化学发光的类型

一、气相化学发光

主要有O3,NO和S的化学发光反应，可用于检测空气中的O3,,NO,NO2,H2S,SO2和CO等气体。

1．臭氧的化学发光反应

臭氧可与40余种有机化合物产生化学发光反应，其中以与罗丹明B的反应最灵敏，可用于测定大气中的微量臭氧。臭氧与罗丹明B一没食子酸的乙醇溶液产生化学发光反应的过程可表示如下：

没食子酸＋O3一→A-*+O2

罗丹明B+A*一→罗丹明B*+B

罗丹明B*一→罗丹明B+hv

反应式中A*为没食子酸与臭氧反应所产生的受激中间体，B为最终的氧化产物。发光的最大波长为584nm。

2．氮氧化合物的化学发光反应

NO与臭氧的气相化学发光反应灵敏度高，可达1ng•mL-1，测定范围为0.01一10000μg·mL-1。其反应机理如下：

NO+O3一→NO2*+O2

NO2*一→NO2十hv

测定空气中的NO2时，可先将NO2还原为NO,测得NO的总量后，从总量中扣除试样中NO的含量，即为NO2的含量。

3．利用氧原子的化学发光反应

气相中的SO2,NO,NO2及CO等能与氧原子产生化学发光反应，如

SO2+O+O一→SO2*+O2

SO2*一S02+hv

最大发射波长为200nm，测定灵敏度为0.001μg•mL-1。

CO+O一→CO2*

CO2*一→CO3+hv

发射光谱范围为300-500nm,测定灵敏度为1ng•mL-1。发光反应中所需要的氧原子源，一般是由O3在1000℃的石英管中分解为O和O2而获得的。

4．火焰化学发光

(1)一氧化氮一氧化氮在富氢火焰中燃烧时产生很强的火焰化学发光反应，其机理为

H+NO一→HNO*`

HNO*一→HNO+hv

光谱的波长范围为660~770nm，最大发射波长为680nm。

二氧化氮在富氢火焰中能迅速地被氢原子还原为一氧化氮。此法可用于测定空气中NOx的总量，还可以与气相色谱联用，作为氮化合物的检测器。

(2）挥发性硫化物当挥发性硫化物如SO2,H2S,CH3SH及CH3SCH3等在富氢火焰中燃烧时，产生很强的蓝色化学发光。例如SO2，其化学发光反应机理如下：

SO2+2H2一→S+2H2O

S+S一→S2*

S2*一→S2十hv

发射光谱的波长范围为350一460nm，最大发射波长为384nm，灵敏度为0.2ng。因为反应是由两个硫原子结合成一个S2分子，所以发射光的强度与硫化物的浓度的平方成正比。

二、液相化学发光

液相化学发光反应在痕量分析中十分重要。常用于化学发光分析的发光试剂有鲁米诺、光泽精、洛粉碱、没食子酸、过氧草酸盐等，其中最常用的是鲁米诺，它可以测定Cl2,HOCI,OCI-,H2O2,O2和NO2，化学发光反应的量子产率为0.01一0.05。

鲁米诺为3一氨基苯二甲酸肼，在碱性溶液中与H2O2作用，氧化过程中产生的化学能使氧化产物氨基邻苯二甲酸根离子激发，当其价电子从第一电子激发单重态的最低振动能级返回基态时，伴随着最大发射波长为425nm的光辐射。可用下式表示：

利用上述发光反应，可检测低至10-8mol•L-1的H2O2。

鲁米诺与H2O2的化学反应，可以被一些痕量的过渡金属离子所催化，使发光强度大大增强。利用这一现象，可以测定Co(Ⅱ),Cu(II）,Ni(II),Cr(Ⅲ),Fe(II、Ⅲ），Ag（I），Au（Ⅲ），Mn（II），Hg(II），Os（Ⅲ、Ⅳ、V），Ru（Ⅳ），V(IV),lr（Ⅳ）等金属离子，检出限由0.01-40μg·mL-1不等。此外，利用某些金属离子对化学发光反应的抑制效应，可以间接测定这些离子，如Ce(IV),Hf(IV)等。

鲁米诺化学发光体系还可以用于许多生化反应研究。在这些反应中，通常都涉及产生H2O2或H2O2参与的反应。例如氨基酸的测定，首先它作为酶促反应的底物，在氨基酸氧化酶的作用下，产生H2O2：

氨基酸＋O2一一（氨基酸氧化酶）一→酮酸＋NH3+H2O2

然后H2O2与鲁米诺产生化学发光反应：

鲁米诺＋H2O2一一→产物＋hv

通过测定发光强度，可求得氨基酸的含量。

当氨基酸的浓度一定时，上述反应又可以用于研究酶促反应动力学。

化学发光的测量仪器

气相化学发光反应主要用于某些气体的监测，目前已有各种专用的监测仪，本书不予讨论。下面主要讨论液相化学发光反应的检测。

在液相化学发光分析中，当试样与有关试剂混合后，化学发光反应立即发生，且发光信号很快消失。因此必须在试剂的混合过程中立即进行测定。这样一来，试样与试剂混合方式的重复性和测定时间的控制，就成为影响分析结果精密度的主要因素。目前，按照进样方式，可将发光分析仪分为分立取样式和流动注射式两类。

1．分立取样式

分立取样式化学发光仪是一种在静态下测量化学发光信号的装置。操作时用移液管或注射器将试剂与试样加入反应器中，靠搅动或注射时的冲击作用使其混合均匀，然后根据所测量的发光峰高或发光面积的积分值来进行定量测定。

分立取样式的仪器具有设备简单、造价低、体积小和灵敏等优点，还可记录化学发光反应的全过程，故特别适用于反应动力学研究。但这类仪器存在两个严重缺点：一点是手工加样速度较慢，不利于分析过程的自动化，且每次测试完毕后要排除池中废液并仔细清洗反应池，否则产生记忆效应；另一点是加样的重复性不好控制，从而影响测定的精密度。

2．流动注射式

流动注射式发光仪是流动注射分析在化学发光分析中的应用。化学发光分析中的许多间歇式操作，可通过流动注射手段而自动快速、准确地进行。A,B反应液分别由流动泵P1及P2泵入流路中，在反应液A的载流管路中，经I注射阀将被测物注入，与B载流液在N点混合后进入反应管M，最后经排出口W排出。反应产生的发光信号由光电倍增管检测，最后输人读数装置R。被检测的光信号只是整个发光动力学曲线的一部分，以峰高来进行定量分析。

在发光分析中，要根据不同的反应速率，选择将试样与试剂准确注入反应管的时间，使其与发光峰值被检测器检测的时间恰好吻合。目前，用流动注射式进行化学发光分析，得到了比分立取样式发光测定更高的灵敏度和精密度。