化学发光法在环境样品检测中的应用

李湘宜

（中国环境管理干部学院，河北 秦皇岛 066004）

化学发光法在环境样品检测中的应用

李湘宜

（中国环境管理干部学院，河北 秦皇岛 066004）

综述了化学发光法用于分析检测的基本原理，化学反应过程中产生光的量与发光物质的含量成正比。化学发光方法对环境样品检测具有灵敏度高、线性响应范围宽、可以实现自动化等优点，通过发射光的比率可以推定未知成分的浓度，测定环境样品中被测物质的量。化学发光法已广泛应用到环境样品检测、药物分析等领域。

化学发光法；环境；检测

1 化学发光的原理

化学发光指化学反应过程中发射出来的光，又叫做冷光，可以分为间接和直接发光。间接发光又称能量转移化学发光，主要由三个步骤组成:首先反应物A和B反应生成激发态中间体C*（能量给予体）；当C*分解时释放出能量转移给F（能量接受体），使F被激发而跃迁至激发态F*；最后，当F*跃迁回基态时，产生发光。[1]直接发光是最简单的化学发光反应，有两个关键步骤组成:即激发和辐射。如两种物质发生化学反应生成新物质，反应释放的能量被新物质的分子吸收并跃迁至激发态，处于激发的物质在回到基态的过程中产生光辐射。[2]通过化学反应中的光量可以准确反映出环境样品中被测定发光物质的浓度[3]。因此，将化学反应的发射光应用于化学分析是可行的。化学发光分析能测定三种物质:一是偶合反应中的反应物、催化剂、增敏剂等；二是化学发光的反应物；三是反应中的催化剂、增敏剂或抑制剂。这三种物质还可以通过标记方式用来测定其他物质，从而进一步扩大了化学发光分析的应用范围。

2 化学发光法检测技术的优点与实验用仪器

2.1 化学发光法检测技术的优点

化学发光检测技术是一种可以测定微量和痕量的分析法，具有简单、灵敏度高、方便操作、实现自动化测试和宽范围线性响应等明显优点[4，5]。为了适应环境样品检测，国内外一些研究和仪器开发单位，对原有发光试剂和体系进行了改进和完善，研发了新的发光试剂和新体系。在与其他分析检测技术和仪器联用方面开展了大量工作，例如与流动注射技术、新型传感器技术、各种固定化试剂技术、HPLC技术等联用，在环境保护监测等方面广泛应用。某些利用化学发光法开发的化学发光仪采用了超级光电倍增管作为检测器，具有极高的灵敏度，检测灵敏度可达10-18mol（HRP） 以上，并且具有检测化学反应中产生光子数的能力，这意味着它可以检测样品中被分析物极小的份量（浓度）。

在发光化学反应中，能够到达检测仪的光有两种。一种光是与发光反应中的反应物的浓度成比例；另一种是背景光，是基本不变的，与反应物中的塑料、杂质发光、磷光等有关。与分光光度计和荧光仪等检测方法相比，化学发光法的背景光是非常低的。比较宽泛的检测范围和较低的仪器价格与分析成本是化学发光检测仪的优势，并且样品不需稀释，不需要对样品细胞进行修饰，测量线性范围可以达到7个数量级的浓度范围。化学发光法检测仪比光谱仪灵敏100 000倍，比荧光检测仪灵敏1 000倍。

根据发光时间长短，化学发光类型通常分为闪光型 （flash type） 和辉光型 （glow type） 两种。闪光型发光时间非常短暂，甚至只有零点几秒。辉光型又称持续型，发光时间从几分钟到几十分钟，或几小时甚至更久。由于闪光型的样品发光时间短暂，因此需立即测量，必须配以全自动化的加样及测量仪器。

2.2 实验用仪器LuminMax-C

LuminMax-C化学发光仪（冷光仪） 是由东西华美（北京） 科学仪器有限公司和美国Maxwell Sensors公司合作生产的一款具有超高灵敏度和重复精度、易使用、结构紧凑、经济实用的仪器。LuminMax-C作为小型仪器，用于检测化学光和生物光，灵敏度极高。该仪器可精确检测96盘微孔板的发光强度（黑、白、不透明）。微孔板底部透明，因此，能从孔的底部来检测化学发光的强度。许多公司例如:Nunc、Costar、Corning、BD Biosciences Perkin Elmer等都在使用微孔板。由于LuminMax-C采用最先进的光子纪录乘法器作为检测原件，所以对光极为敏感，可以检测非常少量的检测物（原子摩尔），记录检测化学发光和生物光试验产生的光子数量。检测器在所有可见范围都是灵敏的。

LuminMax-C采用了最先进的低噪音检测器及电路，所以背景噪音小，信号强，动态范围为7级。优良的设计将相邻盘的干扰减小到6×10-5。用户可以选择扫描96盘中的任何一个或一组及扫描次数，扫描时间为0.1～10 s。LuminMax-C还可用于动态及冷光曲线的研究，点击“GO”，仪器自动快速扫描96盘，迅速给出结果。

仪器使用简单方便，可以与计算机联机。具有用户友好界面的软件在随机奉送的光盘里，非常容易安装。LuminMac-C通过简单的插入式连接（USB或者串口）与计算机相连，便于携带。当按下“GO”键，系统自动并快速地扫描所有选中的微孔，并且显示结果。计算结果以电子表格的形式显示。数据以光子数或相对光单元（RUL）作为报告被显示。

3 化学发光的应用

近年来，随着对环境样品分析精度的提高，利用化学发光方法分析环境样品的研究越来越多，已应用到对环境中的重金属离子如汞、铅、镉、砷等阳离子和阴离子的现场检测，对大气环境中CO、SO2、H2S、O3、NOX等有毒气体浓度的测定[6]，对水中硝酸盐、氨氮、磷等的检测。

3.1 环境水质样品中无机物的化学发光分析

水样中一部分无机物对一些化学发光反应有催化或抑制作用，有一些无机物直接参加化学发光反应中，起氧化或还原作用[7]，利用这一原理，对一些特定的物质利用化学发光分析法取得了很好的分析效果。环境水样中金属离子砷、铜、银、镉、钴、硒等，以及阴离子NO2-、S2-、CN-、SO32-、SCN-、NO3-、I2等几十种无机物都可用化学发光法测定。[8]化学发光分析法对环境样品金属离子测定的参数见表1，环境样品阴离子分析测定的参数见表2。

3.2 对水环境样品中有机物的化学发光分析

测定水体中的有机物含量也可以用化学发光法。由固定甲醛氧化酶使甲酸氧化得H2O2，通过2-（3，4，6-三氯苯基）草酸酯化学发光体系测定H2O2，从而可测定天然水体中甲醛和甲酸的含量。苯酚对鲁米诺-H2O2发光反应有猝灭作用，可用于测定工业废水中的苯酚。利用腐殖酸与MnO4-间的化学发光反应可以测定天然水中的腐殖酸。此方法灵活、方便，为水中有机物的检测以及检测有机物在水中的迁移提供了参考。

表1 化学发光分析法测定环境样品中无机阳离子参数

表2 化学发光分析法测定环境样品中无机阴离子参数

3.3 化学发光法在医学中的应用

近年来，化学发光法已在医学领域得到了广泛的应用。比如用于检测人体生长激素，初步应用于儿童生长激素缺乏症的诊断。微粒子化学发光法已应用到胸腔积水良恶性肿瘤的鉴别。流动注射化学发光法因其速度快、重现性好，已在药物分析领域显示了极大的潜力和应用前景。

3.4 化学发光法在食品检测中的应用

食品安全已成为国民大计，民以食为天，食以安为先，食品安全关系到千家万户。利用化学发光法可以检测食品中的病原体及其毒素，Laberge和Soumet建立了一套检测牛奶中沙门氏菌等致病微生物的方法。FinnyP.Mathew等研究了利用化学发光法快速检测鲜活产品中大肠杆菌的方法。利用化学发光与其他技术结合可以快速检测食品中的E.coliO157∶H7致病性微生物。

4 结语

化学发光分析法是一种灵敏度较高，可以测定微量和痕量的分析法，用这种原理开发的仪器设备，具有方便操作、宽范围线性响应、灵敏度高、实现自动化测试等明显优点。利用化学发光法开发的冷光仪具有高灵敏度和重现性。

化学发光分析法作为一种新的检测手段已广泛应用到水分析、食品检验、临床医学（如测定甲状腺激素、生殖激素，作为肿瘤标记物、病毒标记物等）等领域[9]，随着对发光试剂和发光体党在长期的革命和建设时期形成的时代精神，在全面推进小康社会、加快社会主义现代化建设中，对中华民族的凝聚力、激励作用越来越突出，已深深融入民族的生命力、创造力和凝聚力之中，成为社会主义核心价值体系中不可缺少的组成部分。

5.4 立场坚定

在当前的历史条件下，由于党所处的内外环境和肩负的任务发生了很大变化，加上社会经济生活中出现的许多新情况、新问题，一些不同声音不绝于耳，使一些党员特别是党员领导干部的理想信念发生了动摇，甚至个别党员领导干部不择手段，追逐个人名利，背弃了共产主义理想信念，与党离心离德。因此，在我国处于改革发展的关键时期，共产党员要继续为国富民强奋力前行，忠于国家，热爱祖国，维护国家安全，同心同德；同一切危害国家和人民利益的言行作斗争的任务十分艰巨，要做到情为民所系，权为民所用，利为民所谋，做人民满意的公仆。

5.5 全面贯彻积极进取

在错综复杂的各种社会关系面前，广大党员特别是党的领导干部，一方面要保持清醒头脑，不为任何风险所惧，要坚持正确的价值观不动摇；另一方面要努力学习，做好知识更新，全面提升综合素质，积极承担社会责任，以积极的心态、主动的精神全身心投入到工作岗位上，从小事做起，从现在做起，一步一个脚印做好每件事，用自己的聪明才智创造一流的工作业绩，努力做到“竭尽全力往其事，尽己心力以奉公”，为社会发展贡献力量。

5.6 开拓创新

创新是一个国家持续兴旺发达的不竭动力，是党保持先进性、取得改革开放新胜利的根本保障。提高开拓创新能力首先要解放思想，要坚持用科学发展观改造主观世界，坚持用科学发展观指导实践推动工作。其次要更新观念，克服重物轻人观念，坚持以人为本；克服因循守旧观念，增强改革创新意识，敢于正视矛盾，攻坚克难，不断开拓工作新局面。

[1]王莹.建设社会主义核心价值体系巩固共同思想道德基础[N].河北日报，2011-11-09.

[2]夏海军，栗志刚.建设国家文化软实力的根本，构建社会主义核心价值体系[J]. 江淮论坛，2009（2）:83-87.

[3]杨义芹.共建共享和谐社会与社会主义核心价值体系建设[J].湖北社会科学，2007（9）:41-43.

[4]高峰.关于公民教育的马克思主义解读[J].思想政治研究，2010（12）:8-11.

[5]贾占军.网络文化建设呼唤和谐价值理念[J].新西部:下半月，2009（1）:119.

[6]黄士安，戴木才.如何科学对待资本主义核心价值观[J].学习月刊，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，河北秦皇岛人，毕业于西北农林大学环境科学与工程专业，助教，主要从事环境监测与分析的研究工作。