（分析化学专业论文）环境污染物发光分析方法的研究与汞环境污染的评价.pdf

环境污染物发光分析方法的研究与汞环境污染的评价 王晓娟 摘要本学位论文由综述和研究报告两部分组成。第一部分为综述部分，概述 了发光分析法的原理、类型、特点和发光分析法在环境分析中的应用。第二部分 为研究报告部分，利用冷原子荧光法和改进的金管富集冷原子荧光法，测定了西 安地区水样、土壤样品、大气沉降物等环境样品中的有毒物质汞的含量，并且对 该地区的汞污染状况进行了评价：以吖叮酯为化学发光试剂，应用化学发光法研 究了环境污染物甲醛和乙醛对d n a 的损伤。 环境污染己成为当今世界的热门议题。有害物质对大气、土壤、水质以及动 植物的生长均有一定的影响，并有致害作用，破坏了生物界的生态系统。造成环 境污染的因素有物理、化学和生物等多方面因素，而其中因为化学物质而引起的 环境污染约占8 0 9 0 。随着世界工业的发展，环境资源受到了极大破坏，排放 到环境中的污染物种类也越来越多。它们包括有机物、无机物和微生物等，主要 分布在大气、水质、土壤、固体废弃物及生物体内，对环境和人类健康极具危害。 此外，环境样品中所含的有害物质含量一般比较低，所以建立有效的分析方法对 环境污染的评价显得非常重要。发光是处在激发态的分子或原子回到其基态时所 发射出的光。发光分析法是一种高灵敏度的分析方法。发光分析法在环境分析中 已得到广泛应用。 研究报告由两部分组成。第一部分为利用冷原子荧光法以及金管富集一冷原予 荧光法测定了西安市郊、西安市临潼区秦始皇陵以及潼关县境内的水样和土样中 的总汞和溶解汞含量。实验结果表明，采自潼关县境内的一条河中的河水总汞含 量高达7 0 5 0 0n g l ，沉积物中总汞的含量也达7 8 5 4n g l 。在绕西安市的几条河中总 汞含量在2 3 5 3 2n g l 之间，溶解汞含量在0 9 0 4 2 3n g l 之问；而采自西安市护 城河以及一条水渠中水样的总汞含量分别在1 2 6 1 8 1n g l 和4 0 1 5 5n g l 之间；在 相应河流所采集的沉积物中总汞含量在1 4 2 3 7 6 7n g g 之间；大气沉降物( 雨水 和雪水) 中总汞含量在5 0 - - 1 9 6n g l 范围内；秦始皇陵及周围所取土样含汞量在 4 0 6 2 2 0 4n g g 之间，水样中总汞含量( 2 0 1 2 2n g l ) 均低于世界卫生组织所规 定的饮用水中汞的含量( 1 0 0 0n g l ) 。 第二部分为应用化学发光法研究了甲醛和乙醛对d n a 的损伤。这一部分是以 吖啶酯为嵌入d n a 双螺旋结构的化学发光指示剂，以0 1 0m o l lh n 0 3 + 0 3 0 h 2 0 2 和0 8 0m o l l n a o h + 2 o t r i t o n x 一1 0 0 为发光启动试剂，建立了一种简单的 评价d n a 断裂损伤的化学发光分析新方法，研究了甲醛和乙醛对d n a 的损伤行 为及其可能的机制。实验结果表明，低浓度的甲醛引起d n a 的链断裂损伤，高浓 度的甲醛则引起d n a 链的交联；乙醛仅引起d n a 链的断裂损伤。 关键词：环境分析荧光分析汞环境污染化学发光d n a l u m i n e s c e n c e a n a l y s i so fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t a n t s a n de v a l u t i o no fm e r c u r yp o l l u t i o n x i a o j u a nw a n g a b s t r a c tt h i st h e s i sl n c l u d e sar e v i e wa n dar e s e a r c hs e c t i o n i nt h er e v l e w ：t h e p r i n c i p l e ，t y p e sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fl u m i n e s c e n c ea n a l y s i sa r ei n t r o d u c e da n dt h e a p p l i c a t i o n sa n dd e v e l o p m e n t so ft h el u m i n e s c e n c ea n a l y s i si ne n v i r o n m e n t a lp o l l u t a n t s a r ee x t e n s i v e l yp r e s e n t e d i nt h er e s e a r c hs e c t i o n ，t h ec o n t e n t so f m e r c u r yi nt h ew a t e r s ， s e d i m e n t ，s o i la n dp r e c i p i t a t i o n ( i n c l u d i n gr a i na n ds n o w ) s a m p l e sc o l l e c t e di nt h e d i s t r i c to fx i a n ( s h a n r l x ip r o v i n c e ，c h i n a ) w e r ee x a m i n e d ，f u r t h e r m o r e ，t h ep o l l u t i o n c i r c u m s t a n c eo fm e r c u r yi n t h i sd i s t r i c tw a sa l s oa s s e s s e d a n dan o v e l c h e m i l u m i n e s c e n c e ( c l ) m e t h o df o rt h ee v o l u t i o no ft h ed n ad a m a g ei n d u c e db yt h e c h e m i c a lp o l l u t a n t so ff o r m a l d e h y d ea n da c e t a l d e h y d ew a sd e v e l o p e d e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nh a sb e e nah o tt o p i ci nt h ew o r l d t h eh a z a r d o u s s u b s t a n c e sh a v em u c he f f e c to nt h ea t m o s p h e r e ，s o i l ，w a t e r , a n i m a l sa n dp l a n t s d e s t r o y o fe c o s y s t e mi sc a l l e da se n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o n t h e r e a s o ni n d u c e dt h e e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nh a sp h y s i c a l ，c h e m i c a l ，b i o l o g i c a la n do t h e ra s p e c t s a n dt h e e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nc a u s e db yt h ec h e m i c a lm a t e r i a l sw a sa b o u t8 0 9 0 t h e e n v i r o n m e n th a sb e e nh i g h l yd e s t r o y e dw i t ht h ei n d u s t r i a ld e v e l o p m e n ti nt h ew o r l d ， a n dt h ep o l l u t a n td i s c h a r g e di nt h ee n v i r o n m e n ti sb e c o m i n gm o r ea n dm o r e t h e e n v i r o n m e n t a l p o l l u t a n t s i n c l u d e s o r g a n i c s u b s t a n c e ， i n o r g a n i c s u b s t a n c e ， m i c r o o r g a n i s m ，w h i l et h em a j o r i t ye x i s t i nt h ea t m o s p h e r e ，s o i l ，w a t e r , w a s t ea n d o r g a n i s m ，t h r e a t e ni nt h eh u m a nh e a l t ha n de n v i r o n m e n t t h e r e f o r e ，d e v e l o p m e n to ft h e e f f i c i e n tm e t h o d sf o rt h ee v o l u t i o no fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o nf r o mt h ec h e m i c a l si s v e r yi m p o r t a n tb e c a u s et h ec o n c e n t r a t i o no ft h ec h e m i c a l si nt h ew a t e r , s o i la n d a t m o s p h e r ei sm u c hl o w i nt h ee n v i r o n m e n t a la n a l y s i s ，l u m i n e s c e n c et e c h n o l o g yi so n e o fp o w e r f u lt e c h n o l o g i e sb e c a u s ei th a sa h i g h l ys e n s i t i v i t ya n d a l s oc o m b i n e sw i t hg a s c h r o m a t o g r a p h y , h i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y , c a p i l l a r ye l e c t r o p h o r e s i s i n t h er e v i e w , t h ea p p l i c a t i o n so fl u m i n e s c e n c ea n a l y s i si n c l u d i n gt h ef l u o r e s c e n c e ， c h e m i l u m i n e s c e n c e ，e l e c t r o g e n e r a t e d c h e m i l u m i n e s c e n c ea n db i o h i m i n e s c e n c ei n e n v i r o n m e n t a lp o l l u t a n t sa r ee x t e n s i v e l yp r e s e n t e d t h er e s e a r c hs e c t i o ni n c l u d e st w os e c t i o n s i nt h ef i r s ts e c t i o n ，t h em e r c u r yc o n t e n t i nt h ew a t e ra n ds o i ls a m p l e sw a sd e t e r m i n e dw i t hc o l dv a p o ra t o m i cf l u o r e s c e n c e i l i s p e c t r o m e t r y ( c v a f s ) a n dg o l dt r a p c v a f s w a t e rs a m p l e so ft h ew e l l sa n dr i v e r s ， a t m o s p h e r i cp r e c i p i t a t es a m p l e sa n ds e d i m e n ts a m p l e sf r o mr i v e r sw e r ec o l l e c t e di nt h e d i s t r i c to fx i a n ，s h a r m x ip r o v i n c e ，e r c h i n a h i g ht o t a lm e r c u r yc o n c e n t r a t i o n s ( u p t o7 0 5 0 0n g l ) w e r eo b s e r v e di nt h ew a t e rs a m p l e sc o l l e c t e df r o mar i v e ri nt h ec o u n t y o ft o n g g u a nw h e r em a n yg o l dm i n e sa r el o c a t e da n dh i g ht o t a lm e r c u r y ( 7 8 5 4n g g ，d r y w e i g h t ) w e r eo b s e r v e di nt h es e d i m e n ts a m p l e s i tw a sf o u n dt h a tt h et o t a lm e r c u r y c o n c e n t r a t i o n sr a n g e df r o m2 - 3t o5 3 2n g li nt h ew a t e rs a m p l e sc o l l e c t e df r o mt h e r i v e r sf l o w i n gt h r o u g ht h ex i a nc i t ya n dr a n g e df r o m1 2 6t 0 1 8 1n g li nt h ew a t e r s a m p l e sc o l l e c t e df r o mt h em o a ta n dr a n g e df r o m4 0t o1 5 5n g li nt h ew a t e rs a m p l e s f r o mt h ec a n a l si nx i a nc i t y t h ea m o u n to ft o t a lm e r c u r yi ns e d i m e n ts a m p l e s c o l l e c t e di nt h ex i a nv i c i n i t yr a n g e df r o m1 4 2n g gt o3 7 6 7n g g ( d r yw e i g h t ) t h e t o t a lm e r c u r yc o n c e n t r a t i o n si nt h ea t m o s p h e r i cp r e c i p i t a t es a m p l e si n c l u d i n gr a i na n d s n o wc o l l e c t e df r o ms e p 2 0 0 5t oj a n 2 0 0 6r a n g e df r o m5 0t 0 1 9 6n g l t o t a lm e r c u r y c o n t e n t si nt h es o i ls a m p l e sc o l l e c t e df r o mt h eq i nm a u s o l e u mr a n g e df r o m4 0 6t o 2 2 0 4n g g ，a n dt o t a lm e r c u r yc o n t e n t si nt h ew e l lw a t e r sc o l l e c t e di nt h eq i n m a u s o l e u mv i c i n i t yr a n g e df r o m2 0t o12 2n g l t l l i si n d i c a t e st h a tt h ec o n c e n t r a t i o n o ft o t a lm e r c u r yi nt h ew e l lw a t e r so ft h eq i nm a u s o l e u mv i c i n i t yi sm u c hl o w e rt h a n t h a t i nt h ed r i n k i n gw a t e rs t a n d a r d ( 1 0 0 0n g l ) s e tb yt h ew o r l dh e a l t ho r g a n i z a t i o n ( w h o ) i nt h es e c o n ds e c t i o n ，as i m p l ea n ds e n s i t i v ec lm e t h o df o rt h ed e t e c t i o no f d e o x y 抽o n u c l e i ca c i d ( d n a ) d a m a g e sh a sb e e nd e v e l o p e d a c r i d i n i u me s t e r w a st a k e n a sa ni n t e r e a l a t o rf o rd n ad o u b l e s t r a n d sa n dc li n d i c a t o r t h ec lc o n d i t i o nf o rt h e d e t e r m i n a t i o no fa c r i d i n i u me s t e rw a so p t i m i z e d t h cb e h a v i o r so fd n ad a m a g e s i n d u c e db yf o r m a l d e h y d ea n da c e t a l d e h y d ew e r ee v a l u a t e db yt h e d e v e l o p e dc l m e t h o d i tw a sf o u n dt h a tf o r m a l d e h y d ei n d u c e dd n as t r a n db r e a k a g ei nt h el o w c o n c e n t r a t i o no ff o r m a l d e h y d ea n dd i dd n a - d n ac r o s s - l i n k si nt h eh i g hc o n c e n t r a t i o n o ff o r m a l d e h y d e t h ea c e t a l d e h y d eo n l yc a u s e sd n as t r a n db r e a k a g e k e y w o r d s ：e n v i r o n m e n t a la n a l y s i s f l u o r e s c e n c e m e r c u r y c h e m i l u m i n e s c e n c e d e o x y 曲o n u c l e i ca c i d 学位论文独创性声明 y 9 0 0 12 s 本人声明所呈交的学位论文鼹我在导师的措学下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，滁文中已经滤明引用的内容外，论文中不包含其他个人已经 发表或撰写过酶研究成果，也不穗含为获得陕礴师范大学或熊它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重骚贡献的个人朔集体，均融在文中 作了鞠确滋瞬舞表示谢意。 作者签名：兰幽日期：曩嫩。堇：墨j 学位论文使用授权声明 本入同意研究生谯校攻读学位期问论文工佟的知识产权举位属陕西鄢藏大 学。本人保证毕业离校后，发表本论文或使用本论文成果时辫名单位仍为陕西师 范大学。学校有权傺藩学位论文莽淘国家主管部门或英它臻定橇梅送交谂文静电 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 图书镶、貔系姿瓣塞被套霾；套数将学建聿叁文约蠹客貔入鸯荧数据瘁送行羧索； 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。 作者鍪襄；至塞坠羹螽蠢蘩：型：至l 第一部分综述 发光分析法及其在环境分析中的应用 环境污染已是当今地球上的热门议题。有害物质对大气、土壤、水质以及动 植物均有一定的影响，并有致害作用，破坏了生物界的生态系统。造成环境污染 的因素有物理、化学和生物的等多方面因素，而其中因为化学物质引起的环境污 染约占8 0 9 0 1 1 。环境污染主要为大气污染、淡水资源污染和紧张、臭氧层破 坏、海洋污染、土地退化和沙漠化、森林锐减、环境公害、有毒化学品和危险废 物增多等方面。 大部分环境污染是人类造成的，也对人类产生危害，有的甚至是灾难。美国 化学文摘登录的化学品数己超过1 8 0 0 万种，其中进入环境的化学品数已有数万种。 根据资料统计，每年约有3 亿到4 亿吨的有毒物质进入环境，这些有毒物质对人类 健康和生态环境造成严重的危害。这些化学物质在n g 级甚至更低浓度对生态环境 和人体健康就足以产生危害。因此，对环境污染的评价和对环境中有害物质检测 新方法的研究越来越引起了人们的重视。 在环境分析中，常用的方法有光学分析法、电化学分析法、色潜法等。发光 分析法是一种有效的分析方法。在过去的二十多年时间里，我国在发光分析方法 的研究方面己取得了长足的发展1 2 4 i ，随着新的发光试剂、新的发光体系以及新的 分析方法不断出现，发光仪器及联用技术的日渐增多，发光分析法在临床、生命 科学和环境科学中应用越来越广泛。综述简要介绍了各种发光分析法的原理及特 点，就其在环境分析中的应用也做一简要介绍。 1 1 发光分析法 发光是处在激发态的分子或原子回到它的基态时所发射出的光。发光分析法 是基于测量发光光谱或发光强度进行分析的方法。依据所获得的激发念的方式不 同，发光分析方法分为荧光( 磷光) 分析法，化学发光分析法，生物化学发光法， 电化学发光分析法等。 1 1 1 化学发光( c l ) 分析法 1 1 1 1 化学发光基本原理 化学发光( c h e m i l u m i n e s c e n c e ) 和生物发光( b i o l u m i n e s c e n c e ) 作为一种自 然现象很早就被人们所注意【5 】，然而“人工”的化学发光直到1 8 7 7 年由r a d i z i s z e w s k i 观察到，r a d i z i s z e w s k i 发现了2 ，4 ，5 一三苯基咪哇( 咯吩碱，如图l 一1 一l ，l o p h i n e ) 在 碱性乙醇溶液中与氧气产生发光现象【6 j 。直至l j l 9 世纪末，德国w i e d e m a n n 才首次解 释了化学发光的机制，他把这种发光现象归属于一种相对简单的有机反应历程。 对化学发光真正开始进行大量研究始于2 0 世纪初。1 9 0 1 年，法国生理学家 d u b o i s 日入了荧光素( f l u o r e s c e i n ) 和荧光素酶( 1 u c i f e r a s e ) 的概念。t r a y t z 对已知 化学发光反应进行第一次回顾，并提出化学发光可能和溶解氧有关。1 9 2 7 年，m a l l e t 认为次氯酸盐与过氧化氢的反应可以将能量转移给一些荧光或者磷光物质如曙 红、荧光黄、奎宁等从而产生化学发光。1 9 2 8 年a l b r e c h t 报道了鲁米诺( 图l 一1 2 ) 的化学发光现象，这是有机化学发光史上的一个里程碑。鲁米诺具有结构简单， 易于合成，水溶性好以及发光量子产率高等特点，它是迄今应用的最为广泛而且 量子效率较高的发光试剂p j 。 书 舀 图1 - 1 1 略吩碱结构 f i g1 1 - 1s t r u c t u r eo f l o p h l n e n h l n h o 图1 1 2 鲁米诺结构 f i g1 - 1 - 2 s t r u c t u r eo f l u m i n o l 早期对化学发光的研究主要集中在对反应现象和对反应机理的探讨上。当时 大多数化学发光强度比较弱，检测限的灵敏度低，在分析方面的应用还有一定的 难度。化学发光成为一种分析方法并被应用于分析化学是从2 0 世纪6 0 年代才开始 的。 化学发光( c h e m i l u m i n e s c e n c e ，c l ) 是在反应体系中，某种物质( 反应物、产 物、中间体) 的分子或原子吸收了化学反应所释放出的能量而由基念跃迁到激发 态，再从激发态返回基态时所产生的一种光辐射。化学发光反应要满足以下条件： ( 1 ) 该反应必须提供足够的激发能( 蓝光发射大约需3 0 0k j t o o l 能量，红光发射 大约需1 5 0k j m o l 能量) ，导致电子从基态跃迁到激发态，这一电子跃迁常伴有分 子的振动和转动变化。在有机分子中，电子从一个兀键向一个反n 键轨道跃迁 ( 丌一n ) 或从非键向反兀键轨道跃迁( n - - - - - ，f ) ，电子从激发态回到基态，放出光 子。激发态分子经过如体系内转换、碰撞或体系问跨越而失去能量，这一过程没 2 有光辐射产生。在多步骤反应中，化学激发的瞬时性能量需要某一步骤单独提供， 否则前一步反应释放的能量会因振动驰豫而不产生发光。( 2 ) 化学反应的能量至 少能被一种物质接受并使之生成激发态。容易生成激发态产物的常有芳香族化合 物和羰基化合物。( 3 ) 处于激发态的分子或原子必须具有一定的化学发光量子效 率，并使其能释放出光子，或者将它的能量转移给另一个分子使其进入激发态， 在回到基态时放出光子吼 化学发光可表示为： a + b _ c + + d l( 直接化学发光反应) c + h v 在上述反应式中，a ，b 两种物质发生化学反应生成c 物质，反应释放出的能 量被c 物质的分子吸收并跃迁至激发态c ，处于激发念的c + 在回到基态的过程中 产生光辐射。c + 为发光体，由于c 直接参与了反应，所以称之为直接化学发光。 或者 a + b - c + + d c + f r + c( 问接化学发光反应) 上 f + h v 在这一过程中，首先反应物a 和b 反应生成激发态中间体c ，当c + 分解时将释 放出的能量转移给荧光物质f ，这时f 被激发而跃迁至激发态f ，之后f 在回到基态 的过程中产生光辐射。这种发光称为间接化学发光( 也称能量转移化学发光) 。 化学发光分析法具有灵敏度高、线性范围宽( 可达6 个数量级) 、选择性好； 仪器设备简单、分析速度快、容易实现自动化等优点【9 l 。 1 1 1 2 常见化学发光体系 ( 1 ) 鲁米诺及其衍生物的化学发光体系 鲁米诺( 5 - 氨基一2 ，3 一二氢一1 ，4 二杂氮萘二酮，也称3 一氨基邻苯二甲酰肼) 属酰 肼类有机化合物，是常用的发光试剂之一。向强碱性溶液中加入过氧化氢时，鲁 米诺被氧化成3 一氨基邻苯二甲酸盐，发出中心波长为4 2 5n m 的蓝色光。鲁米诺化学 发光体系通常由鲁米诺，氧化剂和催化剂组成。常用的氧化剂有h 2 0 2 、k 2 $ 2 0 8 、 n a c l 0 等：常用的催化剂有过渡金属离子如铜、钴、铬、辣根过氧化物酶等。催化 剂的加入，可以极大地提高化学发光强度。鲁米诺具有水溶性好、发光量子效率 高等特点，已得到了广泛的研究和应用。例如金属离子一l u m i n o l 发光体系可应用于 检测柠檬酸，柠檬酸酯【l o j 、抗坏血酸l l l j 等；l u m i n 0 1 铁氰化钾体系可应用于检测 原儿茶酸和原儿茶醛1 1 2 1 ，l u m i n o l 一铁氰化钾一亚铁氰化钾一溴化十六烷基三甲基铵 体系可应用于检测尿酸”j 。鲁米诺化学发光传感器可用于过氧化氢的测定i l 。 ( 2 ) 吖啶类衍生物化学发光体系 吖啶类衍生物包括吖啶、吖啶酯及其衍生物等。自从1 9 3 5 年g l e u 和p e t s h 首次 报道光泽精( n ，n 一d i m e t h y l 一9 ，97 t i a c r i d i n u m ) 的化学发光以来，人们对吖啶类 衍生物的化学发光作了很多研究。在强碱和h 2 0 2 存在条件下，h 2 0 2 将吖啶酯氧化 生成激发态的n 一甲基吖啶，当激发态的n 一甲基吖啶回到基态时产生蓝绿色光。它 的发光量子效率比较高，同时表面活性剂的加入可使之增敏，其中以t r i t o nx 1 0 0 和c 1 1 a c ( h e x a d e c y lt r i m e t h ya m m o n i u mc h l o r i d e ) 的效果最佳i l ”。吖啶类化合物 在中性或碱性条件下可以标记多肽、抗体或抗原，偶联物的发光量子产率和生物 活性几乎不损失，成为良好的化学发光免疫分析标记试剂和d n a 发光探针试剂中 的化学发光标记物，已在免疫分析 1 6 - 1 8 】和d n a 探针 1 9 , 2 0 1 等方面有广泛应用。 ( 3 ) 过氧化草酸酯化学发光体系 过氧化草酸酯的化学发光最早在2 0 世纪6 0 年代被发现。过氧化草酸酯类化学 发光体系包括芳香草酸酯、过氧化氢和荧光剂，量子产率高达2 0 3 0 。芳香草 酸酯和氧化剂通过发生化学反应，生成一种双氧基中间体；当中间体分解时，将 能量传递给荧光分子，使之处于激发态，在荧光分子从激发态回到基态时释放出 光子。这一荧光物质在化学发光反应条件下，结构保持不变，只是用于转移化学 能量和发射荧光。过氧化草酸酯化学发光反应的最佳p h 范围以接近中性为宜，常 用的过氧化草酸酯为双一( 2 , 4 ，6 三氯苯) 草酸酯( t c p o ) 和双一( 2 , 4 一二氮苯基) 草酸酯( d n p o ) 。过氧化草酸酯体系可于过氧化氢1 2 i j 或可以产生过氧化氢的物质 1 2 2 和荧光化合物1 2 3 , 2 + 1 等的检测。这一体系除了具有发光效率高、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、持续时间和颜色满足需 求，适合于各种化学光源的研制和开发。 ( 4 ) 酸性高锰酸钾化学发光体系 1 9 2 0 年，g r i n b e r g 报道了在h 2 0 2 存在下，酸性高锰酸钾( k m n 0 4 ) 溶液氧化 焦性没食子酸产生化学发光的现象。在酸性介质中，高锰酸钾( k m n o a ) 的氧化 能力很强( e o = 1 5 lvv sn h e ) ，可直接氧化许多种化合物产生化学发光。这一体 系可用于无机物分析和有机物分析，例如何云华等1 2 5 1 利用高锰酸钟甲醛一无机还原 剂化学发光体系测定y f e ( 1 i ) 、s 、i 。、c u ( i ) 、c 2 0 4 2 ；朱昌青等口6 1 、张四纯等 分别利用高锰酸钾直接氧化l - 酪氨酸和亚胺希夫碱产生化学发光，测定了氨基酸 注射液中l 酪氨酸和n 四氢苯并噻唑类希夫碱的含量。由于该体系所需的试剂非 常普遍，发光强度比较稳定，己在大气环境检测、毒物分析、药品检验等诸多方 面得到了应用。 ( 5 ) 四价铈化学发光体系 在酸性介质中，四价的铈具有很强的氧化能力( e o = 1 4 4vv sn h e ) ，可以与 多种还原性无机物或有机物发生氧化还原反应。一般认为，c e ( i v ) 被还原时生 成激发态的c e ( i i i ) 而产生化学发光。以c e ( i v ) 作为氧化剂的化学发光体系， 其介质不受氯离子影响，可采用盐酸作为溶液酸度的调节剂，适用于水样中有机 污染物的分析【2 9 l 。c e ( i v ) 可与待测物萘普生、非那西汀直接发生氧化还原反应 以对其进行测定 3 0 , 3 1 1 ；在酸性溶液中，c e ( i v ) 氧化s 0 3 2 一产生化学发光，添加许多 有机化合物可以增敏，故可实现对增敏剂的测定，如盐酸环丙沙星【3 2 l 。此外，这 一发光体系还可通过含有巯基的物质或罗丹明6 g 等的增敏测定卡托普利、青霉胺、 巯基酰甘氨酸、双氢克尿噻、酚噻嚷、葛根素等药物田刁6 1 。 除上述化学发光体系外还有钉( i i ) - 联吡啶 r u ( b p y ) 2 化学发光体系。二价的 钉联吡啶配合物被氧化剂氧化成三价的钌吡啶配合物，r u ( b p y ) 2 3 + 与还原性物质 反应后被还原成激发态的【r u ( p h e n ) 3 2 + r ，当 r u ( p h e n ) 3 2 + 由激发态回到基态时就 产生了化学发光。c e ( i v ) 一钌的邻菲哕啉化学发光体系很早已被用于草酸盐的测定 1 3 7 1 。 1 1 2 电化学发光( e c l ) 分析法 1 1 2 1 电化学发光的基本原理及特点 电化学发光( e l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n c e ，e c l ) ，又称电致化学发光 ( 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 ) ，是电极反应的产物之间或电极产物与体系 中某组分之问进行化学反应后产生的一种光辐射。电化学发光分析法是通过测量 化学发光强度来测定物质含量的一种痕量分析方法。 电化学发光分析法是兼有电化学分析法和化学发光分析法的优点，不仅保留了 化学发光分析法所具有的灵敏度高、线性范围宽和仪器简单等优点，而且具有电 化学发光分析法的控制性强、选择性好等优点。r i c h t e d 3 8 埽nk n i g h t 等1 3 9 1 对电化学 发光的产生机理、发光体系及其电化学发光在临床、食品、环境分析中的应用作 了比较详细的介绍。近年来国内外对电化学发光分析的仪器、分析体系和应用均 有综述【4 叫3 1 。 1 1 2 2 电化学发光反应体系 ( 1 ) 电化学发光反应体系 目日口文献中已报道的电化学发光物质有三联吡啶( 联吡嗪或林菲罗啉) 的钉、 饿和铼类络合物、鲁米诺、吖啶酯等。n i m a n l 4 4 1 对鲁米诺的电化学发光行为及各种 影响因素进行了详细的研究：n i m a l l 【4 5 1 还用鲁米诺的电致化学发光测定了人体血清 中葡萄糖的含量。目前，研究最多的电化学发光体系是钌( 1 1 ) 一联吡啶配合物 ( r u ( b p y ) 3 ”) 电化学发光体系1 4 ”。钉( i i ) 一联毗啶主要有以下优点：( 1 ) 在电 极上可以形成循环；( 2 ) 发光量子产率高；( 3 ) 水溶性好。其主要缺点是发光 电位比较高。近年来，该体系的主要应用是利用钉( 1 1 ) 的吡啶配合物作为电化 学发光标记物，应用于生物活性物质的测定1 4 ”。 ( 2 ) 电生试剂化学发光反应体系 电生试剂化学发光分析法是利用恒电流电解在线电生某些反应活性高的参加 化学发光反应所需的化学反应试剂，通过直接的氧化还原反应，或通过增敏反应， 或者能量转移过程而建立的电化学发光分析法。大部分化学发光反应都是氧化一还 原反应，常用的氧化剂有h 2 0 2 、k 1 0 4 、b r 2 、1 2 、k m n 0 4 等。反应活性较高的有c i o 。、 b r o 一、0 2 一、m n ( i l i ) 、c o ( i i i ) 、a g ( i i ) ，但是，大多数氧化剂都不稳定， 甚至在水溶液中也很容易被水还原，用电化学在线产生不稳定氧化剂，可以解决 试剂不稳定的问题。电生试剂化学发光反应体系中，氧化剂是在线产生的，且具 有高的反应活性，浓度可以通过电解电流来加以调节。h u a n g 等j k l 5 2 1 利用电生不稳 定试剂化学发光法测定了异烟肼，当氯化钠溶液通过施加一定电流的流通电解池 时，在线产生不稳定试剂c i o ，异烟肼能够增强c 1 0 与鲁米诺的化学发光，据此建 立了测定异烟肼的电化学发光分析法，异烟肼检出线为6 1 0 一g m l 。章竹君等1 5 j 对电生试剂化学发光分析法进行了综述，并且该研究小组己将电生试剂化学发光 应用于过氧化氢、异烟肼、喹啉、丙酮酸、抗坏血酸、土霉素、四环素、止血散、 潘生丁、l 多巴胺、安乃近、硫离子、肾上腺素等的分析测定。 ( 3 ) 电化学溶出化学发光反应体系 溶出伏安法是通过控制各种条件( 溶出电位和化学溶出) 先将被测离子从大 体积的溶液中选择性地富集在微小的电极表面进而再溶出的方法。该方法具有较 高的灵敏度和较好的选择性。从理论上讲，所有能用电化学方法富集且能用化学 发光法检测的物质都能用这一方法测定1 5 。 1 1 3 荧光分析法( f l u o r e s c e n c e ) 荧光是物质的基态分子吸收一定波长范围的光辐射后，转入单重激发态，当 其由单重激发态跃迁到基态时产生的二次光辐射。单重激发态平均寿命很短，约 为1 0 s ，故荧光几乎与激发辐射同生同灭。在室温时，大多数物质的分子均处于 6 基态( s o ) 的最低能级。当物质分子吸收( a ) 了光子的能量，就会由原来的能级 跃迁至第一电子激发态或者跃迁至第二电子激发态中的各个不同振动能级和转动 能级。无论物质分子起初位于哪一个电子激发态，它们均可通过内转换( c ) 以及 振动驰豫( b ) 返回至第一电子激发态( s i ) 的晟低振动能级，在此过程中它们与 同类物质分子或者其它分子由于相互的碰撞而消耗了相当于这些能级之问的能 量，所以不产生发光现象。但是当由第一电子激发态的最低振动能级继续跃迁至 基态的各个不同的振动能级时，则会以光辐射的形式将能量释放，此时所发出的 光即为荧光( d ) ，过程如图1 一l 一3 所示【5 5 j 。 i ij + u ， r ( c 妯 l + 1 |l ( b ) | |l 1嘻 l ( a ) 图1 - i 3 荧光产生的能级跃迁图 f i g l 1 3 t h e t r a n s i t i o no f e n e r g y l e v e l so f f l u o r e s c e n c e 其中：s o 基态；s l 第一电子激发态；s 2 第二电子激发态 ( a ) 吸收；( b ) 振动驰豫；( c ) 内部能量转换 ( d ) 荧光 物质要产生荧光的必要条件是：( 1 ) 物质的分子中必须含有吸收特征频率光 能的基团( 吸收结构) ； ( 2 ) 物质分子要有大的共轭j t 键结构；( 3 ) 物质分子 要具有刚性平面结构： ( 4 ) 该物质分子要具有较高的量子产率。 荧光分析法具有很高的灵敏度，比紫外可见分光光度法高2 - - 4 个数量级，如 今这种分析方法已应用于工农业、医学卫生、环境保护等各种领域1 5 6 】。此外，荧 光分析法还具有选择性高、取样量少、方法简洁快速等特点，在金属元素的分析 中，应用十分广泛。 1 1 4 磷光分析法( p h o s p h o r e s c e n c e ) 通常情况下，大多数有机物质分子都处于单线基态，当分子被激发到较高的 能级并且经历非辐射跃迁降落至第一电子激发态单重态的最低振动能级后，往往 并不是全部跃迁到基态而发出荧光，有的则是继续经历非辐射的系间窜越到达亚 稳定的第一电子激发三重态，在三重态逗留后，再发生辐射跃迁下降回至基态的 各个振动能级，同时伴随有磷光的产生。 与荧光相比，磷光有如下特点：第一，磷光辐射的波长比荧光长，这是因为 分子的第一电子激发三重态的能量比第一电子激发态单重态的能量低；第二，磷 光的寿命比荧光长。这是因为荧光是从第一电子激发态单重态到单线基态辐射跃 迁的结果，这种跃迁是自旋许可的跃迁，所以第一电子激发态单重态的辐射寿命 通常在1 0 7 1 0 一s ；而磷光是从第一电子激发三重态到单线基念辐射跃迁的结 果，这种跃迁是自旋禁阻的跃迁，其速率常数要小得多，故辐射寿命要相对长一 些，大约在1 0 。1 0s ；第三，磷光的寿命和辐射强度对于重原子和顺磁性离子是极 其敏感的【5 7 】。 在发光分析研究中，磷光分析是我国相对薄弱的部分，主要是清华大学和山西 大学在室温磷光方面的研究。在近几年中，研究工作主要集中在固体基质表面室 温磷光、胶束增稳室温磷光、环糊精诱导室温磷光以及室温磷光免疫分析等方面 5 7 1 。晋卫军等5 9 l 对固体基质室温磷光、流体介质室温磷光、低温磷光和室温磷光 传感器在药物分析中的应用进行了评述。董川掣5 9 j 对环糊精诱导室温磷光发光机 理、重原子作用及除氧技术做了综述和介绍。也有人评述了室温磷光免疫分析的 研究进展，并对其发展趋势进行了展望。 i i 5 生物