电化学发光分析研究进展.doc

电化学发光分析研究进展电化学发光是在电极上施加一定的电压使电极反应产物之间或电极反应产物与溶液中某组分进行化学反应而产生的一种光辐射。电化学发光与化学发光相同之处是二者的发光均由进行能量电子转移反应的组分所产生;而不同之处是电化学发光由电极上施加的电压所引发和控制,化学发光是由试剂的混合所引发和控制。根据电化学发光的发光强度进行分析的方法称为电化学发光分析法。该法不仅具有化学发光分析的灵敏度高、线性范围宽和仪器简单等优点,而且具有电化学分析控制性强、选择性好等优点。近年来,在新电化学发光试剂的合成和应用研究方面取得了比较大的发展,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。福州大学,长春应用化学研究所,华东师范大学,陕西师范大学等单位在电化学发光分析新体系和新技术研究方面取得一系列的成果,受到国内外同行的关注。国内外对电化学发光分析法的研究均有评述。本文拟侧重介绍ECL体系及其在临床分析研究中的应用,同时,对我们近年来在电化学发光分析方面的研究工作也作以简要介绍。1电化学发光体系及其应用ECL体系按发光试剂的种类可以分为以下两类:(1)金属配合物电化学发光体系; (2)有机化合物的电化学发光体系。1.1无机化合物的电化学发光体系无机化合物电化学发光体系中,最典型的电化学发光试剂是钌联吡啶配合物Ru(bpy)32+,该试剂在水溶液和有机溶剂中发光效率高,溶解度好;可进行可逆单电子转移反应,在电化学发光基础理论和分析应用研究中占有重要地位。已报道ECL金属配合物有Ru, Os, Cr, Cd, Pd, Pt, Re, Ir, Mo,Tb, Eu, Cu, Al等的金属配合物1,其中Ru, Os,Re的金属配合物具有良好的ECL性质。合成高发光效率可标记的ECL金属配合物是电化学发光免疫分析和核酸分析中一个重要的研究方向。Blackburn12等合成了可标记的Ru(bpy)32+类物质,建立了地高辛和促甲状腺激素(TSH)等物质的电化学发光免疫分析方法。研究金属配合物与共反应物的ECL反应,不仅可以提高检测金属配合物的灵敏度,而且可以建立测定共反应物的ECL方法,拓宽电化学发光分析的应用范围。董绍俊等人利用金属EDTA螯合物与Ru(bpy)32+产生ECL,建立了测定金属离子的电化学发光分析法13。Richter利用冠醚对金属离子的识别以及与(2, 2-bipyridine)2Ru-4-(N-aza-18-crown-6-methyl-2,2-bipyridine)-TPA的电化学发光反应,建立了测定Pb2+, Hg2+, Cu2+和K+的电化学发光分析法14。Bard等人利用Na+冠醚对钌联吡啶电化学发光的增强作用,建立了检测Na+离子的电化学发光分析法15。Martin等人利用钌联吡啶与辅酶NADH以及酶反应的产物的电化学发光建立了测定葡萄糖、乙醇、二氧化碳、胆固醇和葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的电化学发光分析法16。我们基于罗丹明B对亚硫酸根在铂电极上弱电化学发光的增敏作用,建立了测定亚硫酸氢钠的能量转移电化学发光新方法,并用于药物VK3和白糖中亚硫酸氢钠的测定17。电化学发光分析法已用于测定罂粟,含氨基的生物碱,海洛因,利格鲁卡因,蔗糖,果糖,甘露糖,甘油,柠檬酸,酒石酸,三甲胺,氨基酸,脯氨酸,4-羟基脯氨酸等物质。1.2 有机化合物的电化学发光体系有机电化学发光物主要有稠环芳烃类物质,酰肼类化合物,吖啶酯,光泽精等。 酰肼类化合物是一类典型的电化学发光物质,其代表化合物为鲁米诺。对鲁米诺的电化学发光人们已进行了大量的研究工作,提出了鲁米诺氧化发光26和还原发光的发光机理。林祥钦等人研究了裂解石墨电极和预氧化和预还原处理后铂电极上鲁米诺的ECL机理,提出了鲁米诺电化学发光的不同反应通道。Kulmal等研究了氧化铝电极上鲁米诺的还原发光,提出了热电子参与的发光机理27。由于标记后的鲁米诺的发光效率大大降低,因此,人们致力于研究适用于标记的鲁米诺衍生物。鲁米诺的电化学发光反应与其化学发光反应相同,许多物质可以催化或增强鲁米诺-H2O2电化学发光反应,因此,鲁米诺电化学发光分析已广泛的应用于许多物质的测定,如Ag+, Cr3+,Cu(II),Hg(II)、Pb(II)、Mn(II),Co(II),Ni2+,UO22+,Y3+,Ag+,SO2-3,H2O2,溶解O2,甲基亚油酸类脂过氧化物,没食子酸,异烟肼,肾上腺素,核黄素,焦酸,绿原酸,鞣酸,儿茶酚及其衍生物,硫脲等。最近,章竹君等基于钼对鲁米诺电化学还原发光的增敏作用,建立了测定钼的电化学发光新方法。2电化学发光新技术和新分析的研究近年来,将电化学发光检测与其它技术结合,在新技术和新方法研究方面均有较大的发展。2.1 溶出电化学发光分析化学发光分析是一种灵敏度高、线性范围宽的分析方法,但选择性较差。溶出伏安法是将金属离子从大体积的试液中富集在微小的电极上,同时通过控制各种条件(溶出电位和化学溶出)将被测离子选择性地富集在电极表面而溶出,因而溶出伏安法具有较高的灵敏度和较好的选择性。将溶出伏安技术与化学发光检测结合在一起,我们提出了溶出化学发光分析新方法,测定铜的浓度范围为10-810-12mol/L之间,检出限可达10-13mol/L,该法在灵敏度和选择性上都有很大提高31,从理论上讲,所有能用电化学方法富集且能用化学发光检测的物质都能用这一方法测定。2.2 电生不稳定试剂流动注射化学发光分析法 大部分化学发光反应是氧化还原反应,常用的氧化剂有H2O2, KIO4, Br2, I2, KMnO4。ClO-BrO-, O2-,Mn(III), Co(III), Ag(II)具有较高的反应活性,但是,大多数氧化剂不稳定,甚至在水溶液中也很容易被H2O还原,用电化学在线产生不稳定氧化剂,可以解决试剂不稳定问题。因此,我们提出“电生不稳定试剂化学发光法”,该法是利用恒电流电解在线电生某些高活性的参加化学发光反应所需的化学反应试剂,通过直接氧化还原反应,或通过增敏反应或能量转移过程而建立的电化学发光分析方法。电生不稳定试剂化学发光法测定异烟肼时,当氯化纳溶液通过施加一定电流的流通电解池时,在线产生的不稳定试剂ClO-,异烟肼能够增强ClO-与鲁米诺的化学发光,基此建立了测定异烟肼的电化学发光分析法,异烟肼的检出限为610-9g/mL35。2.3偶合电化学发光分析荧光能量转移是指两个携带不同荧光基团的大分子在相互间距离足够近时(110 nm)所发生的能量非放射性地由一个荧光基团向另一个荧光基团转移的现象。电化学发光也存在能量转移。我们发现维生素B1在电极上有弱的电化学发光现象,加入荧光物质罗丹明B后电化学发光强度大大增强。机理研究表明维生素B1的氧化产物激发态硫胺荧将能量转移给罗丹明B,由于罗丹明B具有高的荧光量子产率,故发光强度大大增强。基此建立了高灵敏的能量转移电化学发光测定维生素B1的电化学发光分析法,提出了能量转移电化学发光的概念。2.4纳米粒子电化学发光近年来,将纳米材料引入分析化学研究中已成为分析化学的一个研究热点,并取得许多创新性研究成果。Lieber42发现硼掺杂的硅纳米丝表现出非常迷人的制作传感器的特性。Walt43等人将纳米金沉积在单束光导纤维上,经过巯烷基自组装形成绝缘层,用有机粘合剂将600束修饰后的单束光导纤维粘接在一起制成直径为25m的光导纤维电极,并对钌联吡啶的电化学发光体系进行了测试,表明该光导纤维电极具有良好的光电传输性能,对纳米光纤电化学发光传感器的研制具有参考价值。纳米粒子电化学发光的研究将促进电化学发光器件的研究。2.5 电化学发光免疫分析电化学发光免疫分析法(IECL)是以电化学发光物标记抗原或抗体,利用抗原与抗体免疫反应前后电化学发光信号的改变,对抗体或抗原进行分析的一种免疫分析方法。2.6 ECL核酸分析早在1990年,Bard等人利用电化学发光研究了DNA与钌联吡啶和锇联吡啶的相互作用,对电化学发光物质在DNA序列分析中的研究进行了探讨。近年来,ECL在DNA序列分析和研究药物、自由基等与DNA相互作用,抗癌药物筛选等方面的研究日益受到人们的关注。2.7 军事电化学发光分析化学战剂、放射性核素、军事工业毒物及在军事活动中遇到的其他外源性化学物的测定,对预防各种中毒和及时救治中毒伤员,提高部队的生存能力和健康水平具有重要的意义。电化学发光分析作为一种高灵敏的分析手段,在军事分析领域也受到人们的关注。2.8 电化学发光检测器将高分离效能的高效液相色