【转帖】化学发光的原理

jsfnpj123

2007/07/05

私聊

化学发光

第一章化学发光的研究与应用绪论
1.1 化学发光的原理、特点及发展方向
1.1.1化学发光法的原理[to
化学发光是指在某些特殊的化学反应中，反应的中间体或产物由
于吸收了反应释放的化学能而处于电子激发态，当其回到基态时伴随
产生的光辐射现象。根据化学发光反应在某一时刻的发光强度或反应
的发光总量来确定反应中相应组分含量的分析方法，称为化学发光分
析。广义的化学发光也包括电致化学发光。一个化学反应要产生化学
发光现象，必须满足以下条件:第一是该反应必须提供足够的激发能，
并由某一步骤单独提供，因为前一步反应释放的能量将因振动弛豫消
失在溶液中而不能发光;第二是要有有利的反应过程，使化学反应的
能量至少能被一种物质所接受并生成激发态;第三是激发态分子必须
具有一定的化学发光量子效率释放出光子，或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。
化学发光反应能用于分析测定，是因为化学发光强度与化学反应
速度相关联，因而一切影响反应速度的因素都可以作为建立测定方法
的依据。
化学发光反应一般可表示为:
A+ B -- C* ( 1)
C` --C + hv (2 )
化学发光强度(IC,)取决于反应的速度(dP/ d t) 和化学发光量子效
率(95CL)
ICL(t)= 5qcLdP/dt (3)
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式中'PCL= 0,么，其中么，为生成激发态产物分子的量子效率，
Of为激发态产物分子的发光量子效率。
对于一定的化学发光反应，45C L为一定值，其反应速度可按质量
作用定律表示出与反应体系中物质浓度的关系。因此，通过测定化学
发光强度就可以测定反应体系中某种物质的浓度，原则上讲，对任何
化学发光反应，只要反应是一级或假一级反应，都可以通过公式(3)
进行化学发光定量分析。例如，在上述化学发光的反应中，如果物质
B保持恒定，而物质A的浓度变化并可视为一级或假一级反应，则:
ICL= f IC L (t) dt= f 59 CL[dCA/dt]dt= 59CLCA (4)
即化学发光强度与A的浓度成正比。
化学发光分析测定的物质可以分为三类:第一类物质是化学反应
中的反应物;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、增敏剂等。这三类
物质还可以通过标记方式用来测定人们感兴趣的其他物质，进一步扩
大了化学发光分析的应用范围。
飞.1.2 化学发光分析法的测定体系
1.1.2.1液相化学发光体系[(21
(1)过氧化物化学发光体系
酞腆类担 ydrazides)(鲁米诺及鲁米诺类):有机过氧化物的离解是
一种放能过程。大多数观察到的化学发光反应都有过氧化氢参加或中
间过程生成过氧化型化合物。在化学分析中，酞阱类有机化合物作为
发光试剂的例子很多，其中以鲁米诺研究和使用最多。
鲁米诺在碱性溶液中被H202,I :等氧化剂氧化，可产生最大波长
为425nm的光辐射。在通常情况「鲁米诺与过氧化氢的化学发光反应
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相当缓慢，但当有某些催化剂存在时，反应非常迅速。最常用的催化
剂是金属离子，在很大浓度范围内，金属离子浓度与发光强度成正比，
从而可进行某些金属离子的化学发光分析，利用这一反应可以分析那
些含有金属离子的有机化合物，达到很高的灵敏度。其次是利用有机
化合物对鲁米诺化学发光反应的抑制作用，测定对化学发光反应具有
碎灭作用的有机化合物。其三是通过偶合反应间接测定无机或有机化
合物。其四是将鲁米诺的衍生物如异鲁米诺(ABEI)标记到梭酸和氨类
化合物上，经过高效液相色谱(HPLC)或液相色谱(LC)分离后，再在碱
性条件下与过氧化氢一铁氰化钾反应进行化学发光检测。也可以采用
其它分离方法，如张帆等[131将新合成的化学发光试剂异硫氰酸异鲁米
诺标记到酵母RNA后，通过离心和透析分离，然后进行化学发光检测。
此外，他们仁41还合成了N-(O一梭基丙酞基)异鲁米诺，并对其性能
进行了研究。
光泽精体系:与鲁米诺一样，利用光泽精化学发光反应直接检测
H2O:及其超氧化物。许多物质能诱发光泽精发光，如利用胆固醇/胆
固醇氧化酶反应产生H2O:来间接测定血清中的胆固醇;基于光氧化抗
坏血酸的产物为H202来间接测定血清中的抗坏血酸。
亚胺类 : 在碱性介质中，大量芳基4化合物能产生化学发光。其
中洛粉在经典有机化合物化学发光中的使用可能是文献最早记载的，
但它们在分析化学中的应用却不象后来发现的鲁米诺和光泽精那样广
泛。
(2 )酚类化学发光
自从 1 91 6年发现用过氧化氢和过氧化物酶处理连苯三酚可使之发
光以来，酚类化合物的研究及应用方面的工作却较少。利用酚类化合
物对氯硼酸重氟酸重氮盐H2O:的化学发光反应具有淬灭能力检测污水
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中的苯酚、邻硝基酚、对甲酚和2, 4一二甲酚。
1.1.2.2 气相化学发光
在气相中，03能氧化NO、乙烯等产生化学发光，原子氧也能氧
化S02, NO, CO等产生化学发光。例如:
NO+03--NO2* N02*--N)2+ hV (A-}- 600nm)
CO+O--CO2* C 02*-CO2+hV 仆=300-500nm)
1.1 .2.3 生物化学发光
在生物体系中的化学发光，称为生物发光(Bioluminescence)，它是
具有最高发光效率的化学发光体系。该体系主要用于测定生物体内的
一些活性物质，如ATP 151, GOD 16〕等。
1.1.3 化学发光分析法的测定范围
化学发光分析法的测定范围很广。利用化学发光分析法可以测定
样品中的无机物，如:Co(II), C u(II), F e(II), A s(III),H 202,C N ,
N02-, MO(III)[7-1s1等:也可以测定样品中的有机物，如:腐殖酸、抗
坏血酸、葡萄糖、四环素[16-191等，还可以测定生物体内的活性氧[201
1.1.4 化学发光分析法的突出特点
(1)灵敏度很高。例如，用荧光素酶和腺普三磷酸(ATP)的化学发光
反应，可测定低至2X 1 0-'m ol·L'ATP;利用鲁米化学发光体系测定
Cr3+, Cot十等离子的检出限也至10-12g , mL-1。据文献报道，其检出限
可以达fmol(10-15mo1/L )[211，甚至检出限可达1个分子[22]
(2 )测定的线性范围宽。一般有5-6个数量级。
(3 )仪器设备简单。化学发光分析仪没有激发光源，由于不存在杂散
光和散射光等引起的背景干扰，并且检测的是整个光谱范围内的发光
总量，因而也不需要单色器。
(4 )分析速度快，易实现自动化。流动注射化学发光分析每小时可测
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定100个以上的试样。
1. 1 .5 化学发光分析法的发展方向
今后化学发光分析法应在合成新的化学发光试剂，寻找新的化学
发光体系方面以及与新方法，新技术等的联用方面加大研究，以达到对
分析物灵敏准确的分析测定。其更应加大对化学发光体系的发光机理
的探讨，寻求从化学本质上揭示其发光规律，该工作将会给化学发光新
试剂的合成，化学发光新体系的发现等诸多方面提供极有用的理论指
导作用。
1.2 碘的分析方法进展
碘是生命必需元素，碘在人体内的主要生理功能为构成甲状腺素，
调节机体热能代谢，促进生长发育，维持正常的神经活动和生殖功能。
长期缺碘会出现甲状腺肿大，智力及体格发育障碍，特别是对胎儿和
婴儿脑发育造成智力上的影响，可导致呆小症。所以碘的测定有着十
分重要的意义。
碘的测定方法有:饰一砷催化法，硫氰酸铁一亚硝酸催化法，四
甲基四胺基二苯甲烷比色法，选择性离子电极法，气相色谱法，离子
色谱法等[23]。食品中碘的测定方法主要有澳氧化碘滴定法，分光光度
法，现简述如下:
1.澳氧化碘滴定法[241
此方法的原理是:样品中的碘化物在酸性条件下用饱和澳水氧化
成碘酸盐，再于酸性条件下氧化碘化钾而游离出碘，以淀粉作指示剂，
用硫代硫酸钠标准溶液滴定。计算含量。
2.分光光度法，其中有
(1) 氯仿萃取比色法或称重铬酸钾氧化法[251

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