鲁米诺-化学发光体系的研究进展

鲁米诺-化学发光体系的研究进展

化学发光是指在某些特殊的反应条件下产生的光的现象。其光度机是反应系统中的某些物质吸收反应释放的能量，从基态变到激发型。当从激发状态返回基态时，能量以光束的形式释放，并产生光现象。化学发光分析的规则是根据一定时期内的化学发光强度或总化学发光总量来确定反应中相应组分的含量的一种微量和痕迹分析。具有高灵敏度、线性区长、设备简单、操作简单、方便快捷、自动分析和快速分析的特点。近年来，它被广泛应用于药物分析、临床分析、环境分析、材料分析等领域。在许多应用的化学发光试剂中，需要应用的化学发光试剂陆米诺（3-氨基二羧酸）由于其高光量、良好的渗透性和良好的抗污染性，已成为应用最广泛的化学发光试剂。陆米诺化学发光分析也是研究最深入、应用最广泛的化学发光反应体系。本文主要从化学发光反应机制和应用进展两个方面对陆米诺羟基磷酸酯、鲁米诺碘化物、鲁米诺钾和鲁米诺溶解氧化学发光系统进行了简要介绍。1鲁米诺-过氧化氢作用体系的检测鲁米诺-过氧化氢化学发光反应是应用最为广泛的鲁米诺发光体系.Cu2+、Cr3+、Ni2+、Co2+和Fe2+等过渡金属离子对鲁米诺-过氧化氢化学发光反应有很好的催化作用,这一特点使得该化学发光反应获得了广泛的应用.如海水中微量铁的分析测定,可采用8-羟基喹啉交换树脂对海水中微量铁进行在线富集浓缩后直接利用鲁米诺-过氧化氢流动注射体系分析,检出限为0.05nmol·L-1.Timothy等人早在1975年就提出了金属离子与鲁米诺-过氧化氢化学发光反应的机理.如图1所示,Mn+先与HO-2配位,生成的配合物再与鲁米诺发生氧化反应,Mn+失去一个电子变成M(n+1)+,鲁米诺则被氧化成鲁米诺游离基,随后,鲁米诺游离基进一步被过氧化氢氧化成氨基邻苯二甲酸根离子并产生化学发光.过渡金属与其它物质形成配合物或者盐之后,催化的特性会发生很大的变化,其中Cu2+与蛋白质结合形成配合物后极大地提高了催化能力,可以用于蛋白质的测定.近年来有文献报道,在碱性条件下,金银复合纳米粒子也能强烈地增强鲁米诺-过氧化氢化学发光;并建立了检测雌酮、雌二醇和雌三醇这三种雌性激素的化学发光分析法,检出限分别为4.3nmol·L-1,39nmol·L-1和6.5nmol·L-1;该方法用来分析实际样品中雌三醇的含量获得了满意的结果,此法拓展了纳米催化液相化学发光的研究.表1总结了鲁米诺-过氧化氢体系其它的应用进展.2盐酸强力研究以铁氰化钾为氧化剂的鲁米诺化学发光反应被广泛研究并报道.常见的鲁米诺-铁氰化钾体系化学发光机理解释如图2所示.周艳梅等人研究发现在碱性条件下,盐酸强力霉素对鲁米诺-铁氰化钾体系化学发光反应具有明显的增敏作用,据此建立了定量分析盐酸强力霉素的新方法.方法以甲基丙烯酸为功能单体、乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂合成了盐酸强力霉素的分子印迹聚合物.以此分子印迹聚合物为分子识别物质,利用盐酸强力霉素-鲁米诺-铁氰化钾化学发光体系,结合流动注射化学发光分析技术,建立了测定盐酸强力霉素高选择性的分子印迹-流动注射化学发光分析方法.方法的线性范围为9.0×10-7～6.0×10-5g·mL-1,检出限为3.2×10-7g·mL-1.刘丽珍等人研究发现,碱性介质中吲哚乙酸对鲁米诺-铁氰化钾体系的化学发光强度有显著的增强作用,并且增强程度和吲哚乙酸浓度在一定范围内呈线性关系,据此建立了检测吲哚乙酸的新方法.在优化的实验条件下,测定吲哚乙酸的线性范围和检出限分别为1.2×10-9～3.0×10-7mol·L-1和5.76×10-10mol·L-1.将该法直接用于土壤样品中吲哚乙酸含量的分析测定,回收率在96.0%～104.3%之间.近年来发表的涉及鲁米诺-铁氰化钾体系的其它应用报道列于表2中,从表2可以看出,该体系较多地应用于实际样品的分析.3静态注射法与氢类检测方法的比较鲁米诺-碘化物化学发光反应主要包括鲁米诺-碘和鲁米诺-高碘酸钾这两大化学发光体系.在鲁米诺-碘化学发光体系中,碘是典型的双电子氧化剂.20世纪70年代,Seitz和Hercules通过对反应动力学的研究指出鲁米诺-碘体系化学发光反应的机理,如图3所示.孟磊等人以碘与鲁米诺为化学发光体系采用静态注射法测定水体中的含氧量,与滴定方法测定的结果有很好的一致性,该法适用于环保部门的水质监测.石文兵等人发现在碱性介质中,青霉素钠和苄青霉素对鲁米诺-高碘酸钾化学发光体系都有强烈的增强作用.在最佳的实验条件下,青霉素钠浓度与增强的发光强度成正比,线性范围为0.01～20μg·mL-1,检出限为3.0ng·mL-1,该方法已用于粉针剂、合成样品及尿样中青霉素钠的测定.而测定苄青霉素的线性范围和检出限分别为0.01～15.0mg·L-1和1.0μg·L-1,并在3件针剂样品的基础上加入了3种不同浓度的苄青霉素标准溶液,对方法的回收率做了试验,所得结果在97.2%～102.0%之间.表3列出近年来国内外学者应用该体系所做的研究工作.4鲁米诺-酸钠的光照高锰酸钾是化学发光反应中常用的强氧化剂.但其化学发光机理目前还没有一个明确的说法,一般认为高锰酸钾与还原性物质发生氧化还原反应,产生激发态的中间体,激发态返回基态时发出光.高锰酸钾氧化鲁米诺化学发光的报道比较少,而且对其研究主要集中在国内,杜建修等人发现碱土金属离子Mg2+、Ca2+、Sr2+和Ba2+对鲁米诺与高锰酸钾的较弱化学发光反应具有催化作用.马明阳等人应用鲁米诺-高锰酸钾发光体系结合流动注射技术,建立了测定盐酸利多卡因的化学发光新方法,并将该法用于注射液中盐酸利多卡因的测定.石文兵基于苯唑西林钠对碱性介质中鲁米诺-高锰酸钾体系化学发光的增强作用,建立了流动注射化学发光法测定苯唑西林钠的新方法.在最佳的实验条件下,测定的线性范围为0.01～20μg·mL-1,检出限为1.0ng·mL-1.其它应用鲁米诺-高锰酸钾发光体系的报道列于表4中.5鲁米诺-溶解氧化学发光体系鲁米诺-溶解氧发光体系的机理可以简要解释为鲁米诺在碱性溶液(pH=10～11)中,首先形成单价阴离子,与溶液中的溶解氧发生氧化还原反应,生成激发态的二价阴离子氨基邻苯二甲酸盐(APD),APD经非辐射型跃迁回到基态时,放出光子而产生发光现象.李菁菁等人采用溶胶-凝胶法制得平均粒径约10nm的SnO2粒子.将该纳米粒子加入碱性鲁米诺-溶解氧化学发光体系,体系的化学发光强度明显增强,这种增敏作用与纳米SnO2的加入量以及体系中溶解氧的浓度有关,基于此得出了纳米SnO2存在下溶解氧浓度与鲁米诺化学发光强度之间的线性关系,可用于溶解氧测定,检出限为0.3mg·L-1,文中还应用紫外-可见光谱和荧光光谱研究了这种增敏作用的机理,并应用该体系考察了水果的抗氧化能力.鲁米诺-溶解氧体系的应用进展总结于表5中,从表中的检出限可以发现,该体系的灵敏度非常高.6复配体系的建立鲁米诺化学发光体系除了上述五种常见体系以外,还包括鲁米诺-金属离子、鲁米诺-重铬酸盐、鲁米诺-过硫酸钾、鲁米诺-肌红蛋白等化学发光体系.孙光举等人发现磷酸根和钼酸铵生成的杂多酸与鲁米诺产生化学发光反应,且发光强度与磷浓度在一定范围内成线性响应,据此建立了测定痕量磷的顺序注射化学发光的新方法.对影响发光强度的进样顺序、试剂浓度、流速和试剂体积进行了优化,采用掩蔽剂和阳离子交换树脂消除了干扰组分.方法的检出限为0.09μg·L-1,所建立的方法用于地表水和饮用水中溶解的痕量磷的测定,回收率为90%～105%.石文兵应用鲁米诺-AuCl-4化学发光体系分别建立了测定雷尼替丁和阿莫西林钠的流动注射化学发光新方法,并分析了片剂、针剂、人尿及血浆中雷尼替丁的含量,测得结果与药典方法的结果相符,并成功应用于针剂及血清中阿莫西林钠的测定.鲁米诺其它化学发光体系的分析应用进展归纳于表6中.7化学发光分析法的应用展望通过前文对鲁米诺各发光体系研究进展的评述不难发现,鲁米诺化学发光分析法已经广泛应用于药物分析、临床分析和环境分析等领域中的有机物和无机物的微量及痕量分析,它已经成为研究最为深入、发展最为成熟、应用最为广泛的一类化学发光分析方法,并对化学发光分析法发展成为一种重要的仪器分析手段起到了重要作用.化学发光分析法因其仪器简单、操作方便,加上与高效液相色谱和毛细管电泳等其它分离方法的联用,必将提高化学发光分析法的选择性,使得其应用范围还会不断扩大,尤其在环境监测、生物医学及食品安全等领域将会有更为广泛的应用前景.目前,设计自动化程度更高、