（应用化学专业论文）腐植酸的化学发光及其分析应用.pdf

中文摘要 腐植酸广泛地存在于自然界中，是土壤中有机质的主要组成部分，与植物生长、生态平衡、 污染物的迁移和积累密切相关。本论文对腐植酸化学发光体系进行了研究，建立了腐植酸的化 学发光测定方法，并探讨了该体系的发光机理。主要研究内容如下： 1 在n 一溴代琥珀酰亚胺( n b s ) 一腐植酸体系中，研究了各因素对体系的影响，确定了 最佳反应条件。腐植酸在0 2m g l 2 0 0m g l 。1 范围内呈良好的线性关系，该法检测限为 0 i m g l 。溶解氧氧化实验表明腐植酸在水中是稳定的，发光强度不受溶解氧的影响。同时该 方法对其它常见离子也有相当的允许量，对腐植酸的选择性良好。 2 比较了次卤素和氮卤代物与腐植酸的化学发光行为，在此基础上建立的二溴海因一腐植 酸的化学发光体系，使得腐植酸的检测更为灵敏，并能很好地应用于实际样品的测定。腐植 酸分别在0 0 0 1 m g l 1 0m g l 。1 范围内和1 0m g l 1 0 0m g l 。1 范围内呈良好的线性关系，该 法检测限为0 翰g l 。在该体系中，对不同来源的腐植酸利用不同的提取方法进行了测定和比 较。结果表明，不同的提取方法所获得的腐植酸其发光性能存在差异，而用同一种提取方法 提取不同来源的腐植酸，发光性能结果一致。 3 通过对腐植酸不同的氧化体系化学发光光谱的研究以及对与腐植酸具有相似基团的 化合物的化学发光光谱研究，可得出结论：腐植酸经不同的氧化剂氧化后可产生同一种发光 体；尿素、氨水、甘氨酸、亚硝酸根和腐植酸经氧化后可产生同一种发光体；这种发光体有 可能为激发态的氮类化合物。 4 利用二溴海因一腐植酸体系的化学发光建立了二溴海因的测定方法。二溴海因在1 i 0 6m o l l l i 0 1m o l l 1 范围内呈良好的线性关系，该法检测限为4 x l o 。m o l l 一。详细研究 了表面活性剂对体系的影响，并探讨了一系列提高二溴海因检测限的方法，其中曙红对该体 系有明显的增敏作用。 关键词：腐植酸，流动注射，化学发光，光谱，二溴海因 a b s t r a c t h u m i ca c i d sa r et h em o s tw i d e l ys p r e a do r g a n i cm a t t e ri nn a t u r e h u m i ca c i d sp l a yv e r y i m p o r t a n tr o l ei ne n v i r o n m e n tb e c a u s eo ft h e i rp o t e n t i a la b i l i t yt om o b i l i z e ，t r a n s p o r t ，i m m o b i l i z e h y d r o p h o b i co r g a n i cp o l l u t a n t s ，a n dt h e i rr o l ei ns o i ln u t r i e n tr e g u l a t i o na n dh e a v ym e t a la d s o r p t i o n t l l i sp a p e rs t u d i e dt h ec h e m i l u m i n e c e n c es y s t e mo fh u m i ca c i da n dam e t h o dw a sd e v e l o p e df o rt h e d e t e r m i n a t i o no fh u m i ca c i d t h em e c h a n i s mo ft h ec h e m i l u m i n e s c e n c er e a c t i o nw a sa l s od i s c u s s e d t h em a i nr e s u l t sw e r eg i v e na sf o l l o w s ： 1 i nt h es y s t e mo fn b r o m o s u c c i n i m i d ea n dh u m i ca c i d ( n b s h a ) s e v e r a lf a c t o r sw e r e s t u d i e da n dt h eo p t i m a lc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e d t h ec li n t e n s i t i e sw e r el i n e a rw i t hh a c o n c e n t r a t i o n si nt h er a n g eo f0 2 2 0 0m g i t h ed e t e c t i o nl i m i to ft h em e t h o dw a s0 1m g1 1 t h e o x y g e n a t i o no fh a b va i rw a sa l s os t u d i e da n dt h er e s u l ts h o w e dt h a th u m i ca c i d sw e r ef a i r l ys t a b l e i n a i rs a t u r a t e ds o l u t i o n m o s to ft h ef o r e i g ns u b s t a n c e st e s t e ds h o w e dr e l a t i v e l yh i g ht o l e r a n c e l e v e l sa n dt h ep r o p o s e dm e t h o dw a ss u c c e s s f u l l ya p p l i e dt ot h ed e t e r m i n a t i o no fh ai nr e a ls a m p l e s 2 c o m p a r et h ec h e m i l u m i n e s c e n c eo fh aw i t hh y p o h a l o g e na n dh a l o g e n a t i o n s am o r e s e n s i t i v em e t h o df o rt h ed e t e r m i n a t i o no ft r a c eh aw a sp r o v i d e d ，b a s e do nt h eo x i d a t i o no fh ab v 1 ，3 d i b r o m i n e 5 ，5 d i m e t h y l h y d a n t i o n aw i d ec a l i b r a t i o nr a n g ef r o m0 0 0 1 t o1 0 t gm l “w a s o b t a i n e da tt h eo p t i m i z e dc o n d i t i o n sa n dt h ed e t e c t i o nl i m i tw a sa sl o wa s0 5 n gm l o fh a c o m p a r i n gh a f r o md i f f e r e n tr e s o u r c e sa n de x t r a c t e dw i t hd i f f e r e n tm e t h o d s t h er e s u l ti s ：e x t r a c t e d h af r o md i f f e r e n tr e s o u r c e sw i t ht h es a m em e t h o d t h es a m er e s u l t sw e r eo b t a i n e d ；e x t r a c t e dh a f r o mt h es a m er e s o u r c ew i t hd i f f e r e n tm e t h o d s ，t h er e s u l t sw e r ed i f f e r e n t 3 s t u d yt h ec h e m i l u m i n e s c e n c es p e c t r ao fh a o x i d i z e db yd i f f e r e n to x i d a n t sa n dt l k - j p e c t r ao f u r e a ，g l y c i n e ，a m m o n i aa n dh u m i ca c i d so x i d i z e db yd b d m h ，i tc a l lb ec o n c l u d e dt h a tt h a tt h e s a m ee m i s s i o ns p e c i e sw a sr e s p o n s i b l ef o rt h ec h e m i l u m i n e s c e n c eo fh aw i t hd i f f e r e n to x i d a n t sa n d t h es a n l ee m i s s i o ns p e c i e sm a yb eo b t a i n e df r o mt h eo x i d a t i o no fu r e a ，g l y c i n e ，a m m o n i aa n dh u m i c a c i d t h ee m i s s i o ns p e c i e sw a sp r e s u m e da st h ee x c i t e dn i t r o g e ns p e c i e s 4 ac h e m i l u m i n e s c e n c ed e t e c t i o nm e t h o dw a sa p p l i e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no fd b d m hb a s e d o nt h ec h e m i l u m i n e s c e n c eo fh a d b d m hs y s t e m ac a l i b r a t i o nr a n g ef r o ml x l 0 - 6m o l l + 1 - - , l x l o 。4 m o l l 。1 w a so b t a i n e da tt h eo p t i m i z e dc o n d i t i o n sa n dt h ed e t e c t i o nl i m i tw a s4 x l o 7m o l l lo fd b d m h t h ei n f l u e n c eo ft h es u r f a c ea c t i v ea g e n t si nt h es y s t e mw a ss t u d i e d t h em e t h o do fs e n s i t i z i n gt h e s y s t e mw a sa l s od i s c u s s e da n dy - e o s i nc a l ls e n s i t i z es t r o n g l y k e yw o r d s ：h u m i ca c i d ，f l o wi 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 ，s p e c t r a ，d b d m h 独创性声明 y9 6 7 8 7 0 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： ! 竭至：垄日期：乎6 年月日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：1 翻壹扛导师签名： 日期：0 第一章绪论 1 1 腐植酸简介 第一章绪论 腐植酸( h u m i ca c i d ，简写h a ) 是动植物遗骸，主要是植物的遗骸，经过微生物的分解 和转化，以及地球化学的一系列过程，积累起来的一类有机物质。它是由芳香族及多种官能 团构成的大分子有机酸，具有良好的生理活性和吸收、络合、交换等功能。它广泛存在于土 壤、湖泊、河流、海洋以及泥炭( 又称草炭) 、褐煤、风化煤中。按自然界分类，它可以分为 三大类，即土壤腐植酸，水体腐植酸和煤炭腐植酸。九十年代初，用发酵法，通过接种，可 提取生化腐植酸或生化黄腐植酸等有机酸物质“1 。 腐植酸主要的化学成分是c 、h 、0 、n 、s 等，腐植酸的分子量高达数千，随基团的数 量不同其分子量变化范围很大。1 。腐植酸分子由芳香核及其周围的水解部分与矿物元素组成。 含1 0 左右氮的氨基酸。矿物元素以及其与腐植酸的结合形式都影响着腐植酸的性质。1 。腐植 酸分子结构中的活性基团能与很多金属离子进行交换、络合或鳌合反应。表面吸附也能固定 一些有害组分“1 。研究表明，在自然界中腐植酸的性质受到包括成土母质、植被、水热条件、 气候、p h 值以及重金属离子等因素的影响。其中最主要的影响因素是气候、p h 值以及重金属 离子的含量。 腐植酸是土壤中有机质的主要组成部分，与植物生长、生态平衡、污染物的迁移和积累 密切相关“”。腐植酸是天然的羟基羧酸，具有很强的吸附能力、络合能力及离子交换性能， 在工业、农业、医药等方面有广泛的用途”3 。 腐植酸具有土壤保护功能，具体体现在： 一改良土壤环境 ( 1 ) 使一些难溶营养物质形成易溶盐，或者使一些难溶盐形态存在的生命微量元素( 如 f e 、c u 、z n 等) 形成络合物并溶于水而被农作物吸收； ( 2 ) 用腐植酸促进土壤团粒的形成。腐植酸中的羟基、羧基官能团易与土壤中的钙离子发 生凝固反应，再通过植物根系的生理作用就形成了土壤的团粒结构，从而使土壤的空隙度相 对增大，通透性更好，有利于农作物吸收养分和正常生长； ( 3 ) 利用腐植酸的酸性可与盐碱土中的碱性发生中和反应的原理可调节土壤的p h 值，从 而达到治理盐碱的效果。 二治理土壤重金属污染 土壤重金属污染是一个世界性的问题。用腐植酸来治理被重金属污染的土壤具有操作简 单、取材方便、有效期长、经济可靠等优点，腐植酸对重金属污染的土壤环境进行治理具有 垩堕奎堂堡主兰垡丝奎 堕垫墼堕些堂垄垄墨基竺堑里旦 广泛的应用前景和现实意义。腐植酸对土壤中重金属污染的缓冲和净化机制主要体现如下： ( 1 ) 参与土壤中离子的交换反应，将土壤中的重金属离子吸附固定，防止它们进入生物循 环； ( 2 ) 稳定土壤结构，为土壤微生物活动提供机质和能源，从而间接地影响土壤中重金属离 子的活动能力； ( 3 ) 与土壤中的重金属离子络合反应，起到钝化重金属离子，防止重金属离子大量进入植 物体系的作用。 1 2 化学发光研究的历史嘲 对化学发光的认识可以追朔到古代，最早发现的化学发光现象发生在生物体内，如萤火 虫，现在称为生物发光( b i o l u m i n e s c e n c e ) ，是由生物体发出的可见光而得名。发光生物体广 泛存在于自然界，大约有1 3 大类近千种。人类在古代就对生物发光进行了观察和研究，但不 知为什么有的生物能发光，而有的生物不能发光。1 9 世纪8 0 年代末，法国生理学家d u b i o s 首次解释了发光的化学机制，把这种发光现象归属于一种相对简单的有机反应。人们把通过 化学反应产生的发光现象称为化学发光( c h e m i l u m i n e s c e n c e ，c l ) ，而把生物体内的发光和 有酶参与的化学反应产生的光称为生物发光( b i o l u m i n e s c e n c e ，b l ) 。从化学角度讲，上述 的发光都经历了化学反应，因此人们也把生物发光划归为化学发光的一个重要分支。 有机化合物的非酶催化化学发光的研究始于r a d z i s z e w s k i 。1 8 7 1 年，他发现洛粉碱( 2 ，4 ，5 一 三苯基咪唑) 在碱性介质中被过氧化氢等试剂氧化发出黄色的光。后来，他还发现了大量有 机化合物和天然物质，如油类、葡萄糖等的化学发光现象，并指出了这一发光现象的普遍性。 由于化学发光反应的复杂性，研究起来较为困难，所以在此后的5 0 年里这一方面的研究没有 多大的进展。直到1 9 2 8 年，a l b r e c h t 才观察到鲁米诺( 3 一氨基苯二甲酰肼) 在碱性介质中的 化学发光行为，并描述了这一反应的机理，而这一机理至今仍为人们所承认。鲁米诺化学发 光现象的发现，是有机化合物发光研究史上的一个里程碑。由于它有很高的发光效率，结构 简单，容易合成，有较好的水溶性，得到深入和广泛的研究。1 9 3 5 年，g l e u 和p e t s c h 第一次 报道了光泽精( n ，n - 二甲基二吖啶硝酸盐) 与过氧化氢反应产生化学发光现象，在以葡萄糖 测定为典型例子的许多还原性物质测定中获得应用。此后吖啶盐化学发光现象的发现，化学 发光标记试剂的合成和化学发光免疫分析成为2 0 世纪8 0 年代的热门研究内容，促进了这一 类分析方法在人体成分分析中的应用。 由于大多数化学发光非常微弱，且稍纵即逝，早期的化学发光研究进展一直比较缓慢， 几乎没有获得实质性的应用。到了6 0 年代以后，一方面由于现代电子技术和高灵敏的光电传 感器的发展，为研究和测量化学发光提供了新的有效手段；另一方面由于这个时期生命科学、 环境科学和材料科学的兴起，对该领域的发展起了重大的推动作用。这一时期的研究工作主 要集中在三个方面：( 1 ) 不管是从生物学还是化学角度看，对生物发光的兴趣大大增加：( 2 ) 发现了一大批新的发光试剂以及其合成方法；( 3 ) 建立了比较完整的化学发光理论。这一时 蔓二里丝丝 期在化学发光方面，发现了许多化学发光材料可以作为激光器，也可作为实用的冷光源。可 见区的化学发光能提供许多反应的动力学特性，从发光光谱的测量和分析中可以得到大量信 息。因此，有机化合物液相化学发光的发展前景为分析化学工作者所关注。 国内开展化学发光的研究虽然比较迟，但是8 0 年代以来，这一方面的研究发展的比较快。 研究工作主要集中在以下方面：( 1 ) 化学发光新体系的理论和应用有了很大的发展；( 2 ) 在 生命科学的推动下，我国化学发光分析已经开始从主要研究对象为无机离子转向主要研究对 象为有机物及生物活性物质方面。( 3 ) 在化学发光检测仪器的研制方面也有一定进展，流动 注射化学发光检测系统，化学发光一光导纤维检测及生物传感器的研制，使得超微弱发光的 检测成为可能，促进了生物化学发光和化学发光免疫分析的发展。 基于化学反应所建立起来的分析法我们称为化学发光分析( 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 ) 。 这种分析方法的特点是灵敏度高，仪器设备简单，造价低廉，操作方便，同时又易于实现自 动化，而且可以与其他分析方法联合使用，作为其他分析方法的检测手段。2 0 世纪6 0 年代 的气相色谱、7 0 年代的液相色谱、8 0 年代的毛细管电泳到9 0 年代的微流控芯片等分离技术 的出现，为化学发光这一高灵敏度检测技术提供了用武之地。近年来，高效液相色谱化学发 光检测的分析方法、化学发光成像技术、化学发光免疫分析法和生物的超微弱发光在生命科 学、临床医学和环境化学等许多领域的应用都已成为研究的热点。 1 3 化学发光的基本原理【9 】 化学发光是指某些化学反应中发出光的现象。其发光机理是：反应体系中的某些物质分 子，如反应物、中间体或者荧光物质吸收了反应释放的能量而由基态跃迁至激发态，然后再 从激发态返回基态，同时将能量以光辐射的形式释放出来，产生化学发光。其过程主要有两 种可能：( 1 ) 物质a 和b 反应，产生激发态c + ，c 为发光物质直接发出可以测量的光； ( 2 ) 物质a 和b 反应，同样产生中间体c ，当体系存在另一种易于接受能量的荧光物质f 时，c + 把能量转移给荧光体，使得荧光物质接受了能量由基态跃迁至激发态，当激发态分子 返回基态时，产生发光现象，其发光体为荧光物质，发光波长与荧光物质的荧光发射波长相 一致。其化学发光反应的过程如下： a + b c + + d c _ c + 矗v 或者a + b _ c + + d c + + f - f + + c f f + h v 根据以上的反应过程，一个化学反应要产生化学发光现象，必须满足以下三个条件：第 一，反应中可提供足够的激发能，并由某一步骤单独提供，因为前一反应释放的能量将因振 动弛豫而消失，从而不能发光；第二，有有利的反应过程，使化学反应的能量能至少被一种 物质所接受并产生激发态；第三，激发态分子具有一定的化学发光量子效率释放出光子，或 3 垩堕查堂堡主兰堡堡塞 堕垫墼箜垡兰垄垄墨墨坌堑窒旦 者能够转移它的能量给另一个分子使之进入激发态并释放出光子。 化学发光反应之所以能够应用于分析测定，是因为化学发光强度与化学发光速率相关联， 因而一切影响反应速率的因素都可以建立测定方法的依据。化学发光强度( 1 c l ) 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 e = o c ld c d t = e md c d t 式中i c e 化学发光强度( 每秒发射的光子数) ； d c d 卜一化学反应速率( 每秒的反应分子数) ； m c 广一化学发光量子产率( 每一个参加反应的分子发射的光子数) ； 口，e ) ( 一激发态量子产率( 每一个参加反应的分子产生的激发态) ； 西e m 一发光量子产率( 每一个激发态产生的光子数) 。 对于一定的反应，中观为一定值。通常可用于分析的化学发光系统的c l 在0 0 1 o 2 0 之间。化学发光测定受化学反应条件，如p h 值、离子强度、溶液组成、温度等影响，影响反 应速率或者影响任意一个量子效率的因素都会改变发光强度。因此，在一定的化学反应条件 下，通过测定化学发光强度就可以测定反应中某种物质的浓度。 化学发光分析测定的物质可以分为三类：第一类物质是化学发光反应的反应物；第二类 物质是化学发光反应中的催化剂、增敏剂或抑制剂；第三类物质是偶合反应中的反应物、催 化剂和增敏剂等。通过标记这三类物质还可以测定人们感兴趣的其他物质，近一步扩大化学 发光分析的应用范围。 化学发光过程中产生电子激发态的能量来自于化学反应，对于在可见光区的反应，反映 需要放出至少1 6 8 2 9 4 k f f m o l 的热量。通常具有这种能量的反应是氧化一还原反应，这些能 量的释放必须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能量 转移的测定，这是化学发光分析区别于其他光学测定法的重要标记和特征之一。 1 4 化学发光的分类 化学发光按其反应介质的状态，主要有气相和液相两大类，如用于大气污染物n o 、n 0 2 、 s 0 2 等测定的化学发光体系属气相化学发光，而用于过氧化氢、金属离子以及大量的有机化 合物测定用的鲁米诺、过氧草酸酯、光泽精等化学发光体系属于液相化学发光。 气相化学发光反应可以分为两类，即在室温下发生的反应和在火焰中发生的化学发光反 应。火焰化学发光反应是用于气相色谱仪器的火焰发光检测器的基础。 液相化学发光反应体系是研究最多的反应体系，主要有过氧草酸酯体系、鲁米诺体系、 四价铈体系以及光泽精体系等。 此外，化学发光还包括电致化学发光和生物化学发光。 电致化学发光或电化学发光( e l c 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 简称e c l ) 是将电化 学手段与化学发光方法相结合的一种技术。它是目前国际上电化学工作者和化学发光研究者 共同关注的课题。电致化学发光是利用电化学手段，通过电极给含有化学发光物质的体系施 4 第一蕈绪论 加适当的电压或电流，使其中某些成分在电极上发生氧化还原反应，从而产生某种具有化学 活性的物质，该物质能与发光物质反应并提供足够的能量，致使发光物质的基态电子跃迁到 激发态，当激发态电子回到基态时便发出一定波长的光；或者利用电极提供能量直接使发光 物质进行氧化还原反应，并生成稳定的中间产物，该产物迅速分解导致发光。 生物发光是化学发光的一个重要分支，人们最早对化学发光的认识就是对生物体发光现 象的观察。萤火虫的发光是人们最常见的一种生物发光。常见的生物发光体系主要有萤火虫 荧光素一荧光素酶发光体系、甲壳动物荧光素发光体系、细菌发光体系等。生物发光已得到了 广泛的应用，主要可应用于微生物与细胞研究中的生物统计、临床化学、制各生物化学以及 组织化学等。 1 5 腐植酸的化学发光研究现状及进展 由于腐植酸在环境中所起的重要作用，对其性质的表征、分析成为分析化学工作者研究 的课题。 目前对腐植酸的表征主要有光谱法“”“、分光光度法“2 1 等。光谱法主要研究腐植酸的 结构与性质，属于定性分析。而分光光度法则受到腐植酸标准吸收曲线的差异的影响。前人 研究表明，不同来源的腐植酸其吸收曲线的差异高达2 7 3 “1 ，而这种差异将在测量中产生误 差。自从1 9 6 7 年s l a w i n s k a 发现腐植酸具有化学发光能力以来“，人们进行了一系列利用化 学发光法对腐植酸的研究“”“”。 1 9 8 1 年，m a r i n o “5 1 等研究了腐植酸的化学发光检测方法。文中总结了几种不同的氧化剂 与腐植酸的化学发光反应。在前人的研究中，s l a w i n s k a 选用h 2 0 2 氧化腐植酸，从而产生化 学发光。但该体系中光信号很弱，加入一般的化学发光反应催化剂，例如c o ( i i ) 、c u ( i i ) 等 对光强也没有提高。六氰合铁离子( f e ( c n ) 6 3 - ) 虽然可与腐植酸反应产生较大的光信号，但 其本身存在较强的空白发光，该体系的光强净值与h 2 0 2 体系接近。m a r i n o 等利用k m n 0 4 与 腐植酸反应，可获得较强的光信号，其光强约为h 2 0 2 体系的2 0 倍。通过对该体系条件的优 化，使得腐植酸的检测线性范围达到o 7m g l l 2 0m 酉。通过添加回收测定，比较了光度法 与化学发光法在不同来源的腐植酸中的测定。结果表明光度法在不同来源的腐植酸的测定中 误差较大。( 见表1 ) 江南大学硕士学位论文腐植酸的化学发光及其分析应用 表1 光度法和化学发光法测定腐植酸的比较 t a b l e1c o m p a r i s o no fr e s u l t sf o rh u m i ca c i d ( h a ) d e t e r m i n e db y c h e m i l u m i n e s c e n c e ( c l ) a n da b s o r p t i o n h u m i c a c i dh at a k e n ( m g l 4 )h a f o u n d ( m g l 1 )e r r o r ( ) s a m p l e c lac lac la c h e m p r o c h a 1 1 5 01 18 0o5 8 n o r t hc a r o l i n a1 05 09 9 3 71 o3 5 h a m i c h a l o w s k i “”提出利用n 一溴代琥珀酰亚胺( n b s ) 在碱性环境中的在线水解氧化腐植 酸，产生化学发光。在该体系中，作者认为其化学发光过程是n b s 先水解成次溴酸，然后次 溴酸再氧化腐植酸产生化学发光。用n b s 代替次溴酸盐的目的是n b s 比较稳定。同时作者 认为甘氨酸的存在可敏化腐植酸的发光( 光强约为原来的1 0 0 倍) 。在该体系中，可得到两条 工作曲线，腐植酸分别在0 0 1 2 1m 矿1 和1 2m 矿1 范围内呈良好的线性关系，检测限为 o 0 1 2m g l 。文中探讨了甘氨酸对体系增敏的机理，认为是由于甘氨酸与腐植酸中的芳香羧酸 基团反应，其产物影响体系的化学发光。 目前关于腐植酸体系化学发光光谱的研究很少见于报道，其发光机理尚未有定论。h u “6 1 等在尿素、氨水与次溴酸的化学发光反应机理研究中提及腐植酸与次溴酸的化学发光反应光 谱，但没有详细研究，且实验中所用仪器并非商品仪器，实验过程也存在若干细节问题，所 以光谱准确性值得商榷。前人研究认为，腐植酸中具有与氨、尿素或酰肼之类的物质中相似 的发光基团“，而关于此类物质的化学发光体系的机理研究已有很多学者报道“7 “”“”1 。 1 6 本课题的主要研究内容 本课题将进行腐植酸发光行为的研究。通过比较不同体系中腐植酸的化学发光行为，建 立腐植酸的化学发光测定方法，并将其应用于实际样品的检测。通过对腐植酸不同的氧化体 系化学发光光谱的研究以及对与腐植酸具有相似基团的化合物的化学发光光谱研究，探讨该 体系的发光机理。研究具体研究内容为： 1 考察几种常用的氧化剂与腐植酸的反应，建立n 一溴代琥珀酰亚胺( n b s ) 体系的化学 发光检测方法。优化该体系的反应条件，确定腐植酸的发光线性范围和检测限等。通过溶解 氧的实验，考察腐植酸在测定过程中的稳定性。在该体系中，进行离子干扰研究，然后将其 应用于实际样品的检测分析。 2 在氮卤代物这一类物质中，选择二溴海因与n 一溴代琥珀酰亚胺、溴水、次氯酸钠等作 比较，探讨二溴海因一腐植酸体系的化学发光，建立腐植酸的二溴海因化学发光测定体系， 并将其应用于实际样品的测定。对不同来源的腐植酸用不同的提取方法提取后，利用流动注 射化学发光法进行分析比较。 3 通过研究不同的氧化剂与腐植酸反应产生的化学发光光谱，比较二溴海因氧化氨水、 6 苎二垩堕堡 尿素、腐植酸等一些具有相似发光基团的物质的化学发光反应光谱，初步探讨腐植酸体系的 化学发光机理。 4 利用腐植酸与二溴海因的反应，建立二溴海因的化学发光测定方法。在该体系中，考 察常用的荧光增敏剂对体系的影响以及表面活性剂对体系的影响。 江南大学硕士学位论文 腐植酸的化学发光及其分析应用 参考文献： 1 曾宪成，谈谈腐植酸 j ，腐植酸，1 9 9 6 ，2 ：2 卜2 2 2 李纯等，腐植酸及其土壤环境保护意义 j ，广西科学院学报，2 0 0 1 ，1 7 ( 3 ) ：1 2 9 - 1 3 2 3 王利民，腐植酸及其含量的测定 j ，腐植酸，1 9 9 8 ，4 ：1 7 1 8 4 s c h n i t z e rm ，k h a nsu h u m i cs u b s t a n c ei nt h ee n v i r o n m e n t j n e wy o r k ，m a r c e ld e k k e r i n c 1 9 7 2 ，( 2 3 ) ：5 6 6 7 5 熊田恭一，土壤有机质的化学$ 1 5 3 m 北京：科学出版社，1 9 8 4 ：7 8 6 徐栋，冯科，吴峰等，天然水体底质中腐植酸的光谱表征 j 分析科学学报，2 0 0 3 ，1 9 ( 6 ) ：4 9 9 5 0 2 7 明绍福，风化煤腐植酸吸附镉离子的研究 j ，哈尔滨科学技术大学学报，1 9 9 5 ，9 ( 3 ) ： 9 9 1 0 2 8 陈国南，张帆，化学发光与生物发光一理论及应用 m ，福建科学技术出版社，1 9 9 8 9 林金明，化学发光基础理论与应用 m ，化学工业出版社，2 0 0 4 1 0 顾志忙，王晓蓉，顾雪元等傅立叶变换红外光谱和核磁共振法对土壤中腐植酸的表征 j 分析化学，2 0 0 0 ，2 8 ( 3 ) ：3 1 4 3 1 7 1 1 张甲坤，陶澍，曹军中国东部土壤水溶性有机物荧光特征及地域分异 j 地理学报， 2 0 0 1 ，5 6 ( 4 ) ：4 0 9 4 1 6 1 2 k i m m oh ，j u h a nei ，a n dk a l e v ip m e a s u r e m e n to fa q u a t i ch u m u sc o n t e n tb ys p e c t r o s c o p i c a n a l y s e s j w a t e rr e s e a r c h ，2 0 0 0 ，3 4 ( 1 ) ：2 4 6 - - 2 5 8 【1 3 】m a r i n odfa n di n g l ejd d e t e r m i n a t i o no fh u m i ca c i db yc h e m i l u m i n e s c e n c e j a n a lc h i m a c t a ，1 2 4 ( 1 9 8 1 ) 2 3 - 3 0 【1 4 】m i c h a l o w s k ij ，h a l a b u r d ap ，k o j l oa d e t e r m i n a t i o no fh u m i ca c i di nn a t u r ew a t e r sb yf l o w i n j e c t i o na n a l y s i sw i t hc h e m i l u m i n e s c e n c e j a n a l c h i m a c t a4 3 8 ( 2 0 0 1 ) 1 4 3 - 1 4 8 【1 5 m i c h a l o w s k ij ，k o j l oa u s eo fa m i n o - c a r b o n y lr e a c t i o na n dc h e m i l u m i n e s c e n c ed e t e c t i o nt o t h ef l o w i n j e c t i o nd e t e r m i n a t i o no fs o m ea m i n oa c i d s j t a l a n t a ，2 0 0 1 ( 5 4 ) ：1 0 7 1 1 3 1 6 h ux c ，t a k e n a k an ，m a e d ay m e c h a n i s mo fc h e m i l u m i n e s c e n c er e a c t i o nb e t w e e n h y p o b r o m i t ea n da m m o n i a o ru r e a 【j 】b u l l c h e m s o c j a p 1 9 9 6 ( 6 9 ) ：1 1 7 9 - 1 1 8 5 【1 7 】m a e d aes ，b a r n e t tn w ，l e w i ss w c h e m i l u m i n e s c e n c ef r o mt h eo x i d a t i o no fu r e aa n d a m m o n i aw i t hh y p o b r o m i t ea n dn b r o m o s u c c i n i m i d e 【j 】t a l a n t a2 0 0 4 ( 6 4 ) ：2 8 3 2 8 9 【1 8 t s a p l e vyb c h e m i l u m i n e s c e n c ef r o mt h eo x i d a t i o no fl i n e a rh y d r a z i d e so fc a r b o x y l i ca c i d s w i t hh y p o c h l o r i t e 【j 】r u s s zp h y s c h e m 1 9 9 9 ( 7 3 ) ：1 4 9 5 - 1 4 9 8 【1 9 】f r a n c i se s t h ee m i t t i n gs p e c i e sf o r m e db yt h eo x i d a t i o no fh y d r a z i d e sw i t hh y p o h a l i t e so r n - h a l o s u c c i n i m i d e s 【j 】l u m i n e s c e n c e ，2 0 0 4 ( 1 9 ) ：2 0 5 2 0 8 8 第二章腐植酸一n 溴代琥珀酰亚胺化学发光体系的研究 第二章腐植酸- - n - 溴代琥珀酰亚胺化学发光体系的研究 2 1 引言 腐植酸( h u m i ca c i d ，h a ) 是土壤中有机质的主要组成部分。腐植酸与植物生长、生态 平衡、污染物的迁移和积累密切相关“”。1 。在天然水中，腐植酸是最重要的有机物之一，它 有可能在饮用水的氯化消毒过程中产生致癌的物质“1 。 自从1 9 6 7 年s l a w i n s k a 发现腐植酸具有化学发光能力以来0 1 ，人们进行了一系列利用化 学发光法对腐植酸的研究“。化学发光反应一般在极短的时间内完成，要求样品与试剂混 合后迅速检测。流动注射进样可以满足这一要求。流动注射化学发光法具有灵敏度高、仪器 简单、线性范围宽、重复性好等特点，受到人们的普遍重视。在一些腐植酸化学发光体系中， 通过对化学发光信号的测量，可进行腐植酸的定量分析。但是腐植酸的化学发光一般都产生 于它的氧化反应，腐植酸的提取也多在通氮除氧的条件下进行，因此溶解氧的氧化作用对腐 植酸化学发光行为的影响就成为一个值得关注的问题。为此，本章对不同的氧化剂与腐植酸 的化学发光反应以及溶解氧对腐植酸的化学发光的影响进行了比较和评价，并在此基础上建 立了腐植酸n 一溴代琥珀酰亚胺( n b s ) 体系，用于腐植酸的定量分析。 2 2 实验部分 2 2 1 实验试剂 试剂 腐植酸 n b s ( n 一溴代琥珀酰亚胺) 甘氨酸 高锰酸钾 双氧水 规格 上海巨枫化学科技有限公司，b r 上海元越化工有限公司，工业纯，9 9 中国医药集团上海化学试剂公司，a r 上海美兴化工有限公司，a r 国药集团化学试剂有限公司，a r 其他所用试剂均为分析纯，实验用水均为去离子水。 江南大学硕士学位论文腐植酸的化学发光及其分析应用 2 2 2 实验仪器 仪器名称 m p i a 型毛细管电泳电化学发光监测仪 ( 含f i a 型流动注射分析仪，多通道数 据采集分析仪，多功能化学发光检测 器) s b 2 2 0 0 超声仪 7 2 2 光栅分光光度计 电子分析天平 2 2 3 溶液的配制 腐植酸储备液的制备 甘氨酸储备液的制备 型号及产地 西安瑞迈电子科技有限公司、中科院长 春应用化学研究所 上海，b r a n s o n 上海第三分析仪器厂 奥豪斯国际贸易( 上海) 有限公司 准确称量l om g 腐植酸，加1 0m l0 5m o l l ln a o h 溶液，利用s b 2 2 0 0 超声仪超声3 0m i n 使其完全溶解，定容到1 0 0m l 棕色容量瓶中，于 4 下避光保存 1 0 0 0m g l 1 甘氨酸储备液于4 下避光保存，使用时，逐级稀释到所 需浓度 n b s 溶液：需使用前新鲜配制，准确称量后定容于棕色容量瓶中 样品的制备：将腐植酸储备液稀释于定浓度的氢氧化钠溶液中，通过添加甘氨酸、待测干 扰离子等作为体系中的待测样品。 2 2 4 实验方法 按图l 的实验装置操作。将各输液管插入相应溶液，启动蠕动泵，待管路中溶液流动平 稳，基线稳定后，通过进样阀向载流中注入样品溶液，记录化学发光信号强度。 r c s 图1h a 的流动注射分析示意图 f i g 1s c h e m a t i cd i a g r a mo ft h ef i a - c lm a n i f o l df o r d e t e r m i n a t i o no fh u m i ca c i d c ，载流：水；r ，试剂：n b s 溶液；p ，蠕动泵：s ，样品注入点 f ，流通池；w ，废液；d ，化学发光检测器；p c ，电脑 1 0 第二章腐植酸一n 溴代琥珀酰亚胺化学发光体系的研究 注：在图l 中的实验装置图中，各管路内径均为0 8 m m ；样品试样塞柱长为1 0 a m ；流通 池为盘管式，以便于溶液及时畅通地运行，无死溶液：化学发光检测池中光电倍增管( p m t ) 的副高压为8 0 0 v 。 2 3 结果与讨论 2 3 1 腐植酸及背景化学发光静态动力学曲线图 在腐植酸化学发光体系中，反应在很短的时间内完成。为此我们先将l 毫升样品( 或空 白) 放入发光检测池中，关闭暗室，启动仪器检测。待基线平稳后，通过事先连接好的注射 器向发光池中注入氧化剂溶液，记录