现代分析实验

地球上的生命离不开光的存在，从古代发现萤火虫发光以来，人们对自然界中发光现象的研究已有几个世纪，发光是指一种物质由电子激发态回复到基态时，释放出的能量表现为光的发射。通常人们将其分为光照发光、生物发光与化学发光。光照发光是发光剂经短波长入射光照射后进入激发态，当恢复至基态时发出较长波长的可见光;生物发光是反应底物在荧光素酶的催化下利用ATP产能，生成激发态的氧化荧光素，后者在恢复到基态时多余的能量以光子形式放出;化学发光是在常温下由化学反应产生的光的发射，这是一个多步骤的过程。分析化学典型生物发光：萤火虫荧光素-萤光素酶-磷酸三腺苷体系，该体系是在有氧及镁离子参与的条件下，萤火虫荧光素与荧光素酶健合，快速形成激发态三元配合物，该激发态三元配合物恢复到基态时便产生光的发射。该反应的发光量资产率最高可达98%，已广泛用于ATP的测定，灵敏度达到10-19mol，在生物医学科学、生命科学、宇宙科学、药物学和农业生物学方面都有很成功的应用。

　　由此我们可以看出，生物发光其实就是在生物体内的化学发光现象，到十九世纪末人们开始将其与简单的有机反应相联系。1877年，Radzisewski等发现咯粉碱在碱性介质中与过氧化氢等进行氧化还原时，有光子产生(发绿光);1905年，咯粉碱类似物的发光现象被报道;Albrecht于1928年证明了鲁米诺在碱性介质中具有发光作用;Glue和Petsh在1 935年第一个报告了光泽精在碱性条件下与过氧化氢反应产生化学发光;到19世纪60年代，随着PMT的出现和应用，人们发现越来越多的有机反应伴随有化学发光现象。

　　从机制上讲化学发光的是某些化合物可以利用化学反应产生的能量使其产物分子或反应中间态分子上升至电子激发态。当此产物分子或中间态分子衰退至基态时，以发射光子的形式释放能量(即发光)。

　　化学发光可以分为直接发光和间接发光。

　　直接发光是最简单的化学发光反应，有两个关键步骤组成：即激发和辐射。如A、B两种物质发生化学反应生成C物质，反应释放的能量被C物质的分子吸收并跃迁至激发态C*，处于激发的C*在回到基态的过程中产生光辐射。这里C*是发光体，此过程中由于C直接参与反应，故称直接化学发。

　　间接发光又称能量转移化学发光，它主要由三个步骤组成：首先反应物A和B反应生成激发态中间体C*(能量给予体);当C*分解时释放出能量转移给F(能量接受体)，使F被激发而跃迁至激发态F*;最后，当F*跃迁回基态时，产生发光。

　　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。

　　前面已经提到了有机化合物的化学发光，其实很多无机化合物也能产生化学发光，在此列举了几个例子，其中含硫化物、含氮化合物的化学发光已被用作于气相色谱的检测;有机物中以下几类均有化学发光现象，其中烃类也是多用于气相色谱的检测。

　　较为典型的化学发光反应主要有以下几个：

　　1、鲁米诺的化学发光反应

　　2、光泽精的化学发光反应

　　3、过氧化草酸酯的化学发光反应

　　4、邻菲罗林的化学发光反应

　　5、萤火虫发光

　　6、细菌发光

　　化学发光反应所以能用于分析测定，是因为化学发光强度(ICL)与化学反应速度(dc/dt)相关联，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*, C* → C+hv

　　化学发光的反应既包括一个发光过程也包括了一个化学发光反应的过程，因此该发光反应的化学发光强度取决于化学反应的速率dc/dt和反应的化学发光量子效率( ΦCL ) ICL= ΦCLdc/dt.b6u4X!d(P5@-_

　　式中ΦCL可表示为：ΦCL=ΦrΦf;

　　Φr：生成激发态产物的量子产率，也就是每一个参加反应的分子产生的激发态;

　　Φf ：激发态产物分子的发光量子产率，也就是每一个激发态产生的光子数，对于一定的化学发光反应， 为一定值。

　　由于化学发光测定易受化学反应条件，如pH值、离子强度、溶液组成、温度等的影响，影响反应速率或任意一个量子效率的因素都会改变发光强度。因此，在一定的化学反应条件下，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。

　　　　化学发光分析测定的物质对象可分为三类：第一类物质是化学发光反应中的的反应物;第二类物质是化学发光反应中的催化剂，增敏剂或抑制剂;第三类是偶合反应中反应物，催化剂，增敏剂等。这里所说的偶合反应其实就相当于前面提到的间接化学发光反应，它将一个化学发光反应与另一个或一系列反应进行偶合，只要这一个或一系列反应中的任何一种反应物或产物或催化剂(包括酶)能参与化学发光反应，就可以根据所产生的化学发光信号强度获得该反应中某一组分的量。通过标记方式利用这三类物质还可以来测定人们感兴区的其他物质。进一步扩大了化学发光分析的应用范围

　　化学发光分析最初是以分立式进样化学发光仪作为研究手段，由于化学发光现象一般比较短暂且随时间变化较大，使用间歇式手工操作是较难取得良好的重现性，因此人们将流动注射技术引入到化学发光分析中。流动注射技术是hansen于1975年建立的，把一定体积的试样注入到流动试剂(载流)中，可以保证混合过程与反应时间的高度重现性，特别是在非平衡状态下高效率的完成试样的在线处理与测定。

　　在化学发光分析中，化学反应器可以正面放置在接近光检测器的部位，因此检测器的仪接受较大分量的发射光子，从而提高了灵敏度，其灵敏度可达10-21mol，甚至可检测至单分子水平。化学发光分析的检测线并不受仪器的检测极限的限制，多数是受试剂的杂质污染以及由于浓度极低而带来的其他一些问题的限制。另外，由于化学激发作用具有电子激发态的均一性特点，通常其现行范围所展示的浓度区间较宽，可高达3~6个数量级。

　　对于化学发光分析来说，由于激发能来源于化学反应，无须专门的激发光源以及相应的单色器和聚焦透镜等，所以仪器设备简单、廉价、易微型化。分析化学,论由于化学发光现象一般比较短暂，因此化学发光分析所要求的时间也较短，但其最大的缺点是选择性差。因为化学发光分析的测定大多是在相同条件下，沿用同一个化学发光反应进行的，因而选择性较差。如典型的鲁米诺-过氧化氢化学发光体系，就能被10多种无机离子和30多种有机物催化或者增敏，且均在pH8~11的碱性条件下完成。近年来，化学发光检测与色谱以及毛细管电泳等分离技术的联用，在很大程度上解决了化学发光分析选择性差的问题，扩大了化学发光分析的应用范围。

　　为了提高化学发光分析法的选择性，将高灵敏度的化学发光检测技术与高效能、高分辨力的高效液相色谱或毛细管电泳以适当的方式相结合，集合2种技术的优势，为人们展示了一个分离效能高、检测先低、分析速度快的方法。%I/_8e*

　　液相色谱化学发光检测仪主要包括分离柱、泵系统、混合器和化学发光检测器。柱后的反应和化学发光检测是这一联用方法成功的关键。需要注意的是，化学发光的最佳条件往往并不是分离的最佳条件，比如色谱分离金属离子对常用酸性的流动相，而金属离子与鲁米诺的化学发光反应多在pH>10时才有最强的发光强度，因此实际分析中要综合考虑各个方面的因素，选择合适的条件，使其既有利于分离又能保证灵敏、稳定的检测。|分析化学|化学分析|仪器分析|分析测试| 色 发光在生物学领域也有着很多应用，主要简介如下：

　　1 血浆和血清的化学发光

　　亚铁离子催化的化学发光自由基启动的脂质过氧化 (L PO) 是一个链式反应过程。反应过程中产生脂自由基 (R - ) 、烷氧自由基 (RO - ) 、共轭二烯和脂过氧化自由基 (ROO - ) 等中间产物。 ROO - 自反应会产生激发的烷氧自由基 (RO 3 ) 和单线态氧 (O 2 ) ，其回到基态时产生发光。因此，把 Fe 2 + 盐加入含有脂肪的系统中，如细胞膜、线粒体、微粒体、血浆、组织匀浆、尿液等，可产生化学发光。许多实验研究对加入 Fe 2 + 盐的不同疾病患者血浆和血清的化学发光进行的测量表明，与正常健康人相比，腹腔器官局部缺血、肢端闭合性局部缺血、血氧含量下降以及出血、手术性休克病人血浆和血清的发光强度降低。 与此相反，风湿性关节炎、阑尾炎、胆囊炎、胰腺炎等炎性疾病患者血浆和血清的发光强度升高。 降低和升高的幅度与疾病的严重程度有关。 可以看出，利用此方法有可能对非典型的心肌梗塞和腹腔器官炎性疾病做出区别诊断。

　　2血浆脂蛋白的化学发光

　　有研究提出，以分离的血浆脂蛋白悬液作为系统模型可以研究不同物质对系统过氧化的调节机制。在分离的血浆脂蛋白悬液中加入胆固醇，温育一定时间后在加入 Fe 2 + 盐，测量化学发光，发现胆固醇能使系统的发光强度降低。分析认为，这可能是由于类固醇的存在抑制了系统的过氧化。对实验性胆固醇过多血症家兔和动脉粥样硬化早期病人进行的测量发现，载脂蛋白 APO – B 。在 Fe 2 + 存在条件下的发光强度出现了增长。同样的现象在肝硬化和慢性肝炎患者身上也被发现。

　　3尿液的化学发光

　　利用尿液的化学发光可以研究肾脏功能的变化。将 Fe 2 + 盐加入尿液中，测量其化学发光，发现肾功能不足者尿液的发光强度降低。与正常健康人相比，阑尾炎患者尿液的发光强度则有不同程度的提高。利用这一方法可以评估肾脏的排泄及收缩功能。

　　4物质抗氧化活性的测定

　　利用发光测量技术可以评价某些生物组织和体液的抗氧化活性。以某一稳定的发光系统为模型，如脂肪体、线粒体、卵黄脂蛋白等，将待测的抗氧化物质加入该系统，然后加入 Fe 2 + 盐，测量其化学发光。 根据系统化学发光被抑制的程度可以评价物质的抗氧化活性。 利用这一方法进行的研究证明，不同疾病患者血浆和血清的抗氧化活性是不同的。

　　化学发光研究的热点方向

　　直接化学发光反应是当前化学发光分析研究的一个重要方向，人们通常通过大量试验筛选氧化反应及反应介质来证明某种有机药物、农药是否具有化学发光特性。

　　以化学发光试剂标记核酸，运用化学发光分析进行核酸分子杂交分析是化学发光分析的前沿，其发展将为基因工程、基因诊断和治疗提供有效的检测手段。分析通常进行化学发光分析都是在现有化学发光试剂的基础上开展研究，而新型化学发光试剂的开发性研究较少，此领域还有研究空间。

　　金属配合物，特别是钌等过渡金属配合物在化学发光分析中的作用正逐渐受到人们的重视。比如钌(Ⅱ)-联吡啶常用作电致化学发光试剂