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1、鲁米诺化学发光在分析化学中的应用学生：方娴指导教师：董彦杰（安庆师范学院化学化工学院，安庆市，安徽，246011）摘要：本文对鲁米诺化学发光的几大体系在分析化学中的发展和应用分别进行了综述。关键词：鲁米诺；化学发光；应用；综述化学发光是指在一些特殊的化学反应中发出可见光的现象。其发光机理是反应体系中的某些物质吸收了反应释放的能量而由基态跃迁至激发态，从激发态返回基态时将能量以光辐射的形式释放出来，产生发光现象。化学发光分析法则是依据某一时刻化学发光强度或化学发光总量来确定反应中相应组分含量的一种微量及痕量分析法，具有高灵敏度、线性范围宽、设备简单、操作简便、易于实现自动化和分析快速等特点。在众
2、多的化学发光试剂当中,鲁米诺（3-氨基邻苯二甲酰肼）因其具有较高的发光量子产率和较好的水溶性，可与多种氧化剂发生化学发光反应，已成为应用最广泛的化学发光试剂。鲁米诺化学发光反应就是鲁米诺在碱性条件下被一些氧化剂氧化，发生化学发光反应，辐射出最大发射波长为425nm 的化学发光。此反应的发光强度(峰值强度) 或发光总量可以确定反应中的相应组分含量，并且由于此分析方法设备简单、操作方便而又有很高的灵敏度等特点，现已作为一个有效的微量分析和痕量分析方法，而广泛应用于矿物岩石分析、材料分析、环境保护监测、药物分析、临床分析等1。鲁米诺可与各种氧化剂如过氧化氢、氧气、次氯酸盐、碘、铁氰化钾、高锰酸钾等反
3、应产生化学发光。还有许多物质对鲁米诺诱导的化学发光反应具有催化或抑制作用2。本文主要从对鲁米诺-过氧化氢、鲁米诺-铁氰化钾、鲁米诺-碘化物、鲁米诺-高锰酸钾等化学发光体系在分析中的应用进行综述。1 鲁米诺-过氧化氢发光体系鲁米诺-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。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3。如图1 所示, M n+ 先与HO2- 配位，生成的配合物再与鲁米诺发生
4、氧化反应, M n+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。图11.1鲁米诺-过氧化氢发光体系测定痕量铁 铁广泛存在于自然界中, 又是人体必须的元素，测定铁具有重要意义。Fe3+对鲁米诺和H2O2化学发光反应有催化作用，但发光强度较小；在Fe3+溶液中加入8-羟基喹啉后，化学发光迅速增强。结合流动注射技术，建立了鲁米诺- H2O2- Fe( )-8-羟基喹啉化学发光体系测定Fe ( ) 的新方法。Fe( ) 质量浓度在1.010- 4 0.2g/mL范围内与发光强度呈线性响应，检出限为4.
5、 010- 5g/mL。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4。1.2鲁米诺-过氧化氢发光体系测定三唑磷三唑磷（O, O-二乙基-O-1-苯基-1, 2, 4-三唑-3-硫代磷酸酯），属有机磷杀虫杀螨剂，对人畜中等毒性，对蜜蜂、家蚕、鱼等有毒，建立灵敏、快速、简便的三唑磷的残留量测定方法对人畜安全具有重要的意义。近年来，基于有机磷农药对鲁米诺-H2O2化学发光体系的增强和抑制作用，结合流动注射技术，鲁米诺- H2O2 非酶催化发光体系得到良好的研究与应用，蔬菜和谷物中的敌敌畏、对硫磷、甲基对硫磷等有机农药残
6、留的流动注射化学发光测定技术得到发展，检出限达10-8-10-9g/mL，化学发光法在有机磷农药残留检测方面应用广泛。在最佳条件下，过氧化氢HOO-负离子可能与三唑磷的磷原子反应生成磷的过氧化合自由基，与鲁米诺作用使得体系化学发光得到增强， 3s内达到了最大值5。1.3鲁米诺-过氧化氢发光体系测定酪氨酸酪氨酸是人体内合成蛋白质所需的重要氨基酸之一，对于促进人体的生长发育有着重要的作用。如果人体内酪氨酸含量失衡，则会出现代谢异常、智力低下、抑郁等疾病。因此，准确、灵敏地测定人体组织及体液中酪氨酸的含量在营养学、临床医学上都具有重要意义。研究发现，碱性条件下，H2O2氧化鲁米诺产生化学发光，酪氨酸
7、对该体系的化学发光信号具有显著的抑制作用。据此建立了一种直接测定酪氨酸的流动注射化学发光分析新方法。该方法线性范围为4.010- 7 2.010- 5 mo l/L，检出限为1.010-7 mol/L。对8.010- 6mo l/L的酪氨酸平行测定6次，其相对标准偏差为2.9%。该方法可应用于尿液中酪氨酸的测定6。1.4鲁米诺-过氧化氢发光体系测定贵金属鲁米诺-H2O2的反应，可被Au、Ir、Pt、Os、Ru、Rh催化。对Pt(IV)、Ir( III)和Ir( III) 催化该反应的研究表明，在碱性介质，测Ir线性范围为(10- 7-10- 5) g/mL，1000倍Pt(II、IV) 和Rh
8、( III)不干扰其测定；Pt(IV)的催化活性与配体种类有关，如PtCl62-、PtBr62-、PtI62-的检出限分别为50、2、0.5(g/mL)； Ru(IV)产生正干扰，可在酸性溶液中用KBrO3氧化它成RuO4后蒸发除去。曾报道过利用碱性介质中Os对该反应的催化作用测定不同氧化态的Os的方法，在不同条件下，可测定OsO4 和Na2OsO2(OH) 4，H2OsCl6或H2OsBr6以及OsL63+ (L-硫脲)中的Os7。1.5鲁米诺-过氧化氢发光体系测定雌性激素雌激素在医学上被广泛用于治疗妇科疾病，实际样品中雌性激素的含量一般很少，因而要实现它们的检测往往需要分析方法具有很低的检
9、测限。化学发光因其灵敏度高、分析快速、线性范围宽、仪器和试剂价格较为廉价常被用来检测雌性激素。在碱性条件下，金银复合纳米粒子能强烈地增强鲁米诺-过氧化氢化学发光，而天然雌性激素能明显的抑制金纳米溶胶催化的鲁米诺-过氧化氢体系的化学发光。根据这个原理，可以建立测定天然雌激素( 雌酮、雌二醇和雌三醇) 的化学发光方法。在最优化的实验条件下，测定雌酮、雌二醇和雌三醇的线性范围分别为1.010- 64.010- 8,1.010- 51.0 10- 7和1.0 10- 57.0 10- 8。检测限分别为4.310- 9 mol/L,3.9 10- 8mol/L和6.510- 9mol/L，相应的相对标准
10、偏差分别为2.7%,1.8 %和2.3%。该方法用于孕妇尿样中雌激素总量的测定，结果令人满意8。2 鲁米诺-铁氰化钾发光体系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9。该体系较多地应用于实际样品的分析。2.1鲁米诺-铁氰化钾发光体系测定吲哚乙酸吲哚乙酸( Indoleacetic Ac id, IAA)是一种广泛应用于植物体中的生长调节图2剂10。由于其毒性和稳定性而引起的环境问题也越来越严重，已经受到社会的高度重视。研究发现，碱性介质中吲哚乙酸(IAA)对铁氰化钾-鲁米诺体系的化学发光强度有显著的增强作用，并且增强程度和IA
11、A浓度在一定范围内呈线性关系, 据此建立了灵敏的化学发光法检测IAA的新方法。优化的实验条件下，测定IAA的线性范围和检出限分别为1.210-9mol/L3.010-7mol/L和5.7610- 10mol/L。对1.010-8 mol/L的吲哚乙酸进行了11次的平行测定，相对标准偏差为3.58%。将该法直接用于土壤样品中IAA含量的分析测定，回收率在96.0%104.3%之间。此分析法具有灵敏度高、线性范围宽、仪器设备简单和分析速度快等优点11。2.2鲁米诺-铁氰化钾发光体系测定依诺沙星 依诺沙星(ENX)是一种新型的第三代氟喹诺酮类广谱抗菌药物，具有抗菌谱广、抗菌作用强、毒副作用低和临床疗
12、效高的特点。研究表明，在碱性介质中，ENX可显著增敏鲁米诺-铁氰化钾体系的发光强度，与相应的化学发光增强信号值(I) 之间呈线性关系，其出限(3S)为5.710-9mol /L，取1.010- 6mol/L依诺沙星按试验方法测定11次，算得其相对标准偏差为1.75%。结合应用流动注射技术，提出了流动注射-化学发光( FI-CL)测定药片中依诺沙星的方法，应用此方法分析了3个依诺沙星片剂试样，所测得的结果与其标示值相符。按标准加入法作了回收率试验，所得结果在96.7%103.0%之间12。2.3鲁米诺-亚铁氰化钾发光体系测定蔬菜中的NO2-这是测定痕量亚硝酸根的新方法。亚硝酸盐和硝酸盐广泛存在于
13、土壤、水域及植物中，如绿色蔬菜中的甜菜、莴苣、菠菜、芹菜及萝卜等硝酸盐含量较高,硝酸盐在某些细菌的还原作用下可变成亚硝酸盐。目前广泛采用的含氮农药、化学氮肥及含氮工业废水、废渣对环境土壤和水造成污染，使蔬菜中亚硝酸盐含量不断增加。因此, 蔬菜中亚硝酸盐对人体健康的影响已受到学术界的广泛关注。蔬菜中亚硝酸盐的测定是食品卫生检验的必测项目。化学发光法具有仪器简单，灵敏度高，操作简便等优点，已广泛应用于微量和痕量样品的分析，但该方法选择性较差，当测定的样品较复杂时，杂质离子对待测离子有或大或小的干扰。但可通过离子色谱分离NO2-，利用NO2-在酸性介质中氧化亚铁氰化钾为铁氰化钾与鲁米诺-铁氰化钾化学
14、发光反应相偶合，间接测定NO2-从而建立了离子色谱分离化学发光联用测定NO2-的新方法。亚硝酸根浓度在5.010-41.010-5 g/L范围内与发光强度成良好的线性关系( r=0.9983) ，检出限(3R)为5.210-6 g/L,相对标准偏差为3.0%。样品加标回收率为92.3% 103.0%。这种检测方法仪器简单，灵敏度高，操作简便，被广泛使用13。3鲁米诺-高锰酸钾发光体系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。杜建修等人发现碱土金属离Mg2+、Ca2+
15、、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2。3.1鲁米诺-高锰酸钾发光体系测定5-磺基水杨酸5-磺基水杨酸(5-SSA)是一种难化学氧化、难生物降解的取代芳香族化合物，易溶于水，常用作合成染料、催化剂和强力霉素的中间体。5-磺基水杨酸是强力霉素废水中主要污染物质之一，难以生物降解，且有毒。因此，废水中5-磺基水杨酸的分析测定对选择废水治理方案具有重要意义。研究表明，碱性介质中5-磺基水杨酸对鲁米诺-KMnO4体系化学发光有增强作用，基于此原理建立了流动注射化学发光法测定5-磺基水杨酸的新方法。最佳实验条件下，测定5-磺基水杨酸的线性范围为5.010-68.010-4
16、 mol/L，线性相关系数为0.9994 (n= 8)，检出限为3.810-6 mol/L (n=11)。对5.010-4 mol/L的5-磺基水杨酸进行测定，其相对标准偏差为1.4% (n=11)利用该方法测定了强力霉素废水中5-磺基水杨酸的含量，其测定结果与紫外吸收光度法测定结果符合14。3.2鲁米诺-高锰酸钾发光体系测定苯唑西林钠苯唑西林钠( Oxacillin sodium) 属半合成青霉素类抗生素，对酸较稳定，其抗菌作用方式与青霉素相似，对耐青霉素G的金黄色葡萄球菌具有杀菌作用。实验发现，苯唑西林钠有增强KMnO4-鲁米诺体系发光的作用。据此，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，苯唑西林钠的质量浓度与化学发光强度成正比，线性范
