化學發光分析法在環境監測中的應用

劉世磊

（遵義市環境保護監測中心站 貴州遵義 563000）

隨著環境科學的形成和不斷發展，出現了一種新的環境監測技術，化學發光分析法是普遍的一類分析方法主要應用在現代測試技術在環境監測中。根據化學反應產生的輻射光的強度或者輻射總量，利用化學發光分析法便可確定其相應的組分含量。化學發光分析法是大氣環境監測中一種獨立的分析技術,能夠有效的分析微量和痕量,并且在我國,經過多年在化學發光分析法方面的深入研究。由此證明,此技術在現行的環境科學研究中,已經成為空氣污染物研究、大氣環境監測等多方面的重要技術。

1 化學發光分析的原理

原理：化學發光分析法是分子發光光譜分析法中的一類，它的主要原理是利用儀器對化學檢測體系中待測物濃度與體系的化學發光強度在一定條件下發光強度的檢測，通過呈線性定量關系而確定待測物含量的一種痕量分析方法。體系產生發光(光輻射)所吸收的能量來源不同是導致化學發光與其它發光分析的本質區別。體系產生化學發光，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。化學發光反應速度決定于反應分子的濃度，而化學發光的光強度與決定于化學發光反應的反應速度，這是分析法的定量基礎，通過測定化學發光的光強，間接求出待測物濃度。

化學發光是某種物質分子吸收化學能而產生的光輻射，包括化學激發和發光兩個關鍵步驟，任何一個化學發光反應都包括。

反應物A+反應物B→激發態產物+其它產物

激發態產物→基態產物+光子

所以，一個化學反應必須滿足三個最基本條件，才能成為化學發光反應，這三個條件分別是：（1）足夠的能量才能引起化學反應，一般能量需要170～300KJ／mol。（2）在反應的同時要產生電子激發態需將化學元素必須能被某種物質分子吸收，還要有豐裕的熒光量子產率。截止到現在，產生的大多為氧化還原反應，且為液相化學發光反應。（3）在反應條件下處于激發態的原子或者分子，能釋放出光子或者能夠轉移它的能量給另一個分子，而使此分子激發，然后以輻射光子的形式回到基態。

2 化學發光分析的特點及其局限性

化學發光是化學反應中釋放的化學能致使系統中基態分子躍遷至激發態，再由激發態返回基態時所產生的光輻射。有靈敏度高、線性范圍寬、設備簡單、選擇性好等特點

同時具有一定的局限性：發光在瞬間完成，發光強度峰值衰減時間短，光背景高，造成檢測結果穩定性和重現性差。另外由于能夠生成激發態產物的化學反應比較少，因而化學發光法的適用范圍是有限的。

3 化學發光分析法常用發光體系

3.1 光澤精化學發光反應體系

光澤精是一種使用較早的優良發光試劑，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，而后裂解生成激發態的吡啶酮而發光。在環境監測中常用Co(II)、Pb(II)、V(II)、Ti(III)、W(III)等離子作為催化劑來應用于測定這些離子。

3.2 魯米諾化學發光體系

魯米諾是最早使用的最廣泛的化學發光試劑之一，魯米諾在發生化學發光反應需要在堿性條件下進行，如可被一些氧化劑氧化，輻射出最大發射波長為425nm的化學發光。一般所采用的氧化劑是過氧化氫。魯米諾化學發光體系早已在大氣環境監測中成功地測定了空氣中SO2、CO、O3、H2S和NOX等有毒氣體濃度。此外，在通常情況下沒有催化劑存在時魯米諾與過氧化氫的化學發光反應速度相當緩慢，反之反應非常迅速。而最常用催化劑是金屬離子，在很大濃度范圍內，金屬離子濃度越大其發光強度越強，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。

4 化學發光分析法在環境監測中的應用

4.1 臭氧的化學發光反應

臭氧可與40余種有機化合物產生化學發光反應，其中以與羅丹明B的反應最為靈敏，可用于測定大氣中的微量臭氧。

臭氧與羅丹明B-沒食子酸的乙醇溶液產生化學發光反應的過程可表示如下（A*是沒食子酸與O3反應所產生的受激中間體，B是最終的氧化產物）

4.2 氮氧化物的化學發光反應

一氧化氮與臭氧氣相化學發光反應有較高的化學發光效率，其反應機理如下：

靈敏度可達1ppb,測定范圍0.0110000ppm。

測定空氣中的NO2時，可先將NO2還原為NO，測得NO的總量后，從總量中減去原試樣中的NO的含量，即為NO2的含量。同時，基于該原理可以利用化學發光法檢測大氣中的臭氧含量。

4.3 液相化學發光

在痕量分析中液相化學發光反應是十分重要的。化學發光分析的常用發光物質有光澤精、魯米諾、洛粉堿、過氧苯酸鹽、沒食子酸、硅氧烯和芳香族游離基離子等。

4 結語

化學發光法環境監測分析中的應用研究已在日益發展，隨著自動化程度高，靈敏性、選擇性好的化學發光儀器的不斷發展，商品化監測儀器的研制和推出，化學發光分析法在環境監測中的應用一定會迅速普及和推廣。

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[3]鄭集聲.化學發光分析法在環境監測中的應用.光譜儀器與分析,2003(2).

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