化學發(fā)光分析法-4

1、第四章 化學發(fā)光分析法化學發(fā)光定義定義: 由化學反應產(chǎn)生能量,吸收了化學反應能的原子或分子由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時產(chǎn)生的這一光輻射現(xiàn)象叫化學發(fā)光.化學發(fā)光簡史 公元前300年,人們觀察到天然的生物發(fā)光. 1877年,Redziszewski 首次報道洛吩堿(Lophine,2,4,5-三苯基咪唑)在堿性介質(zhì)中與氧反應發(fā)出金黃色的光-人為的化學發(fā)光. 1928年,Albrecht報道了魯米諾(3-氨基苯二甲酰肼)在堿性介質(zhì)中的化學發(fā)光行為. 1929年,Har vey在電解堿性魯米諾發(fā)現(xiàn)電極附近有發(fā)光現(xiàn)象,即文獻記載的最早的電致化學發(fā)光. 1935年,Gleu和Petsch第一個報道了光澤精(Luci

2、genin,N,N-二甲基二丫啶硝酸鹽)與過氧化氫反應產(chǎn)生的化學發(fā)光-綠光. 1964年,Mccapra提出基于一個二噁烷酮環(huán)形成機理來解釋丫啶酯的化學發(fā)光. 1966年,Lytle和 Hercules發(fā)現(xiàn)在強酸性或強堿性的釕()Ru(bipy)32+溶液中加入芳香胺時發(fā)出橘紅色的光(595nm).化學發(fā)光及其光物理過程n.該反應必須提供足夠的激發(fā)能(對于藍光發(fā)射約需300kJmol-1,紅光發(fā)射約需150 kJmol-1).導致電子從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài),這一電子躍遷常常伴隨有分子的振動和轉(zhuǎn)動變化.n在有機分子中,電子從一個 鍵向一個反 鍵軌道躍遷( *) 或從非鍵向反 鍵軌道躍遷(n *),電

3、子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài),發(fā)出光子,即化學發(fā)光.化學發(fā)光反應的基本條件.在多步驟反應中,由于化學激發(fā)的瞬時性,這個能量必須由某一步單獨提供,否則前一步反應釋放的能量將因振動弛豫消失在溶液中而不能發(fā)光. 大部分有機物具有化學發(fā)光性能,但量子產(chǎn)率一般很低,遠小于1%,且多數(shù)具有氧化還原性能.因此,化學反應的能量至少能被一種物質(zhì)所接收并使之生成激發(fā)態(tài).對有機分子來說,從能量上來看,容易生成激發(fā)態(tài)產(chǎn)物的常是芳香族化合物和羰基化合物.處于激發(fā)態(tài)的分子或原子必須具有一定的化學發(fā)光量子效率使其能釋放出光子,或者能夠轉(zhuǎn)移它的能量給另一個分子使之處于激發(fā)態(tài),在從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的過程中釋放出光子.化學發(fā)光量子效率c是具

4、有可能產(chǎn)生激發(fā)分子的反應分子分數(shù)即形成化學產(chǎn)物的量.e是處于電子激發(fā)態(tài)那些分子的分數(shù),與能量轉(zhuǎn)移效率有關(guān).f是發(fā)射出光子的分子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的分子的分數(shù) 能發(fā)射光子回到基態(tài)的分子數(shù)占溶液中該分子總數(shù)的百分比稱為發(fā)光量子產(chǎn)率(CL),它是由三方面的因素決定的:化學發(fā)光反應的主要類型.自身化學發(fā)光反應.敏化化學發(fā)光.偶合化學發(fā)光反應.光解化學發(fā)光.火焰化學發(fā)光.電致化學發(fā)光.自身化學發(fā)光反應自身化學發(fā)光反應是指被測物質(zhì)作為反應物直接參加化學反應,利用化學反應釋放的能量激發(fā)產(chǎn)物分子產(chǎn)生的光輻射.可用下式表示:C*為A和B反應產(chǎn)物C的激發(fā)態(tài),h為發(fā)射的光子.敏化化學發(fā)光 敏化化學發(fā)光是指在某些化學反

5、應中由于激發(fā)態(tài)產(chǎn)物本身不發(fā)光或發(fā)光十分微弱,但通過加入某種能量接受體(熒光劑)可導致發(fā)光.反應式為:式中:C*為能量給予體;F為能量接受體.這是一類間接發(fā)光,彌補了自身化學發(fā)光量子產(chǎn)率低的不足,具有廣泛用途.例如,羅丹明6G-抗壞血酸-鈰()體系測定抗壞血酸就屬于敏化化學發(fā)光.其中羅丹明6G為發(fā)光能量接受體.偶合化學發(fā)光反應偶合化學發(fā)光反應是指將能產(chǎn)生或消耗化學發(fā)光反應中反應物的一個或一系列反應與一個化學發(fā)光反應進行偶合.Ru(phen)32+*代表Ru(phen)32+的激發(fā)態(tài),R*代表待測物與強氧化劑Ce()反應所生成的活性中間體.例如,Ru(phen)32+- Ce()化學發(fā)光體系檢測吲

6、哚乙酸就屬于這一類型.光解化學發(fā)光 光解化學發(fā)光是指化學物質(zhì)在強光源作用下分裂成分子碎片,這些分子碎片在發(fā)生化學反應時產(chǎn)生的光輻射.反應方程為:.火焰化學發(fā)光 火焰化學發(fā)光測定必須在專門的元素火焰化學發(fā)光儀上進行.火焰化學發(fā)光反應多用于大氣中含硫、含氮、含磷等污染物的檢測.電致化學發(fā)光 電致化學發(fā)光反應是指電解的氧化還原產(chǎn)物之間或與體系中某種組分進行化學反應所產(chǎn)生的化學發(fā)光.它是利用電極原位產(chǎn)生試劑,這些試劑在溶液中反應,完成較高能量的電子轉(zhuǎn)移而生成激發(fā)態(tài)的分子回到基態(tài)時發(fā)射光子. 當電極施加雙階躍正負脈沖時,分子A在正電勢階躍時被氧化為A+: A A+ + e- 分子A在負電勢階躍時被還原為

7、A-: A + e- A- A+與A-反應生成激發(fā)態(tài)的A*,并產(chǎn)生化學發(fā)光: A+ + A- A* + A A* A+h 如果體系中含有還原(R) 或氧化(O)性物質(zhì)時,僅在工作電極上施加正或負電壓便可生成激發(fā)態(tài)的A*而發(fā)光: A A+ + e- A + e- A-或 A+ + R A* + O或 A- + O A* +R, A* A + hRu(bipy)32+在鉑電極或碳電極上被氧化:隨后在電極表面的擴散層發(fā)生下列反應:電致化學發(fā)光測定草酸CO2-(自由基陰離子)是強還原劑,在與Ru(bipy)33+的電極反應中能產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的Ru(bipy)32+*.當Ru(bipy)32+從激發(fā)態(tài)回到基

8、態(tài)時,發(fā)射出橘紅色的光(595nm).化學發(fā)光反應所以能用于分析測定,是因為化學發(fā)光強度(ICL)與化學反應速度(dp/dt)相關(guān)聯(lián),而一切影響反應速度的因素又都可以作為建立測定方法的依據(jù).化學發(fā)光反應一般可表示為: A + B C*, C* C + h化學發(fā)光強度與反應物濃度的關(guān)系該發(fā)光反應的化學發(fā)光強度取決于反應的速度dp/dt和反應的化學發(fā)光量子效率(CL) ICL(t)= CLdp/dt式中, CL可表示為CL= r f,其中r為生成激發(fā)態(tài)產(chǎn)物分子的量子效率, f為激發(fā)態(tài)產(chǎn)物分子的發(fā)光量子效率,對于一定的化學反應, CL為一定值;其反應速度可按質(zhì)量作用定律表示出與反應體系中物質(zhì)濃度的關(guān)

9、系.原則上講,對任何化學發(fā)光反應,只要反應是一級或假一級反應,都可以通過下式進行化學發(fā)光定量分析.例如,在化學發(fā)光反應中如果物質(zhì)B保持恒定,而物質(zhì)A變化且為一級或假一級反應,則此式表明,化學發(fā)光強度與A的濃度成正比.化學發(fā)光強度與反應物濃度的關(guān)系化學發(fā)光分析測定對象分類.化學發(fā)光反應中的反應物.化學發(fā)光反應中的催化劑,增敏劑或抑制劑.偶合反應中的反應物,催化劑,增敏劑.魯米諾(luminol)(1),異魯米諾(isoluminol)(2)和它們的衍生物.化學發(fā)光試劑的主要類型異魯米諾衍生物的結(jié)構(gòu)及量子效率魯米諾衍生物的化學發(fā)光魯米諾衍生物的化學發(fā)光簡單機理K3Fe(CN)6氧化魯米諾化學發(fā)光反

10、應機理K3Fe(CN)6氧化魯米諾化學發(fā)光反應機理K3Fe(CN)6氧化魯米諾化學發(fā)光反應機理 HRP與過氧化氫反應生成一氧化HRP(HRP),它同魯米諾陰離子反應生成半還原酶(HRP)和魯米諾自由基.再與第二個分子魯米諾反應,酶回到還原形式.辣根過氧化物酶催化反應機理.丫啶衍生物丫啶衍生物的一般發(fā)光機理.過氧草酸鹽類過氧草酸鹽類化學發(fā)光機理 草酸酯類化學發(fā)光機理分為三步:.過氧化氫對草酸酯的羰基親核進攻,生成能產(chǎn)生高能量的雙氧基環(huán)狀中間體二氧雜環(huán)丁二酮;過氧草酸鹽類化學發(fā)光機理.中間體分解,將能量傳遞給受體熒光分子,使之處于激發(fā)態(tài);.這種激發(fā)態(tài)分子從激發(fā)單重態(tài)回到基態(tài),釋放出光子即發(fā)出熒光.過氧草酸鹽類的代表化合物(7)-雙2,4-二硝基苯基草酸鹽(DNPO)和(8)-2,4,6-三氯苯基草酸鹽TCPO發(fā)光效率可達27%過氧草酸鹽類的應用.待測物質(zhì)本身是熒光劑,可作為能量接受