化學(xué)發(fā)光法在環(huán)境樣品檢測中的應(yīng)用

李湘宜

（中國環(huán)境管理干部學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

化學(xué)發(fā)光法在環(huán)境樣品檢測中的應(yīng)用

李湘宜

（中國環(huán)境管理干部學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

綜述了化學(xué)發(fā)光法用于分析檢測的基本原理，化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生光的量與發(fā)光物質(zhì)的含量成正比?；瘜W(xué)發(fā)光方法對環(huán)境樣品檢測具有靈敏度高、線性響應(yīng)范圍寬、可以實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，通過發(fā)射光的比率可以推定未知成分的濃度，測定環(huán)境樣品中被測物質(zhì)的量。化學(xué)發(fā)光法已廣泛應(yīng)用到環(huán)境樣品檢測、藥物分析等領(lǐng)域。

化學(xué)發(fā)光法；環(huán)境；檢測

1 化學(xué)發(fā)光的原理

化學(xué)發(fā)光指化學(xué)反應(yīng)過程中發(fā)射出來的光，又叫做冷光，可以分為間接和直接發(fā)光。間接發(fā)光又稱能量轉(zhuǎn)移化學(xué)發(fā)光，主要由三個步驟組成:首先反應(yīng)物A和B反應(yīng)生成激發(fā)態(tài)中間體C*（能量給予體）；當(dāng)C*分解時釋放出能量轉(zhuǎn)移給F（能量接受體），使F被激發(fā)而躍遷至激發(fā)態(tài)F*；最后，當(dāng)F*躍遷回基態(tài)時，產(chǎn)生發(fā)光。[1]直接發(fā)光是最簡單的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，有兩個關(guān)鍵步驟組成:即激發(fā)和輻射。如兩種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新物質(zhì)，反應(yīng)釋放的能量被新物質(zhì)的分子吸收并躍遷至激發(fā)態(tài)，處于激發(fā)的物質(zhì)在回到基態(tài)的過程中產(chǎn)生光輻射。[2]通過化學(xué)反應(yīng)中的光量可以準(zhǔn)確反映出環(huán)境樣品中被測定發(fā)光物質(zhì)的濃度[3]。因此，將化學(xué)反應(yīng)的發(fā)射光應(yīng)用于化學(xué)分析是可行的?；瘜W(xué)發(fā)光分析能測定三種物質(zhì):一是偶合反應(yīng)中的反應(yīng)物、催化劑、增敏劑等；二是化學(xué)發(fā)光的反應(yīng)物；三是反應(yīng)中的催化劑、增敏劑或抑制劑。這三種物質(zhì)還可以通過標(biāo)記方式用來測定其他物質(zhì)，從而進一步擴大了化學(xué)發(fā)光分析的應(yīng)用范圍。

2 化學(xué)發(fā)光法檢測技術(shù)的優(yōu)點與實驗用儀器

2.1 化學(xué)發(fā)光法檢測技術(shù)的優(yōu)點

化學(xué)發(fā)光檢測技術(shù)是一種可以測定微量和痕量的分析法，具有簡單、靈敏度高、方便操作、實現(xiàn)自動化測試和寬范圍線性響應(yīng)等明顯優(yōu)點[4，5]。為了適應(yīng)環(huán)境樣品檢測，國內(nèi)外一些研究和儀器開發(fā)單位，對原有發(fā)光試劑和體系進行了改進和完善，研發(fā)了新的發(fā)光試劑和新體系。在與其他分析檢測技術(shù)和儀器聯(lián)用方面開展了大量工作，例如與流動注射技術(shù)、新型傳感器技術(shù)、各種固定化試劑技術(shù)、HPLC技術(shù)等聯(lián)用，在環(huán)境保護監(jiān)測等方面廣泛應(yīng)用。某些利用化學(xué)發(fā)光法開發(fā)的化學(xué)發(fā)光儀采用了超級光電倍增管作為檢測器，具有極高的靈敏度，檢測靈敏度可達10-18mol（HRP） 以上，并且具有檢測化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生光子數(shù)的能力，這意味著它可以檢測樣品中被分析物極小的份量（濃度）。

在發(fā)光化學(xué)反應(yīng)中，能夠到達檢測儀的光有兩種。一種光是與發(fā)光反應(yīng)中的反應(yīng)物的濃度成比例；另一種是背景光，是基本不變的，與反應(yīng)物中的塑料、雜質(zhì)發(fā)光、磷光等有關(guān)。與分光光度計和熒光儀等檢測方法相比，化學(xué)發(fā)光法的背景光是非常低的。比較寬泛的檢測范圍和較低的儀器價格與分析成本是化學(xué)發(fā)光檢測儀的優(yōu)勢，并且樣品不需稀釋，不需要對樣品細(xì)胞進行修飾，測量線性范圍可以達到7個數(shù)量級的濃度范圍。化學(xué)發(fā)光法檢測儀比光譜儀靈敏100 000倍，比熒光檢測儀靈敏1 000倍。

根據(jù)發(fā)光時間長短，化學(xué)發(fā)光類型通常分為閃光型 （flash type） 和輝光型 （glow type） 兩種。閃光型發(fā)光時間非常短暫，甚至只有零點幾秒。輝光型又稱持續(xù)型，發(fā)光時間從幾分鐘到幾十分鐘，或幾小時甚至更久。由于閃光型的樣品發(fā)光時間短暫，因此需立即測量，必須配以全自動化的加樣及測量儀器。

2.2 實驗用儀器LuminMax-C

LuminMax-C化學(xué)發(fā)光儀（冷光儀） 是由東西華美（北京） 科學(xué)儀器有限公司和美國Maxwell Sensors公司合作生產(chǎn)的一款具有超高靈敏度和重復(fù)精度、易使用、結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟實用的儀器。LuminMax-C作為小型儀器，用于檢測化學(xué)光和生物光，靈敏度極高。該儀器可精確檢測96盤微孔板的發(fā)光強度（黑、白、不透明）。微孔板底部透明，因此，能從孔的底部來檢測化學(xué)發(fā)光的強度。許多公司例如:Nunc、Costar、Corning、BD Biosciences Perkin Elmer等都在使用微孔板。由于LuminMax-C采用最先進的光子紀(jì)錄乘法器作為檢測原件，所以對光極為敏感，可以檢測非常少量的檢測物（原子摩爾），記錄檢測化學(xué)發(fā)光和生物光試驗產(chǎn)生的光子數(shù)量。檢測器在所有可見范圍都是靈敏的。

LuminMax-C采用了最先進的低噪音檢測器及電路，所以背景噪音小，信號強，動態(tài)范圍為7級。優(yōu)良的設(shè)計將相鄰盤的干擾減小到6×10-5。用戶可以選擇掃描96盤中的任何一個或一組及掃描次數(shù)，掃描時間為0.1～10 s。LuminMax-C還可用于動態(tài)及冷光曲線的研究，點擊“GO”，儀器自動快速掃描96盤，迅速給出結(jié)果。

儀器使用簡單方便，可以與計算機聯(lián)機。具有用戶友好界面的軟件在隨機奉送的光盤里，非常容易安裝。LuminMac-C通過簡單的插入式連接（USB或者串口）與計算機相連，便于攜帶。當(dāng)按下“GO”鍵，系統(tǒng)自動并快速地掃描所有選中的微孔，并且顯示結(jié)果。計算結(jié)果以電子表格的形式顯示。數(shù)據(jù)以光子數(shù)或相對光單元（RUL）作為報告被顯示。

3 化學(xué)發(fā)光的應(yīng)用

近年來，隨著對環(huán)境樣品分析精度的提高，利用化學(xué)發(fā)光方法分析環(huán)境樣品的研究越來越多，已應(yīng)用到對環(huán)境中的重金屬離子如汞、鉛、鎘、砷等陽離子和陰離子的現(xiàn)場檢測，對大氣環(huán)境中CO、SO2、H2S、O3、NOX等有毒氣體濃度的測定[6]，對水中硝酸鹽、氨氮、磷等的檢測。

3.1 環(huán)境水質(zhì)樣品中無機物的化學(xué)發(fā)光分析

水樣中一部分無機物對一些化學(xué)發(fā)光反應(yīng)有催化或抑制作用，有一些無機物直接參加化學(xué)發(fā)光反應(yīng)中，起氧化或還原作用[7]，利用這一原理，對一些特定的物質(zhì)利用化學(xué)發(fā)光分析法取得了很好的分析效果。環(huán)境水樣中金屬離子砷、銅、銀、鎘、鈷、硒等，以及陰離子NO2-、S2-、CN-、SO32-、SCN-、NO3-、I2等幾十種無機物都可用化學(xué)發(fā)光法測定。[8]化學(xué)發(fā)光分析法對環(huán)境樣品金屬離子測定的參數(shù)見表1，環(huán)境樣品陰離子分析測定的參數(shù)見表2。

3.2 對水環(huán)境樣品中有機物的化學(xué)發(fā)光分析

測定水體中的有機物含量也可以用化學(xué)發(fā)光法。由固定甲醛氧化酶使甲酸氧化得H2O2，通過2-（3，4，6-三氯苯基）草酸酯化學(xué)發(fā)光體系測定H2O2，從而可測定天然水體中甲醛和甲酸的含量。苯酚對魯米諾-H2O2發(fā)光反應(yīng)有猝滅作用，可用于測定工業(yè)廢水中的苯酚。利用腐殖酸與MnO4-間的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)可以測定天然水中的腐殖酸。此方法靈活、方便，為水中有機物的檢測以及檢測有機物在水中的遷移提供了參考。

表1 化學(xué)發(fā)光分析法測定環(huán)境樣品中無機陽離子參數(shù)

表2 化學(xué)發(fā)光分析法測定環(huán)境樣品中無機陰離子參數(shù)

3.3 化學(xué)發(fā)光法在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

近年來，化學(xué)發(fā)光法已在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。比如用于檢測人體生長激素，初步應(yīng)用于兒童生長激素缺乏癥的診斷。微粒子化學(xué)發(fā)光法已應(yīng)用到胸腔積水良惡性腫瘤的鑒別。流動注射化學(xué)發(fā)光法因其速度快、重現(xiàn)性好，已在藥物分析領(lǐng)域顯示了極大的潛力和應(yīng)用前景。

3.4 化學(xué)發(fā)光法在食品檢測中的應(yīng)用

食品安全已成為國民大計，民以食為天，食以安為先，食品安全關(guān)系到千家萬戶。利用化學(xué)發(fā)光法可以檢測食品中的病原體及其毒素，Laberge和Soumet建立了一套檢測牛奶中沙門氏菌等致病微生物的方法。FinnyP.Mathew等研究了利用化學(xué)發(fā)光法快速檢測鮮活產(chǎn)品中大腸桿菌的方法。利用化學(xué)發(fā)光與其他技術(shù)結(jié)合可以快速檢測食品中的E.coliO157∶H7致病性微生物。

4 結(jié)語

化學(xué)發(fā)光分析法是一種靈敏度較高，可以測定微量和痕量的分析法，用這種原理開發(fā)的儀器設(shè)備，具有方便操作、寬范圍線性響應(yīng)、靈敏度高、實現(xiàn)自動化測試等明顯優(yōu)點。利用化學(xué)發(fā)光法開發(fā)的冷光儀具有高靈敏度和重現(xiàn)性。

化學(xué)發(fā)光分析法作為一種新的檢測手段已廣泛應(yīng)用到水分析、食品檢驗、臨床醫(yī)學(xué)（如測定甲狀腺激素、生殖激素，作為腫瘤標(biāo)記物、病毒標(biāo)記物等）等領(lǐng)域[9]，隨著對發(fā)光試劑和發(fā)光體黨在長期的革命和建設(shè)時期形成的時代精神，在全面推進小康社會、加快社會主義現(xiàn)代化建設(shè)中，對中華民族的凝聚力、激勵作用越來越突出，已深深融入民族的生命力、創(chuàng)造力和凝聚力之中，成為社會主義核心價值體系中不可缺少的組成部分。

5.4 立場堅定

在當(dāng)前的歷史條件下，由于黨所處的內(nèi)外環(huán)境和肩負(fù)的任務(wù)發(fā)生了很大變化，加上社會經(jīng)濟生活中出現(xiàn)的許多新情況、新問題，一些不同聲音不絕于耳，使一些黨員特別是黨員領(lǐng)導(dǎo)干部的理想信念發(fā)生了動搖，甚至個別黨員領(lǐng)導(dǎo)干部不擇手段，追逐個人名利，背棄了共產(chǎn)主義理想信念，與黨離心離德。因此，在我國處于改革發(fā)展的關(guān)鍵時期，共產(chǎn)黨員要繼續(xù)為國富民強奮力前行，忠于國家，熱愛祖國，維護國家安全，同心同德；同一切危害國家和人民利益的言行作斗爭的任務(wù)十分艱巨，要做到情為民所系，權(quán)為民所用，利為民所謀，做人民滿意的公仆。

5.5 全面貫徹積極進取

在錯綜復(fù)雜的各種社會關(guān)系面前，廣大黨員特別是黨的領(lǐng)導(dǎo)干部，一方面要保持清醒頭腦，不為任何風(fēng)險所懼，要堅持正確的價值觀不動搖；另一方面要努力學(xué)習(xí)，做好知識更新，全面提升綜合素質(zhì)，積極承擔(dān)社會責(zé)任，以積極的心態(tài)、主動的精神全身心投入到工作崗位上，從小事做起，從現(xiàn)在做起，一步一個腳印做好每件事，用自己的聰明才智創(chuàng)造一流的工作業(yè)績，努力做到“竭盡全力往其事，盡己心力以奉公”，為社會發(fā)展貢獻力量。

5.6 開拓創(chuàng)新

創(chuàng)新是一個國家持續(xù)興旺發(fā)達的不竭動力，是黨保持先進性、取得改革開放新勝利的根本保障。提高開拓創(chuàng)新能力首先要解放思想，要堅持用科學(xué)發(fā)展觀改造主觀世界，堅持用科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)實踐推動工作。其次要更新觀念，克服重物輕人觀念，堅持以人為本；克服因循守舊觀念，增強改革創(chuàng)新意識，敢于正視矛盾，攻堅克難，不斷開拓工作新局面。

[1]王瑩.建設(shè)社會主義核心價值體系鞏固共同思想道德基礎(chǔ)[N].河北日報，2011-11-09.

[2]夏海軍，栗志剛.建設(shè)國家文化軟實力的根本，構(gòu)建社會主義核心價值體系[J]. 江淮論壇，2009（2）:83-87.

[3]楊義芹.共建共享和諧社會與社會主義核心價值體系建設(shè)[J].湖北社會科學(xué)，2007（9）:41-43.

[4]高峰.關(guān)于公民教育的馬克思主義解讀[J].思想政治研究，2010（12）:8-11.

[5]賈占軍.網(wǎng)絡(luò)文化建設(shè)呼喚和諧價值理念[J].新西部:下半月，2009（1）:119.

[6]黃士安，戴木才.如何科學(xué)對待資本主義核心價值觀[J].學(xué)習(xí)月刊，2012（4）:6-7.

Application of Chemiluminescence Method to Testing Environmental Samples

Li Xiangyi
（Environmental Management College of China， Qinhuangdao Hebei 066004， China）

Light energy produced in the reaction is proportional to the concentration of luminescent substance.Chemiluminescence analysis is a highly sensitive method for trace detection,with advantage of highly sensitive for detection of environmental samples,wide-range linear response and easy to automate.The concentration of unknown composition can be deduced by the ratio of emission.The light in the reaction can indicate the amount of luminescent substance in the target sample.This method has been applied into the field of testing environmental samples and drug analysis.

chemiluminescence； environment； detection

X830.2

A

1008-813X（2012）05-0054-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2012.05.016

2012-06-05

李湘宜（1984-），女，河北秦皇島人，畢業(yè)于西北農(nóng)林大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)，助教，主要從事環(huán)境監(jiān)測與分析的研究工作。