用镁铝碳酸根水滑石催化鲁米诺-过氧化氢化学发光的分析方法

摘要

本发明提供了一种用镁铝碳酸根水滑石催化鲁米诺-过氧化氢化学发光的分析方法，鲁米诺-过氧化氢化学发光分析方法，是通过BPCL型超微弱化学发光分析仪自动完成，其中有三个储液瓶分别装有待测溶液、测试用发光溶液及超纯水，增敏催化剂溶液注射口，流通池，光电倍增管和BPCL测试仪，本发明的特征在于采用镁铝碳酸根水滑石作为增敏催化剂，镁铝碳酸根水滑石与碳酸根催化剂催化鲁米诺-过氧化氢化学发光体系相比，其催化鲁米诺-过氧化氢化学发光效果显著增强，并且镁铝碳酸根水滑石具有成本低，易于合成，绿色环保等优点，在环境及生物分析等具有广阔的应用前景。

说明书

所属领域：

本发明涉及镁铝碳酸根水滑石的应用，具体涉及将镁铝碳酸根水滑石用于化学发光分析 技术。

背景技术：

化学发光(Chemiluminescence，CL)是指吸收了化学反应能的分子由激发态回到基态时所 产生的光辐射现象，研究与其相关的动力学、热力学和光发射性质等物理化学过程具有重要 的理论和应用价值。化学发光分析法是依据某一时刻化学发光强度或化学发光总量来确定反 应中相应组分含量的一种微量和痕量分析方法，具有高灵敏度、线性范围宽、设备简单、操 作简便、易于实现自动化和分析快速等特点。

在众多的化学发光试剂中，鲁米诺(3-氨基邻苯二甲酰肼)因其具有较高的发光量子产 率，易合成且具有较好的水溶性，可与多种氧化剂发生化学发光反应，已成为应用最为广泛 的化学发光试剂之一，广泛应用于包括免疫诊断和非免疫分析的各个领域。鲁米诺化学发光 分析法也成为研究最深入、应用最广泛的一类化学发光反应体系。

鲁米诺-过氧化氢化学发光反应是应用最为广泛的鲁米诺发光体系。在碱性条件下鲁米诺 可被许多氧化剂(如：H₂O₂、K₃Fe(CN)₆、NaClO、KIO₄、KMnO₄、活性氧等)氧化而发出 波长为425nm的蓝光。但鲁米诺氧化发光的反应速度较慢，人们常向体系中加入某些酶类或 者无机催化剂，如辣根过氧化酶(HRP)[Robert，W.Charles，C.Alistair，H.Anal.Chem.2003，75， 4244-4249]、微过氧化物酶、黄嘌呤氧化酶、过氧化氢酶等酶类；细胞色素C[Yukio，N.Heather， M.J.Hisamitsu，O.Tsukasa，K.J.David，L.Biochem.2010，49，2433-2442]、血红蛋白、触珠蛋 白等金属蛋白类；臭氧分子、卤素、过硫酸盐[Catherine de，V.Alain，D.Virginie，R.Francesca， Z.Francis-André，W.Biochem.2004，43，3956-3968]以及Fe3+[Tomás，P-R.Carmen，M-L. Virginia，T.Jesús，M.Analyst 1999，124，1517-1521]、Cu²⁺、Co²⁺及其它们的配合物等无机类催 化剂。这些氧化剂、催化剂的浓度呈线性关系，由此可对这些物质进行测定。

但由于现有的催化剂存在如下缺点：酶类的辣根过氧化物酶，葡萄糖氧化酶等酶类价格 大都在1g上百元或上千元以上，并且使用这些催化剂的前处理过程较为复杂繁琐。重金属 如Cu²⁺，Co²⁺等会对环境或生态系统造成危害，并且在同一条件下，许多金属离子可以催化或 抑制同一体系的化学发光反应，从而给选择性地测定某一离子带来了困难；表面活性剂SDS， SDBS，CTAB也存在污染，当水体浓度为4～10g/mL时，就会对水体产生污染。因此发展环 境友好型、价格低廉的鲁米诺-过氧化氢化学发光的催化剂是本研究的目的。

发明内容

本发明的目的是将镁铝碳酸根水滑石用于催化鲁米诺-过氧化氢化学发光的分析方法中。 该催化剂是一种易于制备，低成本，绿色环保的的催化剂。

鲁米诺-过氧化氢化学发光分析方法，是通过BPCL型超微弱化学发光分析仪自动完成， 其中有三个储液瓶分别装有待测溶液、测试用发光溶液及超纯水，增敏催化剂溶液注射口， 流通池，光电倍增管和BPCL测试仪，其特征在于，所用的增敏催化剂是镁铝碳酸根水滑石。 较好的是镁/铝摩尔比为3∶1的镁铝碳酸根水滑石。

鲁米诺-过氧化氢化学发光分析方法具体步骤如下：将待测溶液、测试用发光溶液及超纯 水装入相应的储液瓶，先开启超纯水瓶所连的蠕动泵，将超纯水按1mL/min的流速注入链接 管，冲洗管道30min，BPCL运行电压为-900V，保证BPCL型超微弱化学发光分析仪的稳定 运行；

调节测试用发光溶液及超纯水瓶所连的蠕动泵，使3个瓶中的溶液都以2mL/min的流 速注入流通管，稳定后将镁铝碳酸根水滑石溶液注入系统，由超纯水载入并与测试用发光溶 液混合，再与待测过氧化氢溶液混合后进入流通池，三者反应，产生发光，由BPCL采集数 据，记录，并分析数据，得到测试结果。

所述的待测溶液是用过氧化氢采用加标法标定后的待测溶液；所述的测试用发光溶液是 浓度为2×10^-4M鲁米诺与2×10^-3M氢氧化钠混合溶液；镁铝碳酸根水滑石溶液是浓度为 0.01～0.015g/mL的溶液。

镁铝碳酸根水滑石增敏鲁米诺-过氧化氢化学发光体系主要与水滑石层状结构及其插层 的阴离子有关。水滑石的层板带有大量的正电荷，它在溶液中能吸附在碱性条件下形成的鲁 米诺阴离子和HO₂^-阴离子，使镁铝碳酸根水滑石层板的阴离子浓度增大，增加了镁铝碳酸根 水滑石与阴离子的碰撞机会。同时，CO₃^2-水解生成HCO₃^-并且在碱性条件下生成的HO₂^-生成 HCO₄^-，HCO₄^-分解产生·CO₃^-，·CO₃^-与鲁米诺阴离子反应发光，故其发光信号增大。

本发明的有益效果是：其首次将镁铝碳酸根水滑石催化剂作化学发光催化剂用于鲁米诺- 过氧化氢化学发光体系分析，具有高的检测灵敏度。该分析方法可广泛用于化学、生化、免 疫及生物分析中。镁铝碳酸根水滑石催化剂还具有易于制备，成本低，绿色环保等特点。

附图说明

图1鲁米诺-过氧化氢化学发光反应装置图。

1：待测过氧化氢溶液瓶；2：鲁米诺溶液瓶；3：超纯水瓶；4：蠕动泵；5：六通阀；6：注 射器；7：三通；8：流通池；9：废液瓶；10：光电倍增管。

图2Mg-Al-CO₃LDHs的XRD谱图

图3镁铝碳酸根水滑石增敏鲁米诺-过氧化氢化学发光体系的空白对比

图4碳酸根与镁铝碳酸根水滑石增敏鲁米诺-过氧化氢化学发光体系的对比

具体实施例

实施例1：利用镁铝碳酸根水滑石作为化学发光催化剂测定自来水中过氧化氢。

A配制待测溶液和运行液

镁铝碳酸根插层的水滑石的制备方法是：称取11.5385g Mg(NO₃)₂·6H₂O与5.6272g Al(NO₃)₃·9H₂O，加入60mL超纯水，配制成盐液；称取0.7949g Na₂CO₃与4.8g NaOH， 加入60mL超纯水，配制成碱液。将上述两溶液逐滴滴入四口瓶中并搅拌，控制pH在 9.8-10.0，温度为室温。滴加完毕后，将四口瓶置于60℃水浴中晶化24h。产物离心并洗 涤3次，于70℃真空干燥箱中干燥24h，研磨至粉状。配置成0.01～0.015g/mL的镁铝碳 酸根水滑石溶液。采用日本日立2500VB2+PC型X射线衍射仪(XRD)表征产物结构，所 得结果见图2，在2θ为11°时出峰，证实为镁铝碳酸根水滑石，并且从图2中可知，所得的 晶形较好。

接取自来水，并尽快测量，采用加标法测定自来水中H₂O₂的浓度。用自来水分别配 制浓度为1×10^-6M，2×10^-6M，3×10^-6M，4×10^-6M，5×10^-6M，6×10^-6M过氧化 氢。装入1号瓶；

2号瓶中为浓度为2×10^-4M鲁米诺与2×10^-3M氢氧化钠混合溶液；

3号瓶中装入超纯水。

B仪器准备

用超纯水冲洗管道30min，流速设置为1mL/min。电压设置为-900V。保证BPCL型超 微弱化学发光分析仪的稳定运行。

C进样

控制蠕动泵流速为2mL/min，将镁铝碳酸根水滑石溶液注入系统，由超纯水载入并与 鲁米诺溶液混合，再与待测过氧化氢溶液混合后进入流通池，三者反应，产生发光，由BPCL 采集数据，并记录。

测得自来水中的H₂O₂浓度为9.3×10^-7M。回收率为99％。

实施例2：

采集雨水，并尽快测量，采用加标法测定雨水中H₂O₂的浓度。用雨水分别配制浓度为2 ×10^-6M，4×10^-6M，6×10^-6M，8×10^-6M，10×10^-6M等过氧化氢。装入1号瓶中。

其他步骤同实施例1。测得雨水中的H₂O₂浓度为5.93×10^-6M。回收率为102％。

对比试验：

以分别以浓度为0.375M硝酸镁溶液、0.125M硝酸铝溶液代替实施例1中的镁铝碳酸 根水滑石作催化剂，进行同样操作结果见图3。由图3看出，其硝酸镁溶液与硝酸铝溶液的 化学发光强度远远低于镁铝碳酸根水滑石的信号，说明起催化鲁米诺-过氧化氢化学发光体系 是镁铝碳酸根水滑石而不是原料中的金属离子。

以浓度为0.06M碳酸钠溶液代替实施例1中的镁铝碳酸根水滑石作催化剂，进行同样操 作结果见图4。由图4可见，CO₃²的催化鲁米诺-过氧化氢化学发光体系的效果与镁铝碳酸根 水滑石的催化效果相比可以忽略不计。