化学发光分析法

化学发光定义
定义:
由化学反应产生能量,吸收了化学反应能的原子或分子
由激发态回到基态时产生的这一光辐射现象叫化学发光.
化学发光简史
公元前300年,人们观察到天然的生物发光. 1877年,Redziszewski 首次报道洛吩碱(Lophine,2,4,5-三苯基咪 唑)在碱性介质中与氧反应发出金黄色的光--"人为的"化学发光. 1928年,Albrecht报道了鲁米诺(3-氨基苯二甲酰肼)在碱性介质 中的化学发光行为. 1929年,Harvey在电解碱性鲁米诺发现电极附近有发光现象,即 文献记载的最早的电致化学发光. 1935年,Gleu和Petsch第一个报道了光泽精(Lucigenin,N,N-二甲 基二丫啶硝酸盐)与过氧化氢反应产生的化学发光-绿光. 1964年,Mccapra提出基于一个二噁烷酮环形成机理来解释丫啶 酯的化学发光. 1966年,Lytle和 Hercules发现在强酸性或强碱性的钌(Ⅱ) [Ru(bipy)32+]溶液中加入芳香胺时发出橘红色的光(595nm).
常是芳香族化合物和羰基化合物.
③.处于激发态的分子或原子必须具有一定的化学发光 量子效率使其能释放出光子,或者能够转移它的能量给 另一个分子使之处于激发态,在从激发态回到基态的过 程中释放出光子.
化学发光量子效率
能发射光子回到基态的分子数占溶液中该分子总数 的百分比称为发光量子产率(CL),它是由三方面的因素 决定的:
A
A+ + eA-
分子A在负电势阶跃时被还原为A-:
A + eA + + AA* + A
A+与A-反应生成激发态的A*,并产生化学发光
A*
A+h
如果体系中含有还原(R) 或氧化(O)性物质时,仅在工作电
极上施加正或负电压便可生成激发态的A*而发光:
A 或
A+ + e- A + eA+ + R A* +R,
化学发光及其光物理过程
碰撞去活化
化学激发 1.化学法应能(Φc) 150-300kJ/mol 2.能量转移(Φc)
磷光
光激发
荧光
化学发光反应的基本条件

①.该反应必须提供足够的激发能(对于蓝光
发射约需300kJ●mol-1,红光发射约需150
kJ●mol-1).导致电子从基态跃迁至激发态,
这一电子跃迁常常伴随有分子的振动和转动
当Ru(bipy)32+从激发态回到基态时,发射出橘红色的光 (595nm).
Ru(bpy)32+*
Ru(bpy)32+ + hv
化学发光强度与反应物浓度的关系
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(dp/dt)相关联,而一切影响反应
速度的因素又都可以作为建立测定方法的依据.
c是具有可能产生激发分子的反应分子分数即形成化 学产物的量。 e是处于电子激发态分子的分数,与能量转移效率有关。 f是发射出光子的分子占从激发态回到基态的分子的 分数。
化学发光反应的主要类型
①.自身化学发光反应
②.敏化化学发光
③.偶合化学发光反应
④.光解化学发光
⑤.火焰化学发光
⑥.电致化学发光
A* + Ce(III) 罗丹明6G*+ B 罗丹明6G + hv
A*+罗丹明6G 罗丹明6G*
③.偶合化学发光反应 偶合化学发光反应是指将能产生或消耗化学发 光反应中反应物的一个或一系列反应与一个化 学发光反应进行偶合.
偶合反应 化学发光发应
C+D E* + F, E* G + hv A + B C
AA* + O A* A + h
或 A- + O
电致化学发光测定草酸
Ru(bipy)32+在铂电极或碳电极上被氧化: Ru(bpy)32+ Ru(bpy)33+ + e-
随后在电极表面的扩散层发生下列反应: Ru(bpy)33+ + C2O42C2O4-· Ru(bpy)32+ + C2O4-· CO2 + CO2-·
④.二氧杂环丁烷类
⑤.贵金属络合物发光试剂
贵金属络合物发光试剂的发光动力学曲线
贵金属络合物发光机理
贵金属络合物发光机理
化学发光分析法的应用
①.无机物的分析 ②.有机物和药物分析 ③.生物体内活性氧的化学发光研究
④.化学发光在核酸杂交分析中的应用
化学发光试剂的主要类型
鲁米诺类
①.鲁米诺(luminol)(1),异鲁米诺(isoluminol)(2) 和它们的衍生物（3）.
异鲁米诺衍生物的结构及量子效率
鲁米诺衍生物的化学发光
鲁米诺衍生物的化学发光简单机理
K3Fe(CN)6氧化鲁米诺化学发光反应机理
K3Fe(CN)6氧化鲁米诺化学发光反应机理
例如,Ru(phen)32+- Ce(Ⅳ)化学发光体系检测吲哚 乙酸就属于这一类型
[Ru(phen)32+]*代表Ru(phen)32+的激发态,[R*]代表待测物 与强氧化剂Ce(Ⅳ)反应所生成的活性中间体.
④.光解化学发光 光解化学发光是指化学物质在强光源作用下分裂成 分子碎片,这些分子碎片在发生化学反应时产生的光辐 射.反应方程为:
变化.
②.在多步骤反应中,由于化学激发的瞬时性,这个能量必 须由某一步单独提供,否则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.
大部分有机物具有化学发光性能,但量子产率一般
很低,远小于1%,且多数具有氧化还原性能.因此,化学反
应的能量至少能被一种物质所接收并使之生成激发态.
对有机分子来说,从能量上来看,容易生成激发态产物的
A+ B
F + C* F*
C*+D, F* + C, F + hv
式中:C*为能量给予体;F为能量接受体.这是一类间 接发光,弥补了自身化学发光量子产率低的不足,具 有广泛用途.
例如,罗丹明6G-抗坏血酸-铈(Ⅳ)体系测定抗坏血 酸就属于敏化化学发光.其中罗丹明6G为发光能 量接受体.
抗坏血酸 + Ce(IV)
化学发光反应一般可表示为:
A+B
C*,
C*
C + h
该发光反应的化学发光强度取决于反应的速度dp/dt和 反应的化学发光量子效率(CL) ICL(t)= CLdp/dt 式中, CL可表示为CL= r f, 其中r为生成激发态产物分子的量子效率, f为激发态产物分子的发光量子效率, 对于一定的化学反应, CL为一定值;其反应速度可按 质量作用定律表示出与反应体系中物质浓度的关系.
CO2-· (自由基阴离子)是强还原剂,在与Ru(bipy)33+的电极 反应中能产生激发态的Ru(bipy)32+*. CO2-· +Ru(bpy)33+ CO2 + Ru(bpy)32+* CO2-· Ru(bpy)32+ + Ru(bpy)3+ +Ru(bpy)33+ CO2 +Ru(bpy)3+ Ru(bpy)32+ +Ru(bpy)32+*
③.过氧草酸盐类
过氧草酸盐类化学发光机理
草酸酯类化学发光机理分为三步:①.过氧化氢对草酸 酯的羰基亲核进攻,生成能产生高能量的双氧基环状中间 体二氧杂环丁二酮;
分解
H 2O 2
过氧草酸盐类化学发光机理
②.中间体分解,将能量传递给受体荧光分子,使之处于 激发态;③.这种激发态分子从激发单重态回到基态,释 放出光子即发出荧光.
化学发光强度与反应物浓度的关系
原则上讲,对任何化学发光反应,只要反应是一级或假一
级反应,都可以通过下式进行化学发光定量分析.例如,在
化学发光反应中如果物质B保持恒定,而物质A变化且为
一级或假一级反应,则
此式表明,化学发光强度与A的浓度成正比.
化学发光分析测定对象分类
①.化学发光反应中的反应物. ②.化学发光反应中的催化剂,增敏剂或抑制剂. ③.偶合反应中的反应物,催化剂,增敏剂.
快反应
K3Fe(CN)6氧化鲁米诺化学发光反应机理
辣根过氧化物酶催化反应机理
HRP与过氧化氢反应生成一氧化HRP(HRPⅠ),它 同鲁米诺阴离子反应生成半还原酶(HRPⅡ)和鲁米诺自 由基.再与第二个分子鲁米诺反应,酶回到还原形式.
鲁米诺*
鲁米诺-
鲁米诺-
鲁米诺*
②.丫啶衍生物
丫啶衍生物的一般发光机理
①.自身化学发光反应 自身化学发光反应是指被测物质作为反应物直接参加 化学反应,利用化学反应释放的能量激发产物分子产生 的光辐射.可用下式表示: A+B C* + D, C* C + hv
C*为A和B反应产物C的激发态,h为发射的光子.
②.敏化化学发光
敏化化学发光是指在某些化学反应中由于激发态 产物本身不发光或发光十分微弱,但通过加入某种能 量接受体(荧光剂)可导致发光.反应式为:
A+hv B*+C
B*+C, A*
Baidu NhomakorabeaA*
A+hv
例如,二氧化氮的光解化学发光机理可表示为
NO2+hv1 NO*+O NO2*
NO*+O, NO2*
NO2 +hv2
⑤.火焰化学发光
一般化合物在高温下成为气态分子碎片,这些气态
分子碎片间发生化学反应时所产生的化学发光称为火
焰化学发光. 分子碎片
A+B
C + hv
第7章 化学发光分析法
澳大利亚奇湖夜间发出幽蓝色荧光
幽蓝荧光原来是湖中微生物被外界干扰后出现的“应激反应”
这 种 荧 光 是 由 一 种 被 称 为 “ 生 物 体 发 光”(bioluminescence) 的化学反应引起的，一旦生活在 湖水中 的 微生物 夜 光藻 (Noctiluca Scintillans) 受 到 外界 “干扰”，它们就会做出自然反应，发出亮光。
FL
FL*+H2O2
FL + hv
分解
FL*
过氧草酸盐类的代表化合物(7)-双[2,4-二硝基苯基]草酸盐 (DNPO)和(8)-[2,4,6-三氯苯基]草酸盐TCPO 发光效率可达27%
过氧草酸盐类的应用
①.待测物质本身是荧光剂,可作为能量接受体和发光体.
②.待测物质参与某一反应可产生H2O2 等氧化剂而间接被测定. ③.待测物质可被衍生成荧光物质.
C*;
C*
火焰化学发光测定必须在专门的元素火焰化学发 光仪上进行.火焰化学发光反应多用于大气中含硫、含 氮、含磷等污染物的检测.
⑥.电致化学发光 电致化学发光反应是指电解的氧化还原产物之间 或与体系中某种组分进行化学反应所产生的化学发光. 它是利用电极原位产生试剂,这些试剂在溶液中反应, 完成较高能量的电子转移而生成激发态的分子回到基 态时发射光子. 当电极施加双阶跃正负脉冲时,分子A在正电势阶 跃时被氧化为A+: