化学发光分析法在环境监测中的应用

化学发光分析法在环境监测中的应用
随着全球经济发展水平的不断提高，各个领域在加速生产加工的过程中也产生了越来越严重的污染，人们对于环境保护的重视程度在提高。

作为一种现代测试技术，化学发光分析法在环境监测中的应用越来越广泛。

本文分析了化学发光分析法的原理、特点和常用的发光体系，同时列举了化学发光分析法在环境监测中的具体应用，说明了化学发光分析法在环境监测中的重要意义。

标签：化学发光分析法；环境监测；应用
1 化学发光分析法
1.1 化学发光分析法的原理
化学发光分析是物质在化学反应中释放的化学能被处于基本状态的分子吸收，分子又从基本状态变为激发状态，当量子化条件达到时，处在激发状态中的分子将吸收的化学能以光的形式辐射出来，便产生了化学发光。

由此可以看出，化学发光是将化学反应能转变为光能的一个过程。

化学反应不同，所需的波长和辐射也是不同的，因此化学发光分析法是根据化学的发光强度和反应速度来定量的，而化学的反应速度与发生反应的分子浓度有很大关系。

由化学发光的光强度与化学发光光子产率的关系式（Ia=?a·dc（t）/dt，其中Ia是化学发光的光强度，?a 是化学发光光子产率），得知化学发光的光强度与反应物的浓度和化学发光光子产率是呈正比的关系。

在测量中，测量出一定时间内发光光子数和或发光强度，就可以知道各种反应物的浓度，这样就可以进行反应物的定量分析。

1.2 化学发光分析法的特点
1.2.1信噪比高
化学发光是物质在化学反应中释放的化学能将处于基本状态中的分子变为激发状态，再由激发状态变为基本状态时发生的光辐射。

没有外来的光源，也能够减少出现瑞利散射，防止受到拉曼散射等噪音的影响，所以化学发光分析法的信噪比是非常高的。

1.2.2 灵敏度高
化学发光分析法最为明显的一个特点就是灵敏度高，尤其是对气体分析和痕量金属离子的测定一般可以达到1x10-9级。

1.2.3 设备简单
化学发光分析法的使用仪器是比较容易选择的，而且简单，容易操作，自动化程度高。

1.2.4 线性范围宽
化学发光分析法的线性范围宽度在扩大，能够达到7个数量级。

2 化学发光分析法常用的发光体系
化学发光分析法中比较常用的发光体系有两类：一是鲁米诺化学发光体系；二是光泽精化学发光反应体系。

2.1 鲁米诺化学发光体系
鲁米诺化学发光体系是化学发光分析法中最常用、应用最广泛的一类发光体系。

鲁米诺是我国最早使用的一种化学发光试剂，它在碱性溶液中能够与氧化剂发生激烈的氧化反应，氧化后的鲁米诺处于激发状态，发射蓝光并回到基本状态。

此外，鲁米诺化学发光体系在大气环境监测中已经成功测定出空气中CO、SO2、O3、NOx和H2S等多种有毒气体的浓度。

由于鲁米诺与H2O2的反应速度是比较缓慢的，需要使用金属离子作为催化剂。

一般情况下，采用的氧化剂是过氧化氢，Cu2+、Cr3+、Ni2+、Co2+和Fe2+等过渡金属离子与鲁米诺-过氧化氢化学发光反应有很好的催化作用。

这一优点在鲁米诺化学发光体系中得到广泛的应用。

2.2 光泽精化学发光体系
光泽精是我国较早使用的一种发光试剂，它也能够在碱性介质下发生反应并释放出大量的热量，主要是因为吸收了与氧化氢或者是氧化剂发生氧化反应后的产物，从而处于激发状态，发射蓝绿光并回到基本状态。

Pb（II）、Co（II）、V （II）、W（III）、Ti（III）等离子对光泽精化学发光体系有强烈的催化作用，因此光泽精化学发光体系在环境监测中经常被应用于测定这些离子。

3 化学发光分析法在环境监测中的应用
3.1 水和废水中金属离子的测定
如图1所示，对于水样中痕量金属离子的测定，我们通常采用鲁米诺化学发光体系。

大部分金属离子在一定的条件下都能够加速鲁米诺发光的化学反应速度，从而在规定的浓度标准下测出水样中金属离子浓度与线性间的关系，进而根据这个关系测量出折痕金属离子。

3.2 环境样品中含硫、含磷污染物的测定
对于环境样品中含硫、含磷污染物的测定，我们通常采用火焰光度法，就是把H2O2放置于火焰中，燃烧过程中，容易发生热分解的含硫、含磷的化合物，被分解成S原子或者是PO-离子，并通过反应而发光。

利用这类方法，我们可以
对环境中有机磷农药的转移和降解进行研究，同时，也可用于天然水体因含磷污染物而发生的富营养化的问题。

3.3大气中气态物质含量的测定
3.3.1 空气中臭氧的测定
臭氧可以与很多种烯烃等氧化剂发生反应，并在分析装置中凝结而变成液体。

因此，乙烯是测定空气中臭氧含量的首选氧化剂。

乙烯与臭氧发生化学反应，产生了甲醛，这都是属于激发状态中的分子，能够在回到基本状态时发出光量子。

这个反应对O2是有特效的，但Nox、So2、Co、Ch等属于不干扰测定的物质，对它们进行有效的气样分析时不需要预作分离。

3.3.2 空气中氮氧化物的测定
空气中氮氧化合物Nox-指的是No和No2的浓度总和。

No与O3间可以发生较大的光化学反应，这样就可以测出NO的浓度。

它的反应机理是：No+O3→No2*+O2→No2+Hu。

另外，使用另一份气体样品将No2还原成No，测出No的总量，从总量中减去原样品中No的含量就可以得到No2的含量。

4 化学发光新方法在环境监测中的应用
4.1 电致化学发光
随着化学发光的发展，电致化学发光作为一种新的痕量分析方法而发展起来，它是化学发光和电化学相结合的产物。

电致化学发光是利用与溶液共同发生反应的电极原位反应试剂，从而完成高能量电子的转移，形成激发状态的分子，其中不稳定的激发状态的分子回到基本状态时，以光辐射的形式释放出大量的能量，然后利用化学发光光谱对物质的含量进行测定。

电致化学发光，相比普通的化学发光来说，重现度和灵敏度都较高，而且可以进行选择性测量，因此，它在环境监测中的应用前景是非常广阔的。

4.2 化学发光偶合反应法
化学发光偶合反应能够对多个化学发光反应、一个或者是多个化学反应进行偶合，但在这个过程中需要用到反应催化剂。

偶合反应提高了测量的灵敏度、扩大了选择面和鲁米诺等高量子的产量，也推进了发光试剂的应用。

4.3 化学发光与毛细管电泳技术的联用
毛细管电泳技术，也可以简称为CE，作为一种新型的分离技术，它能够有效分离复雜的样品，同时实现对复杂样品的监测。

毛细管电泳技术具有分离效率高、消耗试剂少和分析时间短等优点，但进样量仅仅是10-12到10-9L之间，为监测带来了很大的挑战。

化学发光与毛细管电泳技术的联用，就兼具了化学发光
的灵敏度高和毛细管电泳技术的分离效率高等的优势，就可以用于生物和环境样品中微量组分的分离测量。

5 总结
环境污染，由于种类繁多、涉及面广和污染物含量高，对我们生存的环境造成了越来越多的不利影响，所以我们要运用灵敏度高、线性范围宽和操作简单的检测技术来对环境进行监测。

化学发光分析法要能够满足不同的环境监测的要求，同时，不仅仅依靠原有的分析法，还要不断研究出新的符合发展中的化学发光分析法，大力发展电致化学分析法、化学发光偶合反应法和毛细管电泳技术的联用等，才能提高监测的准确度，体现出化学发光分析法在环境监测中的应用意义。

参考文献：
[1]李光浩.光泽精化学发光体系的研究与应用[J].光谱实验室，2002（6）：736-740.
[2]张红.化学发光分析法在环境监测中的应用探微[J].科研，2016（9）：41-42.。