含钴/铁纳米颗料催化鲁米诺化学发光体系及其应用研究

摘要

化学发光方法因其仪器设备简单、不需要额外光源、灵敏度高、线性范围宽等优点，在各领域应用广泛。近年来，纳米粒子的出现使化学发光的研究应用得到进一步拓展。本论文首先进行文献综述，介绍化学发光研究历史以及对近几年来纳米粒子应用于化学发光分析中的研究状况及最新发展进行详细总结。随后介绍本论文的研究报告，涉及到含有钴/铁的纳米颗粒作为催化剂，催化鲁米诺化学发光体系的研究及其应用。主要包括以下内容：
　　 1、研究发现磁性四氧化三铁纳米颗粒(Fe3O4 MNPs)作为过氧化物模拟酶，能催化鲁米诺-过氧化氢体系的化学发光反应，结合流动注射技术，建立了纳米颗粒模拟酶参与的luminol-H2O2-Fe3O4MNPs化学发光体系。实验对各种反应条件进行优化，研究了温度和pH对Fe3O4 MNPs模拟酶的影响。在最优实验条件下，得到测定H2O2的线性范围为1.0×10-7～1.0×10-5mol/L，检测限为2.9×10-8mol/L。对于水样中可能存在的离子进行了干扰实验，并初步提出可能的机理，最后利用该体系测定雨水中H2O2浓度，结果令人满意。
　　 2、研究发现磁性钴铁氧体纳米颗粒(CoFe2O4 MNPs)能直接催化碱性鲁米诺和溶解氧体系的化学发光反应，结合流动注射技术，由此建立了luminol-O2-CoFe2O4 MNPs化学发光体系。实验研究了该体系的发光动力学特征曲线，对该体系各种影响因素进行考察，并研究了体系化学发光光谱和紫外可见光谱，提出了增敏的可能机理；对体系的应用涉及两方面：
　　 (1)实验发现一些含有-NH2、-OH的还原性有机物对该化学发光体系有不同程度的抑制作用，研究了十种不同的有机化合物对体系的抑制率和相关响应特性，其中以抑制效果最好的邻苯二酚作为对象，结合流动注射技术，建立了测定邻苯二酚的分析方法，给出了不同浓度邻苯二酚存在下的抑制发光动力学曲线以及各种实验条件的优化，在最优实验条件下，邻苯二酚浓度在5.0×10-10至1.0×10-7g/mL范围内，发光抑制强度与邻苯二酚浓度的对数值呈良好的线性关系，检测限低至6.4×10-11g/mL，对体系进行干扰实验后用于合成水样中邻苯二酚的测定，得到其回收率在84％到105％之间，结果令人满意。
　　 (2)发现在不同浓度亚硝酸钠存在下，luminol-O2-CoFe2O4 MNPs体系化学发光强度有不同程度的降低，测试了相关发光动力学曲线，基于此建立了测定亚硝酸钠的流动注射化学发光分析法。对体系中各种反应条件进行优化，在最优实验条件下，亚硝酸钠在2.0×10-7～1.0×10-3mol/L范围内，其浓度的负对数与抑制发光强度的对数呈良好的线性关系，检出限为7.9×10-8mol/L。考察了水样中各种常见干扰离子的影响，最后测定实际水样中亚硝酸盐，加标回收率在90％～103％之间，结果令人满意。
　　 3、研究发现合成的负载型催化剂Co/SiO2纳米颗粒能催化鲁米诺-过氧化氢体系的化学发光反应，对luminol-H2O2体系的化学发光强度有显著增强作用，由此开展了两方面的工作：
　　 (1)研究了加入负载型催化剂Co/SiO2后体系的发光动力学特性，化学发光光谱和紫外吸收光谱，以探究其增敏的可能机理，由此结合流动注射技术，建立了测定H2O2的分析方法。在最优实验条件下，过氧化氢浓度在3.0×10-9～5.0×10-6mol/L范围内时，体系的化学发光强度与H2O2浓度呈良好的线性关系，检测限为1.1×10-9mol/L。考察了水样中各种常见干扰离子的影响，测定雨水中过氧化氢，回收率达到89％～105％，结果令人满意。
　　 (2)实验发现多羟基化合物抗坏血酸(Vc)对luminol-H2O2-Co/SiO2化学发光体系有强烈抑制作用，由此建立了快速测定Vc的流动注射化学发光抑制法。探究了加入Vc后体系的抑制动力学特性，分析可能原因。在最优实验条件下，Vc浓度在4.0×10-9～1.0×10-7g/mL范围内，其浓度的负对数与化学发光抑制强度的负对数呈良好的线性关系，检测限为4.2×10-10g/mL。针对实际样品中存在的物质进行干扰实验，对三种医用维生素C片中的Vc实际含量进行测定，并与药典法进行比较，结果令人满意。