化学发光分析法在环境监测中的应用

刘世磊

（遵义市环境保护监测中心站 贵州遵义 563000）

随着环境科学的形成和不断发展，出现了一种新的环境监测技术，化学发光分析法是普遍的一类分析方法主要应用在现代测试技术在环境监测中。根据化学反应产生的辐射光的强度或者辐射总量，利用化学发光分析法便可确定其相应的组分含量。化学发光分析法是大气环境监测中一种独立的分析技术,能够有效的分析微量和痕量,并且在我国,经过多年在化学发光分析法方面的深入研究。由此证明,此技术在现行的环境科学研究中,已经成为空气污染物研究、大气环境监测等多方面的重要技术。

1 化学发光分析的原理

原理：化学发光分析法是分子发光光谱分析法中的一类，它的主要原理是利用仪器对化学检测体系中待测物浓度与体系的化学发光强度在一定条件下发光强度的检测，通过呈线性定量关系而确定待测物含量的一种痕量分析方法。体系产生发光(光辐射)所吸收的能量来源不同是导致化学发光与其它发光分析的本质区别。体系产生化学发光，必须具有一个产生可检信号的光辐射反应和一个可一次提供导致发光现象足够能量的单独反应步骤的化学反应。化学发光反应速度决定于反应分子的浓度，而化学发光的光强度与决定于化学发光反应的反应速度，这是分析法的定量基础，通过测定化学发光的光强，间接求出待测物浓度。

化学发光是某种物质分子吸收化学能而产生的光辐射，包括化学激发和发光两个关键步骤，任何一个化学发光反应都包括。

反应物A+反应物B→激发态产物+其它产物

激发态产物→基态产物+光子

所以，一个化学反应必须满足三个最基本条件，才能成为化学发光反应，这三个条件分别是：（1）足够的能量才能引起化学反应，一般能量需要170～300KJ／mol。（2）在反应的同时要产生电子激发态需将化学元素必须能被某种物质分子吸收，还要有丰裕的荧光量子产率。截止到现在，产生的大多为氧化还原反应，且为液相化学发光反应。（3）在反应条件下处于激发态的原子或者分子，能释放出光子或者能够转移它的能量给另一个分子，而使此分子激发，然后以辐射光子的形式回到基态。

2 化学发光分析的特点及其局限性

化学发光是化学反应中释放的化学能致使系统中基态分子跃迁至激发态，再由激发态返回基态时所产生的光辐射。有灵敏度高、线性范围宽、设备简单、选择性好等特点

同时具有一定的局限性：发光在瞬间完成，发光强度峰值衰减时间短，光背景高，造成检测结果稳定性和重现性差。另外由于能够生成激发态产物的化学反应比较少，因而化学发光法的适用范围是有限的。

3 化学发光分析法常用发光体系

3.1 光泽精化学发光反应体系

光泽精是一种使用较早的优良发光试剂，光泽精以硝酸盐的形式存在，在碱性介质中，过氧化氢将其氧化成四元环过氧化物中间体，而后裂解生成激发态的吡啶酮而发光。在环境监测中常用Co(II)、Pb(II)、V(II)、Ti(III)、W(III)等离子作为催化剂来应用于测定这些离子。

3.2 鲁米诺化学发光体系

鲁米诺是最早使用的最广泛的化学发光试剂之一，鲁米诺在发生化学发光反应需要在碱性条件下进行，如可被一些氧化剂氧化，辐射出最大发射波长为425nm的化学发光。一般所采用的氧化剂是过氧化氢。鲁米诺化学发光体系早已在大气环境监测中成功地测定了空气中SO2、CO、O3、H2S和NOX等有毒气体浓度。此外，在通常情况下没有催化剂存在时鲁米诺与过氧化氢的化学发光反应速度相当缓慢，反之反应非常迅速。而最常用催化剂是金属离子，在很大浓度范围内，金属离子浓度越大其发光强度越强，从而可进行某些金属离子的化学发光分析，利用这一反应可以分析那些含有金属离子的有机化合物，达到很高的灵敏度。

4 化学发光分析法在环境监测中的应用

4.1 臭氧的化学发光反应

臭氧可与40余种有机化合物产生化学发光反应，其中以与罗丹明B的反应最为灵敏，可用于测定大气中的微量臭氧。

臭氧与罗丹明B-没食子酸的乙醇溶液产生化学发光反应的过程可表示如下（A*是没食子酸与O3反应所产生的受激中间体，B是最终的氧化产物）

4.2 氮氧化物的化学发光反应

一氧化氮与臭氧气相化学发光反应有较高的化学发光效率，其反应机理如下：

灵敏度可达1ppb,测定范围0.0110000ppm。

测定空气中的NO2时，可先将NO2还原为NO，测得NO的总量后，从总量中减去原试样中的NO的含量，即为NO2的含量。同时，基于该原理可以利用化学发光法检测大气中的臭氧含量。

4.3 液相化学发光

在痕量分析中液相化学发光反应是十分重要的。化学发光分析的常用发光物质有光泽精、鲁米诺、洛粉碱、过氧苯酸盐、没食子酸、硅氧烯和芳香族游离基离子等。

4 结语

化学发光法环境监测分析中的应用研究已在日益发展，随着自动化程度高，灵敏性、选择性好的化学发光仪器的不断发展，商品化监测仪器的研制和推出，化学发光分析法在环境监测中的应用一定会迅速普及和推广。

[1]李晓燕,何治柯,等.化学发光分析法在环境分析中的应用.分析科学学报，1999(3).

[2]李光浩.光泽精化学发光体系的研究与应用.光谱实验室,2002(6).

[3]郑集声.化学发光分析法在环境监测中的应用.光谱仪器与分析,2003(2).

[4]常晋娜,徐伯兴.化学发光分析法在环境监测中的应用.上海化工,2005(3).