酚类物质在鲁米诺-硝酸银-纳米金体系中化学发光行为研究

毛丽惠， 李晓严， 李保新

(1. 河南省信阳学院 理工学院， 河南 信阳 464000； 2. 陕西师范大学 化学化工学院， 陕西 西安 710062)

酚类物质在鲁米诺-硝酸银-纳米金体系中化学发光行为研究

毛丽惠1， 李晓严1， 李保新2

(1. 河南省信阳学院 理工学院， 河南 信阳 464000； 2. 陕西师范大学 化学化工学院， 陕西 西安 710062)

鲁米诺-硝酸银-纳米金体系有很强的化学发光现象。当向该体系中加入酚类物质，化学发光信号有不同程度的变化。研究发现，酚类物质的—OH可以与纳米金产生相互作用，相互作用的大小与酚类物质所含的—OH数目、位置有关。结合流动注射化学发光法对对苯二酚、邻苯二酚、邻苯三酚进行了测定，检出限分别为4.0×10-11，8.0×10-10，2.6×10-9g/mL。用加标回收法测定了自来水中的邻苯二酚，回收率在97.5%～105%，相对标准偏差在1.4%～2.5%，结果满意。初步讨论了酚类物质对此体系化学发光强度影响的机理，建立了测定多酚类物质的化学发光分析新方法。

酚类物质； 化学发光； 纳米金

1 引 言

近年来，纳米材料因特殊的性质以及在微电子、光学、磁性催化材料、催化剂等方面的应用潜力而受到广泛关注。化学发光作为一种化学反应诱导的光发射现象，具有灵敏度高、检出限低、仪器简单等特点，在生物工程、食品分析、环境监测、药物分析等多领域有重要应用。随着纳米技术的迅猛发展，化学发光分析方法与纳米材料的结合优化了化学发光的分析特性并大大拓宽了其应用范围。纳米金具有制备简单、催化活性高、生物兼容性好等优点，成为催化化学发光反应的常用纳米材料[1-3]。

酚类物质是广泛应用的化工原料，也是高毒有机物，可与细胞原浆中的蛋白质发生化学反应，低浓度时使细胞变性，高浓度时使蛋白质凝固。酚类化合物可经皮肤黏膜、呼吸道及消化道进入体内，对人体造成很大危害[4-5]。酚类化合物对环境危害严重并影响人类健康，对酚类物质的检测有很重要的实际意义。目前，测定酚类物质的方法电化学分析法[6-9]、荧光分析法[10]、分光光度法[11-12]等。鲁米诺-硝酸银是常见的化学发光体系之一。在通常情况下，硝酸银和鲁米诺之间观察不到化学发光。崔华等[13]发现，纳米金能够作为晶种诱导鲁米诺还原硝酸银形成金银核壳的复合纳米粒子，并且伴随着强的化学发光。当向该体系中加入酚类物质时，化学发光信号会发生不同程度的变化。据此，我们建立了一种鲁米诺-硝酸银-纳米金体系检测酚类物质的新方法。

2 实 验

2.1 仪器与试剂

IFFM-D型流动注射化学发光仪(西安瑞迈电子科技有限公司)。TU-1901双光束紫外-可见分光光度计(北京普析通用仪器有限公司)。PHS-3D型酸度计(上海精密科学仪器有限公司)。F-4600荧光分光光度计(日本Hitach公司)。

鲁米诺(1.0×10-2mol/L)：称取鲁米诺0. 442 5 g，用0.10 mol/L氢氧化钠溶液溶解并定容于250 mL容量瓶中，避光放置一周后使用，使用时逐级稀释。硝酸银(1.0×10-2mol/L)：称取0.169 9 g硝酸银，溶解后，定容于100 mL棕色容量瓶中。酚类物质标准溶液(1.00×10-3g/mL)：分别称取0.050 0 g苯酚、邻苯二酚、对苯二酚、间苯二酚、间苯三酚、邻苯三酚，用水溶解后，定容于50 mL容量瓶。其他试剂还有氯金酸(国药集团化学试剂有限公司)、柠檬酸三钠(天津市化学试剂三厂)和硼氢化钠(上海瑞郎精细化学品有限公司)。所用试剂均为分析纯，水为二次水。

2.2 纳米金的制备

玻璃器皿用新配制的王水浸泡24 h，用二次水洗净干燥。16，25，38，68 nm的金溶胶根据文献[14]用柠檬酸钠还原法制备。2.6，6.0 nm的金溶胶用硼氢化钠还原法制备。2.6 nm金的制备：在室温下，取100 mL 0.01%的HAuCl4溶液，在快速搅拌下加入1.0 mL 1%的柠檬酸钠，然后再加入1.0 mL 0.075% NaBH4-1%Na3C6O7。继续搅拌30 min，然后在4 ℃冰箱中保存。6.0 nm金溶胶的制备方法法与2.6 nm金溶胶的制备方法相似。

流动注射化学发光流程如图1所示。用蠕动泵将鲁米诺溶液、硝酸银溶液、纳米金溶液、载流和酚类物质溶液通过管路输入分析系统。在实验过程中，记录空白信号I0，样品信号Is。

图1 化学发光流程图

3 结果与讨论

3.1 化学发光反应的动力学研究

用IFFS-D型多功能化学发光检测器的静态测量系统，研究鲁米诺-硝酸银-纳米金-酚类物质的化学发光强度-时间曲线，如图2所示。由图可知，在纳米金诱导下，鲁米诺和硝酸银之间是一个快速的化学发光反应。

图2 化学发光动力学曲线

3.2 实验条件的优化

在载流水携带下，将纳米金和待测物质的混合溶液经由进样阀注入鲁米诺和硝酸银的混合溶液中，可以获得很强的发光信号。我们考察了1.3，1.6，1.9，2.2，2.5 mL/min 5种流速对化学发光强度的影响，综合考虑信噪比、试剂的消耗以及精密度等因素，最终选用流速为2.0 mL/min。

我们考察了鲁米诺浓度在1.0×10-6～1.0×10-4mol/L范围内对化学发光强度的影响。结果表明，当鲁米诺浓度为5.0×10-5mol/L时，体系的信噪比最大(图3)。所以在本实验中，鲁米诺的浓度定为5.0×10-5mol/L。

图3 鲁米诺浓度对化学发光强度的影响

溶液的pH值对该体系化学发光强度有很大的影响。我们比较了NaH2PO4-NaOH、NaHCO3-NaOH、NaOH缓冲体系pH在9.5～13.3范围内对化学发光强度的影响。结果表明，pH=13.0时，信噪比最大(图4)。所以，实验中选用0.10 mol/L NaOH作为反应介质。我们考察了硝酸银的浓度在1.0×10-6～4.0×10-5mol/L范围内对化学发光强度的影响。根据图5所示结果，本实验中硝酸银的浓度为2.0×10-5mol/L。当用流动注射系统把不同粒径的纳米金注入到鲁米诺和硝酸银的混合溶液中时，能够观察到明显的发光现象；而没有纳米金时，鲁米诺和硝酸银之间没有明显的发光现象，如图6所示。2.6，6.0，16，25，38，68 nm的纳米金都能够诱导鲁米诺和硝酸银产生化学发光，并且发光强度随粒径的减小而增大。实验中，我们选用2.6 nm的纳米金。实验中制备的纳米金溶液的浓度为3.0×10-4mol/L。使用时将此溶液逐级稀释。纳米金的浓度越大，体系的发光越强。考虑到试剂的消耗，实验中选用纳米金的浓度为6.0×10-7mol/L。

图4 pH值对化学发光强度的影响

图5 硝酸银浓度对化学发光强度的影响

图6 纳米金的粒径对化学发光强度的影响

Fig.6 Effect of gold nanoparticle size on CL intensity on CL intensity

3.3 化学发光反应机理

用F-4600荧光光度计绘制鲁米诺-硝酸银-纳米金和鲁米诺-硝酸银-纳米金-邻苯二酚的化学发光谱，见图7。化学发光光谱最大波长为425 nm，与鲁米诺最大荧光波长相符，该反应的发光体是激发态的氨基邻苯二甲酸盐离子。

图7 化学发光谱图

Ghosh和Sarathy[16-17]已经报道了一些含羟基的化合物能够与纳米金产生微弱的反应。用TU-1901紫外分光光度计分别绘制了1.0×10-7g/mL的苯酚、邻苯二酚、对苯二酚、间苯二酚、间苯三酚、邻苯三酚与纳米金混合后的紫外光谱图。结果如图8所示。从上到下，依次为纳米金、纳米金-苯酚、纳米金-间苯二酚、纳米金-间苯三酚、纳米金-对苯二酚、纳米金-邻苯三酚、纳米金-邻苯二酚。2.6 nm的金溶胶在520 nm处有一紫外吸收峰。当上述几种物质的溶液加到纳米金溶液中时，纳米金在520 nm处的吸收峰发生了变化。

根据图8分析得知，酚类物质的—OH可以与纳米金产生相互作用，相互作用的大小与酚类物质所含的—OH数目、位置有关。当苯环只有一个—OH时，与纳米金结合能力不强；当对位和邻位有—OH时，—OH较易与纳米金产生相互作用；而当—OH在间位时，由于空间位阻的因素，间位羟基与纳米金的作用没有邻位—OH的作用大。在选定的实验条件下，我们考察了1.0×10-7g/mL酚类物质对鲁米诺-硝酸银-纳米金系化学发光强度的影响。苯酚对该体系的化学发光无明显影响，邻苯二酚、对苯二酚能够强烈抑制该体系的化学发光，间苯二酚、间苯三酚对该体系的化学发光无明显影响，而邻苯三酚对该体系有显著增敏的作用。

图8 紫外-可见吸收光谱图

邻苯二酚中两个邻位—OH由于协同效应，可以与纳米金发生强的互相作用结合到颗粒表面，影响鲁米诺与纳米金的相互作用，从而降低该体系的化学发光强度。间苯二酚中的2个羟基不具备这种机制，与纳米金发生的相互作用很弱，因而间苯二酚、间苯三酚对此体系几乎不产生影响。而邻苯三酚对该体系有显著增敏的作用，可能是因为邻苯三酚可发生自氧化，产生超氧阴离子自由基[18]，超氧阴离子自由基与鲁米诺阴离子反应产生过氧化物中间体，过氧化物中间体分解产生化学发光。

3.4 分析参数

在选定的实验条件下，我们分别测定了邻苯二酚、对苯二酚、邻苯三酚的校准曲线并测定了检出限，相应的参数列于表1。

3.5 干扰实验

在选定的实验条件下，对2.0×10-9g/mL的邻苯二酚进行了干扰实验。结果表明，在保持相对误差在±5%范围内时，100倍的Ca2+、Mg2+不干扰测定。其他常见金属离子如Fe3+、Ni2+、Cu2+、Al3+等会对测定产生影响，但是加入EDTA之后可以掩蔽。

3.6 样品分析

用本实验的方法测定自来水中的邻苯二酚。

表1 分析特性

表2 样品分析结果

我们用自来水做空白，进行了回收实验，结果列于表2。t检验结果表明，在95%的置信水平上，回收率与100%无显著性差异。

4 结 论

酚类物质会对鲁米诺-硝酸银-纳米金化学发光现象造成不同程度的影响。研究发现，当酚类物质中所含—OH的数目、位置不同时，对此体系化学发光强度的影响不同：苯酚对该体系的化学发光无明显影响，邻苯二酚、对苯二酚能够强烈抑制该体系的化学发光，间苯二酚、间苯三酚对该体系的化学发光无明显影响，而邻苯三酚对该体系有显著增敏的作用。根据此现象，建立了测定酚类物质的化学发光分析新方法。

[1] HUANG X, REN J. Nanomaterial-based chemiluminescence resonance energy transfer: a strategy to develop new analytical methods [J].Trac.TrendsAnal.Chem., 2012, 40:77-89.

[2] LIN J M, LIU M L. Chemiluminescence from the decomposition of peroxymonocarbonate catalyzed by gold nanoparticles [J].J.Phys.Chem. B, 2008, 112:7850-7855.

[3] LI Q, ZHANG L, LI J,etal.. Nanomaterial-amplified chemiluminescenc systems and their appellations in bioassays [J].Trac.TrendsAnal.Chem., 2011, 30:401-403.

[4] 周艳玲. 酚类化合物检测方法研究进展 [J]. 环境检测管理与技术，2011, 23(s1):70-77. ZHOU Y L. Progress in research on detection of phenolic compounds [J].Admin.Tech.Environ.Monitor., 2011, 23(s1)：70-77. (in Chinese)

[5] ZHAO D M, ZHANG X H, FENG L J,etal.. Simultaneous determination of hydroquinone and catechol at PASA/MWNTs composite film modified glassy carbon electrode [J].ColloidsSurf. B, 2009, 74:317-321.

[6] 马振华，王会才，姚晓霞，等. 氟化石墨修饰玻碳电极同时测定邻苯二酚和对苯二酚 [J]. 分析化学， 2015， 43(12)：1906-1912. MA ZH H, WANG H C, YAO X X,etal.. Simultaneous determination of catechol and hydroquinone based on fluorinated graphite modified glassy carbon electrode [J].Chin.J.Anal.Chem., 2015, 43(12):1906-1912. (in Chinese)

[7] 许春萱，丁婷婷，杨媛媛，等. 聚L-半胱氨酸/乙炔黑修饰玻碳电极测定水样中对苯二酚 [J]. 冶金分析， 2016， 36(9)：19-24. XE CH X, DING T T, YANG Y Y,etal.. Determination of hydroquinone in water with poly (L-cysteine) /acetylene black modified glassy carbon electrode [J].Metal.Anal., 2016, 36(9):19-24. (in Chinese)

[8] 刘小花，白海鑫，王瑾. 单壁碳纳米管-氧化石墨烯复合修饰电极测定邻苯二酚 [J]. 化学研究， 2015, 26(6):629-632. LIU X H, BAI H X, WANG J. The determination of catechol at single walled carbon nanotube-graphene oxide modified electrode [J].Chem.Res., 2015, 26(6):629-632. (in Chinese)

[9] 王春燕，由天艳，田坚. 聚谷氨酸修饰电极同时测定对苯二酚和邻苯二酚 [J]. 分析化学， 2011， 39(4):528-533. WANG CH Y, YOU T Y, TIAN J. Simultaneous determination of hydroquinone andcatechol with poly(glutamic acid) modified electrode [J].Chin.J.Anal.Chem., 2011, 39(4):528-533. (in Chinese)

[10] 薛永林，任守信，高玲. 荧光光度法同时测定邻苯二酚、间苯二酚与对苯二酚 [J]. 分析测试学报， 2010， 29(12)：1147-1152. XUE Y L, REN S X, GAO L. Simultaneous fluorespectrophotometric determination of catechol, resorcinol and hydroquinone by chemometric method [J].J.Instrum.Anal., 2010, 29(12):1147-1152. (in Chinese)

[11] 占达东，叶燕. 分光光度法检测废水中的间苯二酚 [J]. 光谱实验室， 2004, 21(6):1208-1210. ZHAN D D, YE Y. Determination of resorcinol in waste water by spectrophotometry [J].Chin.J.Spectrosc.Lab., 2004, 21(6):1208-1210. (in Chinese)

[12] 翟虎，陈小全，邵辉莹. 多元校正-紫外分光光度法同时测定苯酚和间苯二酚 [J]. 光谱实验室， 2008, 25(3):440-443. ZHAI H, CHEN X Q, SHAO H Y. Simultaneous determination for phenol and resorcinol by multivariatecal ibration-UV spectrophotometry [J].Chin.J.Spectrosc.Lab., 2008, 25(3):440-443. (in Chinese)

[13] CUI H, GUO J Z, LI N,etal.. Gold nanoparticle triggered chemiluminescence between luminol and AgNO3[J].J.Phys.Chem. C, 2008, 112(30):11319-11323.

[14] ZHANG F, CUI H, SHI M J. Chemiluminescence accompanied by the reaction of gold nanoparticles with potassium permanganate [J].Phys.Chem.Chem.Phys., 2006, 8:1017-1021.

[15] GUO J Z, CUI H. Lucigenin chemiluminescence induced by nobel metal nanoparticles in the presence of adsorbates [J].J.Phys.Chem. C, 2007, 111(33):12254-12259.

[16] GHOSH K, NATH S, KUNDU S,etal.. Solvent and ligand effect on the localized surface plasmon resonance (LSPR) of gold colloids [J].J.Phys.Chem. B, 2004, 108(37):13963-13971.

[17] SARATHY V, KULLKARNI G U, RAO C N R. A novel method of preparing thiol-derivatised nanoparticles of gold, platinum, and silver forming superstructures [J].J.Chem.Soc.Chem.Commun., 1997, 6:5371.

[18] 王炳娟, 李玲霞, 邹洪. 邻苯三酚自氧化法测定SOD活性的电化学研究 [J]. 现代仪器与医疗, 2008, 2:29-30. WANG B J, LI L X, ZOU H. Determination the activity of superoxide dismutase enzyme by electrochemical method based on the reaction of pyrogallol autoxidation [J].Moderninstrum.Med.Treat., 2008, 2:29-30. (in Chinese)

毛丽惠(1983-)，女，河南濮阳人, 硕士，讲师，2009年于陕西师范大学获得硕士学位，主要从事贵金属纳米材料参与的化学发光方面的研究。

E-mail: cmm2009@126.com

Effect of Polyphenol Compounds on Luminol-AgNO3-gold Nanoparticles Chemical Luminescence System

MAO Li-hui1*, LI Xiao-yan1, LI Bao-xin2

(1.InstituteofTechnology,HenanXinyangUniversity,Xinyang464000,China; 2.ShaanxiNormalUniversity,Xi’an710062,China)

Luminol-AgNO3-gold nanoparticles system has a strong chemical luminescence(CL) phenomena. When polyphenol compounds are added in the system, the cheminescence signals have different degrees of change. —OH in the phenolics can interact with the nanometer gold, and the interaction is related to the number and location of —OH in the phenolic compounds. Combined with the flow injection chemiluminescence method, hydeoquinone, catechol and phthalate were determined. The detection limits are 4.0×10-11, 8.0×10-10, 2.6×10-9g/mL, respectively. The method was successfully used to determine catechol in water. The recovery is 97.5%-105%, and the relative standard derivations (RSD) is 1.4%-2.5%. The possible mechanism of the CL reaction was discussed, and the CL method for determination of the polyphenol compounds was proposed.

polyphenol compounds; chemiluminescence; gold nanoparticls

1000-7032(2017)06-0814-06

2016-11-24；

2017-03-15

河南省教育厅高等学校重点科研项目(17B150010,15B150015)资助 Supported by Key Scientific Research Projects for High Educational Institutions of Henan Department of Education(17B150010, 15B150015)

O657.3

A

10.3788/fgxb20173806.0814

*CorrespondingAuthor,E-mail:cmm2009@126.com