei sn a m e daf 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 rt h e d e t e r m i n a t i o no fl i n c o m y c i ni ns e r u mu s i n gd i p e r i o d a t o c u p r a t e 1 i i 一l u m i n o l s y s t e m i nt h es e c t i o n an o v e lt r i v a l e n tc o p p e r p e r i o d a t ec o m p l e x k s c u h 1 0 6 2 d p c h a sb e e na p p l i e di nl u m i n o l b a s e dc h e m i l u m i n e s c e n c e c l r e a c t i o n c o u p l e d w i t h f l o w i n j e c t i o n f i t e c h n o l o g y t h e f i c lm e t h o dw a sp r o p o s e df o rt h e d e t e r m i n a t i o no fl i n c o m y c i nh y d r o c h l o r i d e t h ec lr e a c t i o nb e t w e e nl u m i n o la n d d p cw a so c c u r r e di na na l k a l i n em e d i u m t h ec li n t e n s i t yc o u l db e g r e a t l y e n h a n c e db yl i n c o m y c i nh y d r o c h i o r i d e t h er e l a t i v ec li n t e n s i t yw a sp r o p o r t i o n a lt o t h ec o n c e n t r a t i o no fl i n c o m y c i nh y d r o c h l o r i d ei nt h er a n g eo f1 1 0 8 5 1 0 6 g m l la n dt h ed e t e c t i o nl i m i tw a sa tt h e3 5 1 0 9g m l 1l e v e l t h er e l a t i v es t a n d a r d d e v i a t i o na t5 1 0 8g m l lw a s1 7 n 9 t h es e n s i t i v em e t h o dw a ss u c c e s s f u l l y a p p l i e dt ot h ed i r e c td e t e r m i n a t i o no fl i n c o m y c i nh y d r o c h l o r i d e n g m l 一1 i ns e r u m a p o s s i b l em e c h a n i s mo ft h el u m o n o l d p cc lr e a c t i o nw a sd i s c u s s e db yt h es t u d yo f t h ec lk i n e t i cc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h es p e c t r ao fc lr e a c t i o n t h eo x i d a b i l i t yo fd p c w a ss t u d i e db ym e a n so fi t se l e c t r o c h e m i c a lr e s p o n s e t h ef i f t ho n ei sn a m e d an o v e ic 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 n o fa m i k a c i ns u l f a t eb a s eo nl u m i n o l d i p e r i o d a t o c u p r a t e 1 1 1 s y s t e r mi na l k a l i n e c o n d i t i o n i nt h es e c t i o n an e wc h e m i l u m i n e s c e n c em e a t h o df o rd e t e r m i n a t i o no f a m i k a c i ns u l f a t ew a sb u i l t b yc o m b i n i n g w i t hf l o w i n j e c t i o nt e c h n o l o g y t h e c h e m i l u m i n e s c e n c e c l r e a c t i o no fl u m i n o lw i t hd i p e r i o d a t o c u p r a t e 1 1 1 i na l k a l i n em e d i u m c a nb ee n h a n c e db yt h ep r e s e n to fa m i k a c i ns u l f a t e t h ec o n c e n t r a t i o nr a n g eo fl i n e a r r e s p o n s ei s4 x 1 0 9 4 x 1 0 击g m l t h ed e t e c t i o nl i m i ti s 1 2 1 0 9g m l 1 3 0 w i t har e l a t i v e s t a n d a r dd e v i a t i o no f2 1 f o rt h ed e t e r m i n a t i o no f8 0 x10 9 9 m l 1o f a m i k a c i ns u l f a t en 7 t h ep r o p o e dm e t h o dh a db e e np r o v e dav e r ys e n s i t i v ea n ds i m p l em e t h o dw h i c hw a s s u c c e s s f u l l ya p p l i e dt od e t e r m i n ea m i k a c i ns u l f a t ei ns e r u m t h es i x t ho n ei sn a m e d an o v e lc h e m i l u m i n e s c e n c em e t h o df o r d e t e r m i n a t i o no fr a c t o p a m i n eb yu s i n gt h el u m i n o l d i p e r i o d a t o c u p r a t e 1 1 1 s y s t e r mi na l k a l i n ec o n d i t i o n i nt h es e c t i o n an e wc h e m i l u m i n e s c e n c em e a t h o d f o rd e t e r m i n a t i o no fr a c t o p a m i n ew a sb u i l tb yc o m b i n i n gw i t hf l o w i n j e c t i o n i i a b s t r a c t t e c h n o l o g y t h ec h e m i l u m i n e s c e n c e c l r e a c t i o no fl u m i n o lw i t hd i p e r i o d a t o c u p r a t e i i i i na l k a l i n em e d i u mc a nb ee n h a n c e db yt h ep r e s e n to fr a c t o p a m i n e t h e c 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 ei slxl0 9 一lx10 6 9 m l t h ed e t e c t i o nl i m i ti s 3 0 1 0 1 0g m l 1 3 0 w i t har e l a t i v es t a n d a r dd e v i m i o no f1 3 f o rt h ed e t e r m i n a t i o n o f5 0 xl0 9 9 m l o fr a c t o p a m i n e n 7 t h es e v e n t ho n ei sn a m e d t h ep r e l i m i n a r ys t u d yo ft h ep r e p a r a t i o na n d a p p l i c a t i o no fm o l e c u l a ri m p r i n t e dm a t e r i a l i nt h es e c t i o n t h es u p e r f i c i a l p o l y m e r i z a t i o n h a sb e e nu s e df o rt h e p r e p a r a t i o no fr a c t o p a m i n em o l e c u l a r i m p r i n t e dc o a t i n g t h ec o a t i n gc a ns e l e c t i v ea b s o r bt h et a r g e tm o l e c u l er a c t o p a m i n e w ea l s os t u d i e dt h ep r e p a r a t i o nc o n d i t i o n sw i t hav i e wt oas u i t a b l ec o a t i n gf o rt h e c h e m i l u m i n e s c e n c ea n a l y s i s t h ef o l l o w u pe x p e r i m e n ti sc o n t i n u i n g 中山大学博1 后出站报告 胡玉斐 第1 章绪论 1 1 流动注射技术概述 流动注射分析 f l o wi n j e c t i o na n a l y s i s f i a 是1 9 7 5 年由丹麦学者j r u z i c k a 和e h h a n s e n 1 j 在s k e g g 工作的基础上 研究了连续流动分析存在的 些问题 吸收了高效液相色谱法的某些优点 首次命名的一种在非平衡状态下对待测样品 溶液进行高效处理 测定的方法 通常采用把一定体积的试样注入到无气泡问隔 流动试剂 载流 中的办法 保证了混合过程与反应时问的高度重现性 在非平 衡条件下高效率地完成了试样的在线处理与测定 该分析技术的提出打破了几百 年来分析化学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 在f i a 出现之前 充分的 均匀的混合及在此基础上所达到的物理的化学 平衡状态是溶液化学分析的最基础的观念之一 而对于那些例外的情况 如那些 无法在平衡状态下测定的化学反应 动力学测定 化学发光测定等 仍然要求试 样与试剂尽可能的实现均匀混合 在f i a 建立初期 r z u i e k a 和h a n s e n 就提出 f i a 与其它分析技术的区别在于三个要素 即试样的注入 高度重现的时问控制 和受控制的分散 2 方肇伦先生在1 9 9 2 年提出将该技术定义为 在热力学非平 衡条件下 在液流中重现的处理试样或试样区带的定量流动分析技术 1 3 1 该定 义将f i a 与连续流动分析从试样和试样区带的处理方式上加以区别 并强调了 f i a 是在非平衡的状态下进行操作和测定的 同时也区别于某些涉及流动当未必 达到完全平衡的分析技术如h p l c 流动注射分析技术在常规体积样品预处理的自动化 微型化和在线化方面引 起了革命性的变化 不仅极大提高了整个分析过程的效率 可靠性和分析速度 减少了样品的污染 也降低了样品及试剂的消耗和废液产量 更重要的是使某些 以往难以实现的手工操作成为可能且十分有效 4 j 流动注射分析具有操作简便 自动化程度高 分析速度快 节省样品 灵敏 度高 重现性好等优点f 在其迅速发展过程中 一系列操作技术和实验模式 应运而生 如合并区带技术 停留技术 间歇泵技术 流体注入技术 稀释技术 及流动注射梯度技术等 由于流动注射分析是通过流路进行溶液处理 可采用不 1 q 山大学博 后出站报告 胡禾斐 同类型的检测器进行测定 通过有效的流路设计 既可完成简单的进样操作 又 可实现在线分离 在线消化 在线预反应等较为复杂的溶液前处理和操作 使一 些传统的分析方法在分析性能方面得到显著提高 甚至实现整个分析过程的自动 化 流动注射分析方法的应用己渗透到分析化学的各个领域 1 2 流动注射分析的基本结构 基本的f i a 系统如1 1 所示由载流 c a r r i e r 驱动系统如蠕动泵 注射器 s a m p l e 叫e c t o r 或注样o 习 s a m p l ei n j e c t i o nv a l v e 反应器 r e a c t o r 流动式检测器 f l o w t h r o u g hd e t e c t o r 和信号读出装置组成 8 9 1 上 及胜襦位硼裙 图i 1 流动注射分析系统 将一定体积的试样溶液注入到以一定流速连续流动的载流试剂中 在流经反 应器管道时试样与试剂之间在一定程度上相混 相互渗透而形成一个个分散带 同时发生化学反应 反应的产物在流经检测器时被检测 记录仪读出为一组峰形 信号 见图1 2 即物理分散状态和化学反应状态的综合反应 一般以峰高为读出 值绘制校正曲线 并计算分析结果 在f i a 中试样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 时 分散状态都是高度重现的 因此可以得到重现良好的分析结果 与传统的化 学分析操作相比 既不需要均匀混合 也不需要达到化学平衡 这不仅在幅度提 高了分析速度而且有效地提高了分析方法的选择性和灵敏度 为实现连续自动化 分析奠定了基础 2 中山大学博上后出站报告 胡玉斐 扫描时间 图1 2 典型的f i a 记录峰 s 注样点 t 留存时间 a 峰顶读出位 b 峰坡读出位 1 3 流动注射分析的基本原理 在流动注射分析过程中 从试样溶液经过进样阀注入流动注射分析系统 直 到完成分析信号的检测为止 试样溶液 试剂溶液 载流三者之间经历了复杂的 化学处理和流动注射分析过程 物理分散过程 化学反应动力学过程 能量转换 过程 1 3 1 物理分散过程 物理分散过程 即载流 试剂溶液和试样溶液之间相互扩散 对流和混合的 过程 设计与控制试样分散和试剂的分散是所有f i a 的核心问题 影响试样分散 的因素主要包括注入试样 或试剂 体积 反应管长 管径 流速 试样溶液由进样阀注入后 在流动注射分析中所惯用的管道孔径 0 5 1 0 m m 及流速 0 5 5 0m l m i n 条件下 流体以层流形式向前流动 在流动注射分析中 试样区带中某一流体元的分散状态可以用分散系数d 来定量描述 1 0 分散系数 d 的定义为 在分散过程发生之前与之后 产生读出信号的流体元中待测组分的 浓度比 d c o c 1 1 c o 是试样未分散之前待测物浓度 c 是试样分散后的某段流体单元中的浓 度 在一般情况下 d 是一个大于1 小于无穷大的数值 因为经过分散 稀释 之后 c 不可能大于c d d 的物理意义是测定的流体区带中试样中待测组分被载 流稀释的倍数 当d 2 时 说明试样被载流以l l 比例进行了稀释 d i 2 的低 分散体系流动注射技术仅仅作为传输试样的手段 常应用于以离子选择电极 原 3 中山大学博上后出站报告 胡玉斐 子吸收和等离子体光谱为检测器的测定体系 d 2 1 0 的中分散体系 适当的分 散式为了保证试样和试剂间一定程度的混合促使反应正常进行 适用于多数基于 某种化学反应的光度测定 d 1 0 的高分散体系 多用于对高浓度试样的必要稀 释及f i 的梯度分析技术 改变区带分散程度的最有效途径是改变注入区带的体积 体积与分散系数d 的系可用下式表达 d c o c 1 一e x p 一v k 1 1 2 式中k 为与流路有关的常数 v 为注样体积 产生d 2 的注样体积v i 应能够 较好兼顾适当分散与高采样频率 其值是描述流动注射分析流路分散能力的重要 指 常用的流动注射体系v l 2 多在5 0 2 0 0p l 在一定流速下直管中注入的试样区带 其分散系数d 与管道长度l 基本符合 以经验式 d l kl 1 3 式中k 为主要取决于注样体积与管道孑l 径的常数 当体积小 孔径大时 k 值大 反之则小 当管道以米为单位计算时 k 值一般在0 2 3 当l 0 时 d i 当l 无限延长时 d 也趋向于无穷大 分散系数d 与反应器管道半径r 的关系基本遵从以下经验式 d i kr 3 陀 1 4 式中k 为与流动注射分析体系其它实验参数有关的常数 注样体积小 反 应管道长的流动注射分析体系k 值较高 反之较低 当r 以毫米计时 k 值一 般在o 1 3 之间 k a r l b e r g 与p a c e y 指出 对于一定的流动注射分析流路 流速变化在相当大 的范内 1 6 4 m l m i n 不影响分散系数 方肇伦等扩大了流速范围 o 6 1 4 8 m l m i n 并采用不同的注样体积 3 0 6 0 0 p l 通过大量的实验证实了k a r l b e g r 与 p a e c y 的结论 提出了对实践更有指导意义的结论 对于一定的流动注射分析系统 来说 载流流对注入试样 或试剂 区带的分散系数基本无影响 1 3 2 化学反应动力学过程 化学反应动力学过程即试剂溶液与被测定物质进行化学反应的过程 在流动 4 中山人学博 后出站报告 胡i 斐 注射分析管道中 试样和试剂存在着混合 分散和化学反应不完全的问题 即在 流体和化学反应方面均存在着动力学过程 1 3 3 能量转换过程 能量转换过程 即在检测器中将反应生成物的特征信号转换为电信号 最后 由显示器或记录处理结果 流动注射分析技术的能量转换是通过检测器来完成 的 检测器大致可分为两类 一类属于光学检测器 它包括各种吸收分光光度计 和发射光谱仪 通过光电转换元什将光信号转变成电信号 另一类属于电化学检 测器 由传感器微电极来完成能量转换 光强 吸光度 电位或电流强度的峰高 都与被测物质的浓度呈线性关系 即峰面积或峰宽与被测物质的浓度或浓度的对 数成正比 如a k c w h kl g c 从化学的角度 对需要通过化学反应生成被检测物的体系 影响灵敏度的主 要因素是反应完全程度 反应的前提条件是试样与试剂充分有效接触 即增大试 样在试剂中的分散 很显然 增大分散意味着使物理稀释倍数增大 二者之间存 在矛盾 其次 是要有适宜的反应时间 流动注射分析的分散理论证明 以增长 反应管道来增加留存时间会同时增大试样区带的扩散 增大留存时间且避免过度 分散的一个有效方法是采用停留技术 但采样频率 分析速度会发生相应降低 1 4 流动注射与多种化学分析手段的联用 作为一种多功能的在线溶液处理技术 流动注射技术所具有的适应性广泛 分析速度快 分析效率高 试样消耗量少 检测精度好 设备简单价廉 便于操 作等众多优点 可与分光光度法 原子光谱法 电化学分析法 发光分析法等分 析手段联用 研究工作者在这方面作了大量的研究 1 3 流动注射分析法的应用己 渗透到分析化学的各个领域 如环境监测 水质检测 药物研究 禁药检测 临 床分析 土壤样品分析 食品检测等 1 4 在分离与预浓集技术 固定化酶技术和 利用非平衡反应和中间产物分析等方面 流动注射分析法发挥着其它分析方法所 不 m 匕l j 5 拟的作用 1 4 1 流动注射分析与分光光度法联用 流动注射一紫外可见分光光度系统是以紫外一可见光检测器作为检测手段的 流动注射分析方法 紫外可见光检测器是通过测定样品在检测池中吸收紫外 可 与 中山大学博上后出站报告 胡玉斐 见光的大小来确定样品含量的 这种方法对流动相基本上无特殊要求 受操作条 件变化和外界环境影响很小 一般对流速和温度变化不太敏感 在与流动注射分 析联用的各种检测器中 分光光度检测器因其结构简单 价格低廉 应用最为普 遍 流动注射 分光光度分析主要集中在多组分同时测定 药物分析以及动力学 分析等方面 流动注射分光光度法与各种在线分离富集 转化技术相结合 如多 流路切换技术 区带合并 还原柱 离子交换柱 反应速度差和动力学分析技术 等丰富了流动注射一光度法的内涵 不仅可用来进行多个组分的测定 而且可进 行物质形态分析 进一步提高了分析方法的灵敏度和选择性 1 6 2 0 1 4 2 流动注射分析与原子光谱分析联用 自1 9 7 9 年 y o z a 等报道了流动注射与原子光谱联用分析方法 2 1 1 已出现大 量的相关报道 2 2 3 0 该联用技术是流动注射分析发展最为迅速和成熟 应用最为 广泛的领域之一 流动注射一原子光谱联用不仅可以克服常规离线操作费时 污 染环境和试样消耗大的缺点 而且可以大大提高分析效率 显著改善分析方法的 灵敏度和选择性 进行多元素检测 并且可以实现形态分析和自动化分析 拓宽 了原子光谱分析的用范围 1 4 3 流动注射技术与电化学分析的联用 流动注射与电化学技术的联用提高了电化学分析的分析速度 改善了其分析 性能 样品与电极表面接触时间很短 电极寿命较长 流动注射分析中最常的电 化学方法有电位法 伏安法 安培法和电导法 3 1 3 6 目前 流动注射电化学分析 在分析化学领域已有广泛的应用 今后流动注射一电化学分析法的主要发展方向 是改善电极结构 以提高其寿命 稳定性 选择和灵敏度 如对化学修饰电极 酶电极的研究与开发 优化流动注射分析条件 以有利于实时在线原位分析 研究 设计自动化 操作简单 价格低廉的流动注电化学分析仪器 1 4 4 流动注射技术与发光分析联用 荧光分析法反应条件要求较苛刻 操作繁琐 分析速度慢 将流动注射与分 析结合 可在一定程度上克服以上缺点 已报道的有流动注射一在线萃取荧光分 析法测定痕量阴离子表面活性剂 3 7 1 h p l c 光诱导荧光柱后检测废水样品中的阿 司匹林 安定 次黄嘌呤 布洛芬等药物 3 引 流动注射分析可以严格地控制反应 时间 从而避免一些反应和其他反应的干扰 提高分析的选择性 流动注射分析 6 中山人学博f 后j f j 站报告 胡玉斐 的这种动力学分辨性 使多元素的流动注射催化荧光的同时测定成为可能 3 9 1 流 动注射技术的引入简化分析程序 改善了分析条件 拓宽了荧光分析的应用领域 化学发光 c h e m i l u m i n e s c e n c e c l 是物质在进行化学反应时伴随的发光现 象 4 0 1 化学发光分析法是通过测量发光强度对参与发光反应的化学物质进行定 量分析的方法 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 避免了背景和杂散光的干扰 降低了躁音 大大提高了信噪比 具有高的 灵敏度通常可以测定纳克级含量的化学组分 4 根据体系不同的配置和采样模式 早在七十年代 人们主要使用经过改装的 荧光光度计来进行化学发光分析 但是这种装置只能对某一个波长范围进行测 量 因此灵敏度较差 随着光电倍增管的普及 后来出现了无需单色器的简单分 立取样式化学发光仪 并得到了广泛应用 如图1 4 1 所示 该类仪器适用于选择 性的 具有较高量子产率 反应时间较长的生物发光反应和化学发光免疫分析以 及化学发光动力学的研究 但是这种发光仪采用间歇式的进样方式 不能进行连 续测定 且样品与试剂混合重现性不好 使得测量的精密度受到很大的影响 r e a c t i o nc e l 图1 4 1分立取样式化学发光仪的基本构造 但由于通常所使用的发光反应速度很快且随时间变化较大 在使用问歇式手 工操作时 难以保证样品与发光试剂能够快速 有效 高度重现的混合 从而导 致选择性和重现性较差 限制了它的应用 f i a 系统极适合这类反应 在七十年 代中期 流动注射分析技术引入化学发光测定中 将溶液自动处理及分析技术和 化学发光法相结合 能使样品与试剂以高度重现的方式混合 4 2 1 同时 与传统 的化学分析操作相比 既不需要均匀混合 也不需要达到化学平衡 这不仅大幅 7 中山大学博士后出站报告 胡玉斐 度提高了分析速度 而且有效地提高了分析方法的选择性和灵敏度 为实现连 自动化分析奠定了基础 国内开始出现流动注射化学发光分析方面的报道始于 十年代中期1 4 3 4 4 随着化学发光分析仪器的不断改进和发展 其自动化程度 密度都不断提高 其结构示意图如1 4 2 同时 价格便宜的小型化仪器也相继 现 从而为化学发光分析在科研 冶金 地质 环保 临床等领域的推广应用 供了保障 图1 4 2 流动注射一化学发光分析系统的基本构造 刚亘流泵 m 混合点 f 流通池 w 废液 p c 联机工作站 f i c l 分析保存了c l 法的优点而同时具备f i a 的优点 l 和静态c l 分析一样 f i c l 分析所用的分析装置比较简单无需复杂的分光元 件和光强测量装置 可自行组装 2 方法的灵敏度高 一般在n g g p g g 的数量级 对一些无机离子测定下限可达 1 0 2 9 m l 比光度分析低3 4 个数晕级 3 线性范围宽 反应物的发光强度与待测物的浓度可在4 5 个数量级范围内成线 性关系 4 在静态c l 分析中由于反应速度快且发光强度随时间改变 反应过程难以控制 重现性较差 除非采用积分法 在f i 条件下这一缺点得到克服 因而显著提高 了分析结果的重现性 流动注射技术与化学发光分析的结合大大提高了测定的精密度和分析速度 为微量及痕量分析提供了一种高灵敏度的研究手段 目前流动注射化学发光分析 方法已被广泛使用 4 5 4 6 1 s e i z t 等利用动力学速度不同的两类反应 对流动注射 化学发光分析仪器装置中各部件的性能进行了评价 确立了不同化学发光反应速 度对应的流速 泵管径和长度 进样体积等的最佳条件 为这类仪器在化学发光 中的应用奠定了基础 硼 至今 流动注射化学发光分析已被广泛应用于水体及 8 中山大学博士后出站报告 胡玉斐 大气中的无机金属离子 无机非金属离子 有机化合物以及生物大分子的测定 1 4 8 5 2 1 近年来 f i c l 技术发展迅速 尤其是在药物分析 免疫分析 环境监测 及基因工程等领域中的应用越来越多 1 2 化学发光分析法 1 2 1 化学发光概况 化学发光分析法 c h e m i l u m i n e s c n e n c ea n a l y s i s 是一种分子发射光谱分析方 法 它依据某一时刻化学发光强度或化学发光总量确定反应中相应组分含量 与 荧光和磷光发射光谱分析方法相比较 化学发光分析法不需要外源性激发光源 避免了背景光和杂散光的干扰 降低噪声 大大提高了信噪比 因而化学发光分 析具有很高的灵敏度 其高灵敏度 线性范围宽 设备简单 操作方便 易于实 现自动化和分析快速的特点 使得化学发光易于实现在线分析和批量分析 因此 化学发光分析已成为当前痕量分析领域的一个十分重要的研究方法 5 3 5 4 主要表 现在 首先 化学发光分析法本身不断的发展 完善 新发光试剂 新体系 新 方不断出现 及其在药物 临床 生命科学 环境和材料科学等领域的应用 其 次 化学发分析法与流动注射 电化学 微流控系统 高效液相色谱和毛细管电 泳等方法相结合以及于化学发光反应的传感器的研究 最后 有关化学发光反应 机理的研究进一步深入 从最初的以化学反应方程式进行推测 发展到借助荧光 光谱 吸收光谱 反应中间体的捕捉等实验方法进一步证实 人们开始在实验的 基础上 运用分子轨道理论 动力学模型和热力学基原理从理论上解释一些发光 机理 1 2 2 化学发光体系 常见的化学发光体系包括 酰肼类化学发光体系 酸性高锰酸钾体系 c e i v 体系 过氧化草酸酯体系 吖啶类体系 钌联吡啶体系 n 溴代琥珀酸酰亚胺 n b s 体系等 1 2 2 1 酰肼类化学发光体系 酰肼类化学发光体系主要包括 鲁米诺和异鲁米诺等具有发光性能的有机化 合物 其中 鲁米诺作为使用最早应用最广泛的化学发光试剂之一 5 5 1 性质稳 定 结构简单 易于合成 有较好的水溶性以及高的发光效率等特点 已得到较 9 中山大学博t 后n 站报告 胡禾斐 深入的研究和广泛的应用 鲁米诺 5 氨基一2 3 二氢 1 4 二杂氮萘二酮 也称3 氨 基邻苯二甲酰肼 是最常见的化学发光试剂之一 结构式如下图1 2 1 最早由 a l b r e c h t 5 6 1 在1 9 2 8 年提出 在碱性溶液 p h 1 0 1 1 中加入过氧化氢时可以观f j f 0 微弱的蓝色发光现象 加入适当的氧化剂或者催化剂 如n a c i o k 2 2 0 8 k 1 0 4 k 3 f e c n 4 f e 1 i 盐 m n i i 盐 c u i i 氨配合物离子 过渡金属离子 辣根过 氧化物酶等 可以极大地提高化学发光强度 鲁米诺的化学发光量子效率与溶液 中的p h 值有密切的关系 p h l l 附近时量子产率达到最大值 约为0 0 1 0 0 2 其在水溶液系统中约在l 1 5 0 5 7 5 5 1 o n h 2 o n h i n h 5 a m i n o 一2 3 一d i h y d r o p h t h a l a z i n e l 4 一d i o n e 图1 2 1 鲁米诺的化学结构式