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化學發光基本原理、分類、常用的...

化學發光基本原理、分類、常用的化學試劑及其原理

發布日期:2020-09-19 作者: 點擊:

化學發光是某種物質分子吸收化學能而產生的光輻射。任何一個化學發光反應都包括兩個關鍵步驟,即化學激發和發光。因此,一個化學反應要成為發光反應,必須滿足兩個條件:第一:反應必須提供足夠的能量( 170 ~ 300KJ / mol ) ,第二,這些化學能必須能被某種物質分子吸收而產生電子激發態,並且有足夠的熒光量子產率。到目前為止,所研究的化學發光反應大多為氧化還原反應,且多為液相化學發光反應。

化學發光基本原理、分類、常用的化學試劑及其原理

是分子發光光譜分析法中的一類,它主要是依據化學檢測體係中待測物濃度與體係的化學發光強度在一定條件下呈線性定量關係的原理,利用儀器對體係化學發光強度的檢測,而確定待測物含量的一種痕量分析方法。化學發光法在痕量金屬離子、各類無機化合物、有機化合物分析及生物領域都有廣泛的應用。


一、基本原理


化學發光(ChemiLuminescence ,簡稱為CL)法是分子發光光譜分析法中的一類,它主要是依據化學檢測體係中待測物濃度與體係的化學發光強度在一定條件下呈線性定量關係的原理,利用儀器對體係化學發光強度的檢測,而確定待測物含量的一種痕量分析方法。化學發光與其它發光分析的本質區別是體係產生發光 (光輻射) 所吸收的能量來源不同。體係產生化學發光,必須具有一個產生可檢信號的光輻射反應和一個可一次提供導致發光現象足夠能量的單獨反應步驟的化學反應 。


二、化學發光法分類


依據供能反應的特點,可將化學發光分析法分為:


1)普通化學發光分析法(供能反應為一般化學反應);


2)生物化學發光分析法(供能反應為生物化學反應;簡稱BCL);


3)電致化學發光分析法(供能反應為電化學反應,簡稱ECL)等。


根據測定方法該法又可分為:


1)直接測定CL分析法;


2)偶合反應CL分析法(通過反應的偶合,測定體係中某一組份);


3)時間分辨CL分析法(即利用多組份對同一化學發光反應影響的時間差實現多組份測定);


4)固相、氣相、液相CL分析法;


5)酵聯免疫CL分析法等  


三、化學發光試劑及原理


發光反應的發光效率是指發光劑在反應中的發光分於數與參加反應的分子數之比。對於一般化學發光反應,值約為 10 - 6 ,較典型的發光劑,如魯米諾,發光效率可達 0 . 01 ,發光效率大於 0 。01 的發光反應極少見。現將幾種發光效率較高的常用的發光劑及其發光機理歸納如下。


1、魯米諾及其衍生物


魯米諾的衍生物主要有異魯米諾、 4— 氨基已基 —N 一乙基異魯諾及 AHEI 和 ABEI 等。魯米諾在堿性條件下可被一些氧化劑氧化,發生化學發光反應,輻射出最大發射波長為 425nm 的化學發光。


在通常情況下魯米諾與過氧化氫的化學發光反應相當緩慢,但當有某些催化劑存在時反應非常迅速。最常用催化劑是金屬離子,在很大濃度範圍內,金屬離子濃度與發光強度成正比,從而可進行某些金屬離子的化學發光分析,利用這一反應可以分析那些含有金屬離子的有機化合物,達到很高的靈敏度。其次是利用有機化合物對魯米諾化學發光反應的抑製作用,測定對化學發光反應具有猝滅作用的有機化合物。其三是通過偶合反應間接測定無機或有機化合物。其四是將魯米諾的衍生物如異魯米諾 (ABEI) 標記到羧酸和氨類化合物上,經過高效液相色譜 (HPLC) 或液相色譜 (LC) 分離後,再在堿性條件下與過氧化氫-鐵氰化鉀反應進行化學發光檢測。也可以采用其它分離方法,如將新合成的化學發光試劑異硫氰酸異魯米諾標記到酵母 RNA 後,通過離心和透析分離,然後進行化學發光檢測。此外應用的還有 N 2(B2 羧基丙酰基 ) 異魯米諾,並對其性能進行了研究。


2、光澤精


光澤精以硝酸鹽的形式存在,在堿性介質中,過氧化氫將其氧化成四元環過氧化物中間體,而後裂解生成激發態的吡啶酮而發光。利用光澤精與還原劑作用,可用於測定臨床醫學上一些重要的還原性物質,如抗壞血酸、肌酸酐、穀胱甘肽、葡萄糖醛酸、乳糖、葡萄糖。


3、洛粉堿


洛粉是文獻上記載最早的化學發光試劑,但卻遲遲未得到應用,直到 1979 年 Marino 等人將它應用於 Co 的測定後才得到重視。此試劑已被用於多種元素的分析測定。


4、過氧化草酸酯類


草酸鹽類化學發光反應大都生成過氧草酰 (Peroxalate) 中間體,因此這類反應亦稱過氧草酰類化學發光反應。過氧草酸鹽類化學發光分析應用的推廣還有賴於新的熒光衍生試劑的開發。


5、吖啶酯類


McCap r 等合成了一係列吖啶酯類化合物,對該類試劑的化學發光機理研究表明,發光效率與試劑中的可解離酸性基團的 pKa 有密切關係, pKa 一般應小於 11 。吖啶酯類化合物是一類很有前途的非放射性核酸探針標記物,用作 DNA 的發光探針,發光量子產率高,穩定性好,標記物對雜交反應的動力學和雜交體的穩定性無影響,可以直接在堿性介質中進行化學發光反應。


以上五種化學發光劑化學發光量子產率高,水溶液穩定,能被多種氧化劑直接氧化而發光,也可被眾多的金屬高於催化發光反應而發光,許多無機、有機和生化組分也能增強或抑製其發光,因此應用十分廣泛。目前報道的有鄰菲咯啉,堿基水楊酸、羅明丹 —B 、沒食子酸、香豆素、皮素,茜素紫、蘇木色精,培花青,三苯甲烷類染料,丙酮、乙醇、羥胺等。這些試劑商品化程度高,價廉,使用方便,但化學發光量子產率較低,因此,研究增敏試劑來提高它們的化學發光量子產率是非常關鍵的。


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