化学发光法对药物及农药残留量检测的应用研究硕士学位论文1 精品.docx
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化学发光法对药物及农药残留量检测的应用研究硕士学位论文1精品
西北大学
硕士学位论文
题目:
化学发光法对药物及农药残留量检测的应用研究
硕士学位论文
Thesisformasterdegree
化学发光法对药物及农药残留量检测的
应用研究
StudyonAnalysisofPharmaceuticalandPesticideResidueusingChemiluminescence
学位申请人:
导师:
Candidate:
XiaoNa
Supervisor:
ChenChaoCuiYali
西北大学生命科学学院西安7100692007.05
CollegeofLifeScience,NorthwestUniversity
Xi’an710069May2007
化学发光法对药物及农药残留量检测的应用研究
中文摘要
化学发光是根据化学反应产生的辐射光的强度来确定反应中相应物质含量的分析方法,具有灵敏度高、设备简单、分析速度快、线性范围宽等特点。
作为一种有效的分析技术,化学发光法已广泛应用于药物分析、食品安全、环境科学、生命科学等领域。
本论文在系统评述化学发光分析法的基本原理、研究历史及常见化学发光体系在药物分析和农药残留检测中的应用的基础上,着重介绍了基于鲁米诺-高碘酸钾体系、鲁米诺-高锰酸钾体系、碱性鲁米诺三种化学发光体系,采用流动注射-化学发光分析方法,对两种药物及农药残留分析测定的研究。
主要研究内容如下:
1.在碱性溶液中,鲁米诺与高碘酸钾反应能够产生微弱的化学发光,盐酸肾上腺素对该发光反应具有明显的增强作用,基于此,建立了测定盐酸肾上腺素的流动注射化学发光分析法。
该法的线性范围为1.0×10-8~3.0×10-6g/mL,检出限为1.5×10-9g/mL,对浓度为5×10-7g/mL的盐酸肾上腺素进行11次平行测定,相对标准偏差RSD为1.3%。
该法可用于针剂中盐酸肾上腺素的定量测定。
2.基于重酒石酸间羟胺对鲁米诺-高锰酸钾在碱性介质中反应产生的化学发光信号有较强的增敏作用,建立了一种高灵敏度的测定重酒石酸间羟胺流动注射化学发光新方法。
该方法线性范围为1.0×10-8~1.0×10-5g/mL,检出限为3.7×10-9g/mL,对浓度为1×10-7g/mL的重酒石酸间羟胺进行11次平行测定,相对标准偏差RSD为2.5%,该法可用于针剂中重酒石酸间羟胺的测定。
结合鲁米诺-高锰酸钾体系的荧光光谱和紫外-可见吸收光谱对反应的可能机理进行了初步探讨。
3.基于过硫酸钾在紫外光的照射下能将有机磷降解为无机磷,而无机磷在酸性条件下可以和钒酸盐、钼酸盐反应生成具有氧化性的磷钼钒杂多酸,其可直接氧化鲁米诺产生强而稳定的化学发光信号的原理,利用便携式流动注射化学发光仪和紫外光降解装置,建立了一种检测蔬菜中残留有机磷农药的方法。
该方法对磷的线性范围为1.0×10-9~3.0×10-6g/mL,检出限为1.0×10-10g/mL,对浓度为2.0×10-7g/mL的磷平行测定11次,相对标准偏差RSD为2.1%。
当青菜中有机磷农药的添加浓度为1.00mg/kg和2.00mg/kg时,方法回收率在89.5%~114%之间。
此方法简便快捷、准确可靠,实现了检测仪器的自动化和微型化,为市售蔬菜中有机磷农药残留的现场检测奠定了基础。
关键词:
流动注射;化学发光;盐酸肾上腺素;重酒石酸间羟胺;有机磷农药
StudyonAnalysisofPharmaceuticalandPesticideResidueusingChemiluminescence
Abstract
Chemiluminescence(CL)analysis,basedontheemissionduringsomechemicalreactions,isatechniqueforthedeterminationoftraceanalyte.Duetoitshighsensitivity,widelinearrangeandeasyimplementation,chemiluminescenceanalysishasbeenwidelyappliedinpharmaceuticalanalysis,foodsafety,environmentalscienceandlifescienceetc.InthisthesisthreedifferentCLsystems,luminol-KIO4CLsystem,luminol-KMnO4CLsystem,alkalineluminolCLsystem,wereintroducedtodetectsomepharmaceuticalsandtheresidueofpesticidesusingaflowinjectionchemiluminescence(FI-CL)method.Themaincontentisasfollowing:
1.Asimplechemiluminescencemethodforthedeterminationofhydrochlorideadrenalinewithflowinjectionchemiluminescence(FI-CL)techniquewasproposed,whichwasbasedonhydrochlorideadrenalineenhancingthechemiluminescencefrompotassiumperiodateandluminolinalkalinemedimum.Thelinearrangeofthecalibrationcurvewas1.0×10-8~3.0×10-6g/mL,andthedetectionlimitwas1.5×10-9g/mL.Therelativestandarddeviationwas1.3%(n=11,c=5×10-7g/mL,).Themethodhasbeenappliedtothedeterminationofhydrochlorideadrenalineinpharmaceuticalsamples.
2.Itwasfoundthatthechemiluminescencearisingfromthereactionofluminolwithpotassiumpermanganateinalkalinesolutioncouldbestronglyenhancedbymetaraminolbitartrate.Basedontheseobservations,anewflowinjectionchemiluminescence(FI-CL)methodforthedeterminationofmetaraminolbitartratewasproposed.Thelinearrelationshipbetweentheintensityofchemiluminescenceandtheconcentrationofmetaraminolbitartratewasintherangeof1.0×10-8~1.0×10-5g/mLwithadetectionlimitof3.7×10-9g/mLandtherelativestandarddeviationwas2.5%(n=11,c=1.0×10-7g/mL).Themethodwassuccessfullyappliedtothedeterminationofmetaraminolbitartrateinitspharmaceuticalformulations.Moreoverthereactionmechanismofthechemiluminescencesystemhasbeendiscussedbaseduponthefluorescentspectra,UV-visiblespectraandsomeotherexperiments.
3.Aflow-injectionchemiluninenscence(FI-CL)methodwassetupfordeterminationoforganophosphatepesticidesinvegetables.Thedegradationoforganophosphatepesticidescanbeachievedbyphoto-catalysisinK2S2O8solution.Theinorganicphosphorus(theproductsofdegradationoforganophosphatepesticides)couldformvanadomolybdophosphoricheteropolyacidwiththeadditionofvanadateandmolybdaenateinsulfuricacidmedium,whichcouldoxidizeluminoltoproduceCLemission.TheCLemissionintensitywaslinearlycorrelatedwiththephosphorusconcentrationintherange1.0×10-9~3.0×10-6g/mLwithadetectionlimitof1.0×10-10g/mL.Therelativestandarddeviation(n=11)was2.1%for2.0×10-7g/mLphosphorus.Therecoveriesrangedfrom89.5%to114%byadding3differentorganophosphatepesticideswithamountof1.00mg,2.00mgpesticideperkilogramvegetablerespectively.Themethodhasbeenappliedsatisfactorilytothedeterminationoforganophosphatepesticidesonminichemiluminescenceinstrument.
Keywords:
Chemiluminescenceanalysis;Flow-injectionanalysis;Hydrochlorideadrenaline;Metaraminolbitartrate;Organophosphatepesticides
目录
中文摘要I
AbstractIII
第一章文献综述1
1化学发光的原理1
2化学发光的研究历史2
3化学发光在药物分析及农药残留检测中的应用3
3.1鲁米诺化学发光体系3
3.2高锰酸钾化学发光体系8
3.3过氧化草酸酯化学发光体系11
3.4N-溴代琥珀酰亚胺化学发光体系12
3.5光泽精化学发光体系13
3.6四价铈化学发光体系14
3.7联吡啶钌(Ⅱ)化学发光体系15
3.8铁氰化钾化学发光体系16
第二章鲁米诺-高碘酸钾化学发光体系测定盐酸肾上腺素17
1实验部分18
1.1试剂与仪器18
1.2实验方法18
2结果与讨论19
2.1实验条件的优化19
2.2工作曲线、精密度及检出限…………………………………………………………………21
2.3干扰实验22
2.4样品分析22
3结论22
第三章鲁米诺-高锰酸钾化学发光体系测定重酒石酸间羟胺23
1实验部分23
1.1试剂与仪器23
1.2实验方法24
2结果与讨论25
2.1实验条件的优化25
2.2工作曲线、精密度及检出限27
2.3干扰实验27
2.4样品分析27
3机理探讨28
4结论30
第四章微型流动注射化学发光仪测定蔬菜中残留的有机磷农药31
1实验部分32
1.1试剂与仪器32
1.2实验方法32
2结果与讨论33
2.1实验条件的优化33
2.2工作曲线、精密度、检出限37
2.3干扰试验37
2.4样品分析37
3结论38
参考文献39
致谢54
第一章文献综述
化学发光是在没有光、电、磁、声、热源激发的情况下,由化学反应产生的一种光辐射。
由于不需要外来光源,从而减少或消除瑞利散射和拉曼散射,避免了背景光和杂散光的干扰,降低了噪音的影响,大大提高了信噪比。
基于化学发光原理的检测方法通常灵敏度高、线性范围宽,同时还具有分析速度快、仪器设备简单便宜、容易实现自动化等优点。
目前化学发光的研究主要集中在两个方面:
一是不断发现新的化学发光反应体系来扩大分析范围;另一方面是将化学发光检测系统与其它技术相结合,例如流动注射技术、毛细管电泳、高效液相色谱、分子印迹技术、传感器技术、免疫分析技术等,以提高化学发光分析的灵敏度和应用范围。
有关化学发光分析的文献和综述已有很多报道,本文就化学发光的原理、化学发光的研究历史、几种常见的化学发光体系在药物分析和农药残留量检测中的应用作一总结综述。
1化学发光的原理
化学发光(chemiluminescence,CL)是一种将化学反应所产生的化学能转化为光能的反应过程,即反应体系中某种物质(反应物、中间体或荧光物质)的分子吸收了反应所释放的能量而由基态跃迁至激发态,当从激发态返回基态时将能量以光辐射的形式释放出来,产生化学发光。
根据化学发光反应在某一时刻的发光强度或发光总量来确定组分含量的分析方法叫化学发光分析法。
化学发光可以简单的分为两种类型:
直接发光和间接发光。
直接发光的过程为:
物质A和B反应,生成一种激发态C*,当C*返回基态时,以光子形式释放能量,可以直接发出可以测量的光。
基本反应式:
间接发光也就是能量转移化学发光,其过程为:
首先物质E和F反应,产生中间体G*,当体系中存在另一种易于接受能量的荧光物质I时,紧接着G*把能量转移给荧光物质I,使得荧光物质接受了能量由基态I跃迁至激发态I*,当I*返回基态时,产生发光现象,其发光体为荧光物质,发光波长与荧光物质的荧光发射波长相一致。
基本反应式:
E+FG*+H
G*+II*+J
I*I+hv
一个化学反应要产生化学发光现象,必须满足以下条件:
第一,该反应必须由某一步骤提供足够的激发能;第二,有利的反应过程,使化学反应的能量至少能被一种物质所接受并生成激发态;第三,激发态分子必须具有一定的化学发光量子效率以释放出光子,或者能够转移它的能量给另一个分子使之进入激发态并释放出光子。
化学发光反应之所以能用于分析测定,是因为化学发光强度与化学反应速率相关联,而一切影响反应速度的因素又都可以作为建立测定方法的依据。
不同的化学发光反应可以产生不同波长的光的辐射,化学发光分析法定量的基础就是化学发光的光强度决定于化学发光反应的反应速度,而反应速度又决定于反应分子的浓度,通过测定化学发光的光强,间接求出待测物浓度。
化学发光分析测定的对象可分为三类:
第一类物质是化学发光反应中的反应物;第二类物质是化学发光反应中的催化剂、增敏剂或抑制剂;第三类物质是偶合反应中的反应物、催化剂、增敏剂等。
这三类物质还可以通过标记方式来测定其它物质,这扩大了化学发光分析的应用范围。
2化学发光的研究历史
自然界中的发光现象通常存在于生物体内如萤火虫的发光、深海中发光鱼类的发光等,因而人们认识化学发光是从生物发光现象开始的,早在公元384-322年亚里士多得就在《DeAnima》一书中记录和描述了真菌类和死鱼的发光现象。
进入19世纪以后人们对化学发光现象和一些化学发光试剂有了进一步的研究。
1885年,法国生理学家Dubois从萤火虫中提取得到荧光素和荧光素酶,指出萤火虫的发光是一种化学反应。
1877年,Radziszewski发现洛汾碱(2,4,5-三苯基咪唑)在碱性介质中被过氧化氢等试剂氧化发出绿色的光。
1902年Schmitz合成了现已广泛使用的发光试剂鲁米诺(3-氨基苯二甲酰肼)。
1928年Albrecht观察到鲁米诺在碱性介质中的化学发光行为,鲁米诺这一发光试剂的合成和其发光现象对化学发光发展为一种分析化学手段起到了重要的作用。
1935年,Gleu和Petsch第一次报道了光泽精(N,N-二甲基二吖啶硝酸盐)与过氧化氢反应发生化学发光现象。
但是由于大多数化学发光非常微弱,且稍纵即逝,化学发光研究进展一直比较缓慢。
直到1945年光电倍增管及1950年商品化化学发光检测装置的出现,才使得过去一些微弱的化学发光的检测成为可能。
到了20世纪60年代,化学发光进入了定量分析研究的时代。
从八十年代开始,随着分析仪器的发展,化学发光新体系的相继发现,化学发光被广泛应用于药物分析、农业科学、工业分析、临床诊断、环境科学、生命科学[1-10]等领域。
进入20世纪90年代以来化学发光法主要呈现以下特点:
(1)化学发光法不断发展、完善,新体系、新方法、新的发光试剂不断出现;
(2)化学发光分析法的应用领域不断拓展,已经从常规的有机物、无机物的分析,拓展到各种生命物质的分析;(3)与流动注射、毛细管电泳、分子印迹、传感器、色谱等技术的联用,使得化学发光分析法的选择性不断提高。
3化学发光在药物分析及农药残留检测中的应用
近年来,化学发光分析技术在药物和农药残留检测领域的应用发展迅速。
在药物分析和农药残留检测中应用的化学发光体系主要有:
鲁米诺化学发光体系、高锰酸钾化学发光体系、过氧化草酸酯化学发光体系、N-溴代琥珀酰亚胺化学发光体系、光泽精化学发光体系、四价铈化学发光体系、联吡啶钌(Ⅱ)化学发光体系、铁氰化钾化学发光体系等。
各发光体系在药物分析及农药检测中的应用工作简述如下。
3.1鲁米诺化学发光体系
1928年,Albrecht报道了鲁米诺(3-氨基邻苯二甲酰肼)在碱性介质中化学发光行为,在化学发光史上具有里程碑式的意义。
由于鲁米诺结构简单,易于合成,并具有较好的水溶性,因而得到深入的研究。
鲁米诺的发光机理如图1所示,在碱性溶液中,鲁米诺可被氧化剂氧化而处于激发态,当激发态回到基态时发出蓝光,最大波长为425nm[11]。
White[12]在比较了鲁米诺的发光光谱和3-氨基邻二甲酸根离子的荧光光谱后,认为鲁米诺化学发光体系的发光体是3-氨基邻二甲酸根离子。
很多氧化剂都可以氧化鲁米诺发光,根据氧化剂的不同可将鲁米诺化学发光体系分为:
鲁米诺-过氧化氢体系、鲁米诺-高锰酸钾体系、鲁米诺-铁氰化钾体系、鲁米诺-高碘酸钾体系等。
-
OH-
OH-
H2O
H2O
H
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-
-
-
图1鲁米诺的化学发光机理
3.1.1鲁米诺-过氧化氢体系
过氧化氢是鲁米诺化学发光反应体系中使用最广泛的一种氧化剂。
鲁米诺-过氧化氢体系可产生化学发光,利用被分析物对该发光体系的催化、抑制及增敏等作用,可对其含量进行测定。
(1)催化作用谢强等[13]基于没食子酸与铬Ⅵ的氧化还原反应产生的铬Ⅲ可以催化鲁米诺-过氧化氢发光体系的原理,建立了一种高灵敏度的快速测定没食子酸的方法。
Z.P.Li等人[14]基于Cu(Ⅱ)-蛋白络合物在碱性条件下对鲁米诺-过氧化氢的发光反应有催化作用,建立了测定人血清白蛋白、人γ-球蛋白的化学发光方法。
魏月等[15]发现在碱性条件下Co(Ⅱ)同淫羊藿甙的配合物也能催化鲁米诺-过氧化氢体系产生化学发光,其催化活性大大超过了Co(Ⅱ)离子的催化活性,在此基础上建立了反相高效液相色谱分离柱后化学发光检测淫羊藿甙的新方法,并成功应用于安神补脑液中淫羊藿甙的测定,检出限为2×10-7g/mL。
(2)抑制作用抗坏血酸为多羟基化合物,分子中的烯二醇基具有较强的还原性,抗坏血酸可将过氧化氢定量还原,从而抑制鲁米诺的化学发光反应,发光信号随抗坏血酸浓度的增大而减弱,基于上述原理,研究者对抗坏血酸进行了检测[16]。
Economou等[17]发现甲硫咪唑和卡比马唑对Cu2+催化的鲁米诺-过氧化氢化学发光体系有抑制作用,结合流动注射技术,建立了测定这两种药物的化学发光抑制分析法。
Bosque-Sendra等[18]利用同样的原理测定了阿米卡星。
能抑制鲁米诺-过氧化氢-Cu2+化学发光体系的还有儿茶素[19],乙酰胆碱酯酶对鲁米诺-过氧化氢化学发光体系有催化作用,其经由有机磷农药抑制后会导致鲁米诺-过氧化氢-乙酰胆碱酯酶体系的化学发光信号降低,基于此可对有机磷农药进行检测[20]。
(3)增敏作用J.Z.Lu等[21]利用硫普罗宁对碱性鲁米诺-过氧化氢化学发光体系的增敏作用,建立了一种测定硫普罗宁的新方法,该法用于药剂中硫普罗宁含量的测定,结果令人满意。
谢福荣等[22]基于碱性介质中敌百虫增强鲁米诺-过氧化氢体系发光的研究,建立了测定敌百虫的流动注射化学发光分析方法。
该法测定敌百虫的检出限为3.2×10-9g/mL,对蔬菜样品加标测定,回收率范围在88.5%~92.6%之间,结果令人满意。
己烯雌酚对四磺酸基酞菁钴催化的鲁米诺-过氧化氢化学发光体系有增敏作用,基于此,J.Wang等[23]建立了测定雌激素药物己烯雌酚的化学发光法并对可能的发光机理作了研究。
能对鲁米诺-过氧化氢化学发光体系有增敏作用的还有卡托普利[24]、阿奇霉素[25]、维生素B1[26]、吗丁啉[27]等。
李世凤[28]、Aly等[29]也做了这方面的研究。
3.1.2鲁米诺-高锰酸钾体系
高锰酸钾有很强的氧化能力,它能氧化鲁米诺产生化学发光。
根据一些物质对鲁米诺-化学发光体系的增敏或抑制作用可以对这些物质进行定量检测。
唐玉海[30]发现在碱性介质中,抗生素阿莫西林对鲁米诺-高锰酸钾化学发光反应有增敏作用,据此建立了微量快速测定阿莫西林的流动注射化学发光分析法。
方法线性范围为1.0×10-7~5.0×10-5g/mL,检出限为3.0×10-8g/mL。
此法已用于阿莫西林胶囊中阿莫西林的测定。
Y.H.Li等[31]发现高锰酸钾能氧化鲁米诺产生化学发光现象,但发光效率较低,酚噻嗪类药物的存在可使化学发光强度大大增强,与流动注射技术联用,准确、灵敏地测定了注射液和尿液中酚噻嗪类药物的含量。
Antonio等[32]基于呋喃丹能增强鲁米诺-高锰酸钾化学发光的原理,成功地测定了蔬菜和水中的呋喃丹残留,此法的线性范围为0.06~0.5μg/mL,检出限为0.02μg/mL。
Al3+[33]、苯酚[34]对该化学法发光体系有增敏作用,基于此,可结合流动注射技术,快速、准确的测定它们的含量。
Y.C.Yu等[35
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