亞硝酸鹽的化學發光檢測的系列研究

亞硝酸鹽廣泛存在于食品和環境中，在酸性條件下能與胺類化合物形成致癌的N亞硝胺類化合物。因此，亞硝酸鹽檢測具有重要意義。目前亞硝酸鹽的分析方法主要有紫外分析，熒光分析和電化學分析等。紫外分析法涉及復雜的重氮化反應，熒光分析需要特異熒光探針，均具有一定局限性。

清華大學林金明課題組自2002年以來，致力于化學發光檢測亞硝酸鹽的分析方法研究。該方法的主要原理，可以闡述如下：亞硝酸鹽和過氧化氫在酸性條件下反應生成過氧亞硝酸。過氧亞硝酸在堿性條件下，轉化為過氧亞硝酸鹽，過氧亞硝酸鹽的分解可以產生單線態氧，當其躍遷回基態時，其能量以光輻射的形式釋放，該光信號由光電倍增管檢測。表面活性劑和熒光物質可極大增強該體系化學發光強度（Anal. Chim. Acta， 2002， 474: 107～114）。當二氧化碳存在時，過氧亞硝酸根可與其反應生成ONOOCO2－，該物質分解為 NO2#8226; 和CO3#8226;－。 CO3#8226;－質子化后形成的HCO3#8226;自由基，通過自聚合產生二氧化碳分子二聚體（CO2）2*，該激發態物質以光輻射形式釋放能量并產生CO2。 據研究發現，棉花等固相材料對該體系有較大的增敏作用（Anal. Chim. Acta， 2004， 510: 29～34）。

為了進一步提高亞硝酸根離子檢測的靈敏度和穩定性，林金明課題組通過微波加熱的方法，合成一種熒光產率高、穩定好且水溶性的碳點。通過研究發現該碳納米材料與NaNO2H2O2體系作用時，可觀察到非常強的化學發光現象，并且光強與1.0×10－7至1.0×10－5 M濃度范圍的亞硝酸鈉有呈良好的線性關系。該課題組對碳點增強NaNO2H2O2體系的化學發光機理進行深入研究，并根據該發光現象建立了一種高靈敏，操作簡便且干擾小的化學發光流動注射分析方法，用于測定牛奶和水樣中亞硝酸鈉（Anal. Chem.， DOI: 10.1021/ac202039h）。

通過化學發光光譜可知該體系的最大發光波長為520 nm， 該位置與熒光碳點的熒光發射峰接近，由此確定該體系的發光體為熒光碳點。電子自旋共振技術可觀察2，2，6，6四甲基4哌啶（TEMP）與單線態氧作用而形成的特征信號。利用該技術觀察碳點加入NaNO2H2O2化學發光體系后單線態氧量的變化。研究發現，碳點的加入并沒有增強單線態氧的信號，由此可知，化學發光信號的增強并非由單線態氧引起的。通過電子自旋共振技術對反應后的碳點進行觀察，發現其g值發生明顯的偏移。該結果表明，碳點在化學發光反應之后，其結構發生明顯變化。抗壞血酸，硫脲等對碳點 NaNO2H2O2發光體系的發光強度有明顯抑制作用，這表明自由基，尤其是羥基自由基，對體系的發光具有重大貢獻。上述研究不僅對NaNO2H2O2體系的化學發光機理有了更為明朗化的認識，而且也對碳點發光的光學機理有了深入的了解。碳點增強NaNO2H2O2的化學發光的機理，可以歸結為NaNO2H2O2體系中的自由基對碳點的作用。超氧陰離子自由基可作為電子供體，往碳點注入電子，使其形成CDs－； 過氧亞硝酸和羥基自由基等作為電子受體，往碳點內注入空穴使其形成CDs＋。CDs－與CDs＋的電子空穴復合過程，產生激發態的CDs*。當CDs*返回基態時，便以光輻射的形式釋放能量。