三联吡啶钌Ⅱ电致化学发光机理及在分析化学领域中的应用_

1、天津药学Ti画iIl Ph删2006年1月第18卷第1期5321左耀明.南瓜多糖的提取、分析和降血糖试验研究.食品科学,24 200l,22(12:5622孔庆胜,蒋滢.南瓜多糖的分离、纯化及其降支链氨基酸作用.济25宁医学院学报,2002,25(1:2923张拥军,姚惠源.两种不同品种的南瓜多糖降糖效果研究.食品科26学,2002,23(2:118吕炜锋,王兆富,陈捷,等.南瓜多糖的提取纯化及其复方口服液的降血糖作用的研究.药学进展,2004,28(11:515熊学敏,曹钰,石扬,等.南瓜多糖颗粒治疗2型糖尿病的临床疗效评价.中成药,200l,23(7:495石扬,熊学敏,曹钰,等.南瓜多糖

2、对血糖调控及2型糖尿病疗效评价.中南药学,瑚3,l(5:275三一(2,27一联吡啶钌(电致化学发光机理及在分析化学领域中的应用+王卫(天津市药品检验所,天津3唧0摘要化学发光试剂三一(2,2一联吡啶钌(Ru(b,2+电致化学发光检测,具有灵敏度高、重现性好、选择性强、操作简单、快速等优势,正在越来越广泛的用于分析化学的各个领域。本文综述了三一(2,2一联吡啶钌(电致化学发光的原理,及其在无机分析、药物分析及生化分析领域的研究和应用。中图分类号:R917文献标识码:A文章编号:10065687(20060l一0053一04电致化学发光(elect哪renemted chellliluIllin

3、escence, ECL检测,是在化学发光的基础上发展起来的一种新的分析方法,是化学发光与电化学相互结合的产物。这种方法不但可以利用电化学分析的特长,而且可以发挥化学发光分析的优点,具有高灵敏度、高选择性、易于实现连续自动分析等特点。三一(2,2一联吡啶钌(由于具有良好的受激发特性,在电致化学发光领域的应用也日益受到人们的重视【1J。本文综述了三一(2,27一联吡啶钌(Ru(bpy。2+电致化学发光在分析化学方面的研究和应用。1三一(2,27一联吡啶钌(电致化学发光机理及研究Ru(bpy,2+的化学发光最早于1966年被Lytle怛。等发现,他们在强酸强碱的Ru(bpy,2+溶液中加入芳香胺,

4、观测到桔红色的发光;BaIdbl小组在这一方面进行过很多的研究;I(Ili曲tHl等对电致化学发光的产生机理及其在分析中的应用作了比较详细的介绍。一般认为,Ru(bpy,2+的EcL是由于激发态的Ru(bpy。2”产生所致,其发光波长为610砌。既通过电极对含有化学发光物质的某化学发光体系施加一定的电压或通过一定的电流,导致产生某种新的物质,该物质能与发光物质反应并能提供足够的能量,使发光物质基态电子跃迁到激发态,当返回到基态时发光;或者利用电极提供的能量直接使发光物质进行氧化还原反应,并生成某种不稳定的中间态物质,该物质迅速分解导致发光,见图1。eV2Ru图1三一(2,2联吡啶钌(化学发光反

5、应示意图上世纪80年代中期以前,对Ru(bpy,2+的EcL研究大多只局限于少数体系的机理研究。但直到近几年Ru(bpy,2+与一些含氮化合物的ECL现象的发现,才推动了这一领域研究的迅速发展。1987年, DaIlielson51等首先报道了Ru(bpy,2+与烷基胺的ECL,指出ECL强度与胺本身的结构有关。对伯仲叔胺而言,由于它们氨基的第一级电离化所需能量为伯仲叔胺,使得它们的EcL强度为伯仲叔胺。同时还发现同一类烷基胺随烷基链的增长,其ECL强度也增强,这符合于烷基胺化合物随烷基链增长而氨基离子化电位减少的规律。1990年,kl蛐dMo等进行了一些*收稿日期:20051108作者简介:

6、王卫,男(1966一,副主任药师,主要从事药品检验和药品分析工作。 万方数据54天津药学Ti鼬j协Ph删y2006年1月第18卷第1期含氮有机化合物与Ru(bpy,2+的ECL的研究,并提出了可能的反应过程为:Ru(bpy,2+和TPA(三丙胺分别在阳极表面氧化成Ru(bpy,3+和三丙胺的阳离子自由基(TPA”,TPA”迅速脱去1个质子形成三丙胺自由基(TPA+,TPA”具有强的还原性,从而把Ru (bpy,3+还原为激发态的Ru(bpy,2”,后者发射1个620呦的光子回到基态再参与下一次电化学发光。观察到只需0.01姗就可发出稳定的光,每毫秒几十万次的循环电化学发光大大提高了分析的灵敏度

7、,检测限达1051110l。陈曦一80等研究比较了取代基性质、氨基氮周围的三维空间结构对各生物碱ECL的影响,并结合生物碱氨基氮的电离势和键角的计算,对这些影响进行了解释。还研究了维生素B,在0.1mol/L NaoH水溶液中(pH=12.6的反应机理,既维生素B】的水解产物在玻碳电极上于+0.88V(vs.叫AgCl处被氧化,其氧化产物在+1.20V处与被氧化的Ru(bpy。2+反应,生成激发态的Ru(bpy,2”而发光,发光波长为609砌。研究结果表明,水溶液的pH值影响了维生素B】的水解速率,从而引起发光强度的明显差异。何治柯旧。等系统地研究了Ce(,H2S04,Ru (bpy,2+和5

8、种a一羟基羧酸对Ce(氧化钌(一联吡啶化学发光反应速率的影响。结果表明,在选定的试验条件下,化学发光反应速率分别与ce(、H2S04、Ru(bpy,“、5种a一羟基羧酸及硫酸的浓度成正比,据此提出了偶合化学发光反应机理,推导得到的反应速率方程与实验结果吻合。近年来,联吡啶钌及其衍生物的固相ECL研究也取得了很大进展,其原理是将可电化学再生的ECL试剂固定于电极表面,由此获得EcL传感器,从而减少分析过程中试剂的消耗和简化了实验装置。易长青0|、朱连德等介绍了各种固定方法及其相关的应用情况。易长青123等采用有机改性溶胶一凝胶制备技术,以四甲氧基硅烷(rIMOS和二甲基二甲氧基硅烷(Di. Me

9、DiMOs为共先驱体包埋聚苯乙烯磺酸钠(PSs,通过离子交换成功地将联吡啶钌固定在玻碳电极表面。电化学研究结果表明,被固定的联吡啶钌保持了良好的电化学活性,同时该方法制备的修饰电极对甲基安非他明有灵敏的电化学响应。2在分析化学中的应用2.1在无机和有机分析中的应用苏颖颖u3o等采用基于联吡啶钌(体系的微分脉冲电化学发光法,在中性介质体系中测定了过氧化氢的含量。王园朝41等提出了Ru(bpy,“一CO,2-一跳2。一KCl03体系化学发光法测定溶液中亚硫酸盐的方法。Sq2一浓度与化学发光强度在1.0101.010。4Ill01/L范围内成正比,检出限为8.76lO8rnol,L。该法用三乙醇胺作

10、为吸收液,成功地用于测定空气中二氧化硫的含量。另外,韩鹤友51等提出了一种测定戊二醛的新的化学发光分析法,基于在硫酸介质中戊二醛增强林(氧化钌(一联吡啶的化学发光强度。拟定的方法体系简单,用于消毒液中戊二醛含量的测定,结果满意。易长青16171等,利用苯胺和联苯胺对联吡啶钌一草酸体系电致化学发光的强猝灭作用,建立了电致化学发光猝灭的流动注射检测苯胺和联苯胺的方法。该方法具有良好的重现性和稳定性。在所选定的实验条件下,苯胺和联苯胺的检出限分别为5.010。tnol/L 和2.010。7m01/L。对1.0105mol,L的苯胺和联苯胺,测定的标准偏差分别为3%和2.5%(n=6。并对苯胺和联苯胺

11、对联吡啶钌一草酸体系电致化学发光的猝灭机理进行了初步的探讨。2.2在药物分析领域的应用陈曦引等,利用联吡啶钌对几种胺类神经药物的ECL流动注射分析进行了研究。使用改进的流动电解池,建立了原位在线的EcL 方法,提高了检测的灵敏度。在浓度为0.05mol/L的磷酸盐缓冲溶液(pH=9.O中,甲基安非他明的ECL 最强。发光强度与浓度在6.81016.810。rnol/L范围内具有良好的线性,检出限达2106 mol/L,优于一般的检测方法,比较了甲基安非他明与安非他明(舡M的EcL,研究了可待因、可卡因、吗啡和咖啡因等毒品的ECL行为,并利用循环伏安法对它们不同的发光强度进行了分析。屈颖娟n纠等

12、基于盐酸克伦特罗对联吡啶钌电化学发光信号有较强的增敏作用,建立了一种电化学发光检测盐酸克伦特罗的新方法。在0.1rnol/L的Na2q介质中,以循环伏安为电解方式,联吡啶钌的浓度为1.010“g/1111时,盐酸克伦特罗对联吡啶钌电化学发光信号的增敏效果最好,该方法对盐酸克伦特罗的线性范围为6.O10一9.010“g/111l,检出限为7.310川g,rIll。2.3在生化分析领域的应用王建o等发现氧化型谷胱甘肽能增强钌联吡啶的ECL,而还原型谷胱甘肽抑制钌联吡啶的ECL。根据增强或抑制程度的大小,可定量测定谷胱甘肽。孟辉匕等研究了酸性条件下, Ce(一Ru(bpy,2+一6巯基嘌呤体系的化学

13、发光反应情况,发现在410410。5g,1111范围内,6巯基嘌呤的浓度与发光强度呈良好的线性关系,检出限为1.010。IIll。uchikum斟划通过流动注射的方法,将15种氨基酸经与二乙烯砜衍生化反应后,采用三一(2,2一联吡啶钌(电化学发光检测,最低检出限 万方数据天津药学7ri锄jiIl Plla瑚acy2006年1月第18卷第1期55在0.048pmol,线性范围可达100pmol,并用于测定人血浆中的7种氨基酸。在上世纪90年代中期,有研究者将磁珠嗡1应用到电致化学发光免疫检测中,其原理是使用物理吸附、包埋和共价结合等生化固定方法通过聚合物将抗体(抗原固定在纳米级的磁珠上,注射到装

14、有电极的反应池中,电磁场将磁珠吸附在反应池低部;然后将待测物质溶液注射到反应池中,待测物质溶液中的目标抗原(抗体与固定在磁珠表面的抗体(抗原结合,其它的非目标物质则被从反应池中冲洗掉;再将发光剂标记的抗体(抗原注射到反应池中,最终形成偶联磁珠抗体(抗原一待测目标抗原(抗体一发光试剂标记的抗体(抗原夹心复合体。形成的复合体在加电电极的作用下会产生特异性发光,通过检测发光强度,可测出待测物质的含量。磁珠固定方法有效解决了免疫检测过程中非特异性物质有效分离的问题,大大提高了检测灵敏度,在免疫检测中得到越来越广泛地使用。磁珠ECL技术不仅可用于免疫检测中,还可用于酶及底物、DNA等对象的分析和检测。电

15、致化学发光试剂特别是钌螯合物作为标记物,标记生成核酸探针,也在被越来越多的应用于免疫测定领域嘶j,由于Ru(bpy,2+的分子量较酶标记小很多,可在核酸分子上进行多个标记而不影响核酸杂交活性和特异性,再加上Ru(bpy,2+可在ECL反应中进行再生循环反应,使得一个标记物在每一个检测周期中有几个光子生成,因而分析灵敏度很高。随着转基因植物种类的增多,转基因植物的检测也成了当今的热门话题。刘晋峰忉1等采用电化学发光聚合酶链反应(PCR技术检测转基因植物,将电化学发光技术、PCR技术和双探针杂交技术结合起来,灵敏度高,可靠性强。用于检测c撕v(c硼_llinower璐aic vims35s启动子,

16、从而判断其是否含有转基因成分。PCR产物与生物素标记的探针杂交,可以起到筛选的作用,与三联吡啶钌标记的探针杂交则可用于电化学发光检测。两种探针同时与转基因样品PCR产物杂交,使结果避免假阳性的影响而更加准确。此方法可以准确地检测到35S启动子的存在,有望成为一种高效的转基因检测方法。3展望三一(2,2一联吡啶钌(电致化学发光检测具有灵敏度高、重现性好、选择性强、操作简单、快速等优势,更为可取的是所用试剂毒性低,无放射性危害,并且有良好的稳定性。目前正在越来越广泛地应用于环境分析、食品分析、免疫分析、药物分析和核酸杂交分析等众多分析科学领域,并已形成一种热门的产业,极大地推动了生命科学的研究。已

17、成功地应用于许多重要基因病的分子水平诊断,并显示了其他方法无法比拟的优点。随着检测技术的进一步发展,与更加先进的分离分析手段相结合,特别是在生命科学的研究中,相信会不断拓展其应用的空间。参考文献1张成孝,漆红兰.电化学发光分析研究进展.世界科技研究与发展,2004,26(4:72HercIIles D M,I州e F E.Cle砌删nescence妇n reduction r髓c虹ons.J Am cIIeIIl S0c,1966,88(20:47453Mia0W.Ba耐A J.DeIeIlim旺0f jmmobilized DNA aIld CreacdvepmteiIl on Au(111

18、electrodesIls吨tIis(2,2_bi刚dylm山刹uIn( labds.Anal州cal咖stry,2003,75(21:58254Kni曲t A w,Gre朗way G M.ReonsIlip between stnlctIl】d attIibutes a耐obsen嗣elect唧lerated cl锄iluminesoence(ECLactivity of t舐aryaIllines叫咖ial aIlaInes for nle试s(2,2一bip徊dinemtIl础m(.ECL Reactiona4e“ewAnalyst,1996,121:101R5一豳in学er J B,D

19、趾idson N D.Generation of che商1um访escenee upon r;eaction of aljpIlatic aIIlines wi血ms(2,2一bip蛐dinemtheIlium(.Anal Clem,1987.59:8656kaand J K,Pc耐1M J.E1ecm肾nerated cheIIlilurninescence:a|l喇dative rIIdUcti蚰tyPe ECL reaction seqIlence usiI】g tripropyl锄血e.J日ectrDchelIl soc,1990,137(10:31277陈曦,易长青,李梅金,等.取

20、代基对胺化合物联吡啶钌电致化学发光影响的研究.化学学报,2002,60(9:16628陈曦,陈薇,王小如.流动体系中维生素B,的电致化学发光研究.化学学报,20,58(5:5639何治柯,凌连生,蔡汝秀,等.钌(一联吡啶一a一羟基羧酸一Ce (偶合化学发光反应机理研究.化学学报,1998,56(5:36610易长青,陈曦.Ru(bpy32+固相电致化学发光进展.世界科技研究与发展,2004,26(4:561l朱连德,朱果逸.电化学发光传感器研究进展.分析科学学报,2003,19(3:27712易长青,陶颖,陈曦.有机改性溶胶一凝胶固定联毗啶钌修饰电极的电化学行为.化学通报,2005,68(1:

21、5413苏颖颖,王建,黄风华,等.基于联吡啶钌(体系的微分脉冲电化学发光法测定过氧化氢.广西师范大学学报(自然科学版,2003, 21(击:11814王园朝,何治柯.Ru(bpy3“C032_一s03卜一KCl03体系化学发光法测定空气中的二氧化硫.分析科学学报,2002,18(6:45315韩鹤友,何治柯,曾云鹗.钌(一联吡啶一铈(一戊二醛化学发光体系及其应用.分析化学,2000,28(6:73816易长青,李梅金,陶颖,等.联吡啶钌一草酸体系电致化学发光猝灭法检测苯胺和联苯胺.分析化学,2004,32(11:147817易长青,李梅金,陈曦.联吡啶钉一草酸体系电化学发光检测苯胺和联苯胺.广

22、西师范大学学报(自然科学版,2003,21(拼:13718陈曦,李梅金,李真.某些含氮神经药物的流动注射联吡啶钌电致化学发光研究.分析化学,2002,30(5:51319屈颖娟,郑行望,章竹君,等.盐酸克伦特罗的电化学发光检测研究.陕西师范大学学报(自然科学版,2004,32(3:6620王建,池毓务,陈曦,等.流动注射电致化学发光测定谷胱甘肽.福州大学学报(自然科学版,1999,27(z1:6221孟辉,宋功武.钌(一联毗啶一6巯基瞟呤一ce(化学发光体 万方数据天津药学7II龃j如P11a珊acy2006年1月第18卷第1期系测定6一巯基嘌呤.仪器仪表与分析监测,1999,14(3:482

23、2Uchikura K.DeIenninati叽of aH】I】【lalic aI】d b姗chedch8iIl amino acids in plas瑚B by,LC witll dech珊enerated Ru(bpy3cIleII】il叫1iIlesoence de-tection.C11em PIlam BtIll(T0kvo,2003,51(9:109223酬e S,Merkoci a,Al唧吼S.New111aerials for electrocheIIlical sensing lII.挟%ds.7rknds in AIlal撕cal C1emimv,2001,20(2:102

24、24hm7raihsueh,Colline S D,Srnitl R L DNA qLI跚t击c出on wim锄electr0.ch即flilun证nescence rIlicroceU.&m舯rs锄d A ctl珀tors B,1998,49:125Miw,BaId A J.Creactive pmtein deten血撕on at high m叫ification wi山Ru(bpy3“一c蚰tainiIlg rIlicrosphe麟.AIlal Cllem.2004,76(23: 710926ao w,Bard A J.DNA hyb喇ization deIectiat lli出砌pl证

25、cation witl Ru(bpy3“一cont豳啦II】icM曲eres.AIlal CIlem,2004,76(18:5379 27刘晋峰,邢达,沈行燕,等.电化学发光PcR技术检测转基因植物.生物化学与生物物理进展,2004,3l(4:375生物样品预处理技术及应用进展+张颖(天津市计划生育研究所,天津300191摘要分析生物样品中的药物,因其复杂多样性而对样品的预处理技术提出了更高的要求。本文综述了相关文献报道的几种较新型生物样品预处理技术:固相萃取技术、超I临界流体萃取技术、固相微萃取技术及其在生物样品分析中的应用。关键词生物样品,预处理,固相萃取技术,超临界流体萃取技术,固相微萃

26、取技术中图分类号:R917文献标识码:A文章编号:10065687(2006010056一03生物样品的预处理是体内药物分析的一个重要步骤,也是整个分离分析过程中最烦琐的一个环节。与原料药物和制剂相比,生物样品更为复杂:微量药物分布在大量生物介质中,对分析仪器的灵敏度提出了更高的要求。样品中含有大量的内源性物质,不仅能与药物及其代谢物结合,而且常干扰测定。因此,生物样品中的药物必须经过分离、纯化、富集,必要时还需对待测组分进行化学改性处理,从而为最后的测定创造良好的条件。本文仅对近年相关文献报道的几种药物分析过程中生物样品预处理技术及应用进行综述。1固相萃取1.1固相萃取技术固相萃取技术自上世纪70