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1、Instrumental Analysis化学发光分析法化学发光分析法现代表征方法与技术现代表征方法与技术-Chemiluminescence analysis1Instrumental Analysis一、一、基本原理基本原理principle 二、化学发光分析的特点二、化学发光分析的特点characteristics三三 装置与技术装置与技术instrument and technology化学发光分析法化学发光分析法Instrumental Analysis一、一、基本原理基本原理 principle1. 1. 化学发光反应化学发光反应 在化学反应过程中，某些化合物接受能量而被激发，从激
2、发态返回基态时，发射出一定波长的光。 A +B = C + D* D* D + h （1）能够发光的化合物大多为有机化合物，芳香族化合物；能够发光的化合物大多为有机化合物，芳香族化合物；（2）化学发光反应多为氧化还原反应，激发能与反应能相当）化学发光反应多为氧化还原反应，激发能与反应能相当 E=170300 kJ/mol；位于可见光区；位于可见光区；（3）发光持续时间较长，反应持续进行；发光持续时间较长，反应持续进行； 化学发光反应存在于生物体(萤火虫、海洋发光生物)中，称生物发光(bioluminescence)。3Instrumental Analysis2.2.化学发光效率化学发光效率化
3、学效率：化学效率：发光效率：发光效率：时刻t 的化学发光强度(单位时间发射的光量子数)：dc/dt 分析物参加反应的速率；4Instrumental Analysis3.3.化学发光强度与化学发光分析的依据化学发光强度与化学发光分析的依据 在化学发光分析中，被分析物相对于发光试剂小得多，对于一级动力学反应： dc/dt =Kc； K 为反应速率常数。定性依据：定性依据：（1）在一定条件下，峰值光强度与被测物浓度成线性；（2）在一定条件下，曲线下面积为发光总强度(S)，其与被测物浓度成线性：5Instrumental Analysis4.4.化学发光反应的类型化学发光反应的类型（1 1）气相化学
4、发光反应）气相化学发光反应a. 一氧化氮与一氧化氮与O3的发光反应的发光反应 NO + O3 NO2* NO2* NO2 + h 发射的光谱范围：600875nm，灵敏度1ng/cm-3；b.氧原子与氧原子与SO2、NO、CO的发光反应的发光反应 O3 O2 + O （1000 C石英管中进行） SO2 + O + O SO2* + O2 SO2 * SO2* + h 最大发射波长：200nm；灵敏度1ng/cm-3； 6Instrumental Analysis O3 O2 + O （1000 C石英管中进行石英管中进行） NO + O NO2* NO2 * NO2 + h 发射光谱范围：发
5、射光谱范围：4001400nm；灵敏度灵敏度1ng/cm-3；氧原子与氧原子与CO的发光反应：的发光反应： CO + O CO2* CO2 * CO2 + h 发射光谱范围：发射光谱范围：300500nm；灵敏度灵敏度1ng/cm-3； 氧原子与氧原子与NO的发光反应：的发光反应：7Instrumental Analysisc. 乙烯与乙烯与O3的发光反应的发光反应 乙烯与乙烯与O3反应，生成激发态乙醛：反应，生成激发态乙醛： CH2O* CH2O + h 最大发射波长：最大发射波长：435nm；对对O3的特效反应；线性响应的特效反应；线性响应范围范围1 ng/cm-3 1 g/cm-3；8I
6、nstrumental Analysis（2 2）火焰中的化学发光反应）火焰中的化学发光反应 在富氢火焰中，也存在着很强的化学发光反应；在富氢火焰中，也存在着很强的化学发光反应；a. 一氧化氮一氧化氮 NO + H HNO* HNO * HNO + h 发射光谱范围：发射光谱范围：660770nm； 最大发射波长：最大发射波长：690nm； 在在富氢火焰中：富氢火焰中： NO2 + 2H NO + H2O 该反应十分迅速；该反应十分迅速；9Instrumental Analysisb.硫化物硫化物 挥发性硫化物挥发性硫化物SO2 、H2S 、CH3SH、 CH3SCH3等等在富在富氢火焰中燃烧
7、，产生很强的化学发光（蓝色）：氢火焰中燃烧，产生很强的化学发光（蓝色）： SO2 + 2H2 S + 2H2O S + S 2S2 * S2 * S2 + h 发射光谱范围：发射光谱范围：350460nm； 最大发射波长：最大发射波长：394nm； 灵敏度：灵敏度： 0.2 ng/cm-3； 发射光强度与硫化物浓度的平方成正比。发射光强度与硫化物浓度的平方成正比。10Instrumental Analysis（3 3 3 3）液相中的化学发光反应）液相中的化学发光反应）液相中的化学发光反应）液相中的化学发光反应 机理研究较多，在分析中应用最多；可测痕量的H2O2 、Cu、Mn、Co、V、Fe、
8、Cr、Ce、Hg、Th等。 应用最多的发光试剂：鲁米诺（3-氨基苯二甲酰肼）； 化学发光反应效率：0.150. 05； 鲁米诺在碱性溶液中与双氧水的反应过程：反应过程： 该发光反应速度慢，某些金属离子可催化反应；利用这一现象可测定这些金属离子。11Instrumental Analysis5. 5. 化学与生物发光分析的应用化学与生物发光分析的应用（1） 该发光反应速度慢，某些金属离子可催化反应；利用该发光反应速度慢，某些金属离子可催化反应；利用这一现象可间接测定这些金属离子。可测痕量的这一现象可间接测定这些金属离子。可测痕量的Cu2+ 、Mn2+、Co2+、V4+、Fe2+、 Fe3+、 N
9、i2+、Ag+、Au3+、Hg2+等等（2） 可检测低至可检测低至 10-9 mol/L 的的H2O2；（3） 间接测定某些生物试样间接测定某些生物试样 氨基酸氨基酸 + O2 酮酸酮酸 +NH3 + H2O2 氨基酸氧化酶 葡萄糖葡萄糖 + O2 + H2O 葡萄糖酸葡萄糖酸 + H2O2 通过测定生成的通过测定生成的H2O2 ，确定，确定氨基酸、葡萄糖氨基酸、葡萄糖含量。含量。葡萄糖氧化酶12Instrumental Analysis 草酸二酯(能量提供体)+高浓度双氧水+稠环芳烃(能量接受体)+金属离子+溶剂组成的反应体系，可发出很强的可见光，发光效率高，使用不同的稠环芳烃，发射出不同颜
10、色的光(冷光源)。13Instrumental Analysis生物发光分析应用生物发光分析应用 1 1 在pH 78；荧光素酶(E)和Mg2+的存在下，荧光素(LH2)与磷酸三腺甙(ATP)的反应，生成磷酸腺甙(AMP)荧光素和荧光素酸的复合物和镁的焦磷酸盐(ppi)： ATP + LH2 + E + Mg2+ AMP LH2 E +Mg ppi + 2H+pH7 - 8复合物与氧反应，产生化学发光： AMP LH2 E + O2 氧化荧光素* + AMP+CO2 + H2O氧化荧光素* 氧化荧光素 + h最大发射波长562nm；14Instrumental Analysis生物发光分析应用
11、生物发光分析应用 2 2 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)在细菌中的黄素酶作用下，在氧化型黄素单核苷酸(FMA)存在下，发生发光反应 ：NADH + FMA + H+ NAD+ + FMNH2NADH脱氢酶FMNH2 + RCHO + O2 FMN + RCOOH + H2O + h黄素酶最大发射波长495 nm；15Instrumental Analysis二、二、特点特点 characteristics1. 1. 灵敏度极高灵敏度极高 例：荧光素酶和磷酸三腺甙(ATP)的化学发光分析，可测定210-17。Mol/L的ATP，即可检测出一个细菌中的ATP含量2 2. . 仪器设备简单仪器设备
12、简单 不需要光源、单色器和背景校正；3. 3. 发射光强度测量无干扰发射光强度测量无干扰 无背景光、散射光等干扰；4. 4. 线性范围宽线性范围宽5. 5. 分析速度快分析速度快缺点：可供发光用的试剂少；发光反应效率低（大大低于生物体中的发光）；机理研究少。 16Instrumental Analysis17Instrumental Analysis18Instrumental Analysis三、三、装置与技术装置与技术 instrument and technologyinstrument and technology 装置流程：装置流程：发光反应室发光反应室光检测器光检测器信号放大器信号放大器显示与记录显示与记录 发光反应可采用静态或流动注射的方式进行：发光反应可采用静态或流动注射的方式进行： 静静态态方方式式：用注射器分别将试剂加入到反应器中混合， 测最大光强度或总发光量；试样量小，重复性差； 流流动动注注射射方方式式：用蠕动泵分别将试剂连续送入混合器，定时通过测量室，连续发光，测定光强度；试样量大；19
