亚硝酸盐的化学发光检测的系列研究

亚硝酸盐广泛存在于食品和环境中，在酸性条件下能与胺类化合物形成致癌的N亚硝胺类化合物。因此，亚硝酸盐检测具有重要意义。目前亚硝酸盐的分析方法主要有紫外分析，荧光分析和电化学分析等。紫外分析法涉及复杂的重氮化反应，荧光分析需要特异荧光探针，均具有一定局限性。

清华大学林金明课题组自2002年以来，致力于化学发光检测亚硝酸盐的分析方法研究。该方法的主要原理，可以阐述如下：亚硝酸盐和过氧化氢在酸性条件下反应生成过氧亚硝酸。过氧亚硝酸在碱性条件下，转化为过氧亚硝酸盐，过氧亚硝酸盐的分解可以产生单线态氧，当其跃迁回基态时，其能量以光辐射的形式释放，该光信号由光电倍增管检测。表面活性剂和荧光物质可极大增强该体系化学发光强度（Anal. Chim. Acta, 2002, 474: 107～114）。当二氧化碳存在时，过氧亚硝酸根可与其反应生成ONOOCO2－，该物质分解为 NO2• 和CO3•－。 CO3•－质子化后形成的HCO3•自由基，通过自聚合产生二氧化碳分子二聚体（CO2）2*，该激发态物质以光辐射形式释放能量并产生CO2。 据研究发现，棉花等固相材料对该体系有较大的增敏作用（Anal. Chim. Acta, 2004, 510: 29～34）。

为了进一步提高亚硝酸根离子检测的灵敏度和稳定性，林金明课题组通过微波加热的方法，合成一种荧光产率高、稳定好且水溶性的碳点。通过研究发现该碳纳米材料与NaNO2H2O2体系作用时，可观察到非常强的化学发光现象，并且光强与1.0×10－7至1.0×10－5 M浓度范围的亚硝酸钠有呈良好的线性关系。该课题组对碳点增强NaNO2H2O2体系的化学发光机理进行深入研究，并根据该发光现象建立了一种高灵敏，操作简便且干扰小的化学发光流动注射分析方法，用于测定牛奶和水样中亚硝酸钠（Anal. Chem., DOI: 10.1021/ac202039h）。

通过化学发光光谱可知该体系的最大发光波长为520 nm, 该位置与荧光碳点的荧光发射峰接近，由此确定该体系的发光体为荧光碳点。电子自旋共振技术可观察2，2，6，6四甲基4哌啶（TEMP）与单线态氧作用而形成的特征信号。利用该技术观察碳点加入NaNO2H2O2化学发光体系后单线态氧量的变化。研究发现，碳点的加入并没有增强单线态氧的信号，由此可知，化学发光信号的增强并非由单线态氧引起的。通过电子自旋共振技术对反应后的碳点进行观察，发现其g值发生明显的偏移。该结果表明，碳点在化学发光反应之后，其结构发生明显变化。抗坏血酸，硫脲等对碳点 NaNO2H2O2发光体系的发光强度有明显抑制作用，这表明自由基，尤其是羟基自由基，对体系的发光具有重大贡献。上述研究不仅对NaNO2H2O2体系的化学发光机理有了更为明朗化的认识，而且也对碳点发光的光学机理有了深入的了解。碳点增强NaNO2H2O2的化学发光的机理，可以归结为NaNO2H2O2体系中的自由基对碳点的作用。超氧阴离子自由基可作为电子供体，往碳点注入电子，使其形成CDs－； 过氧亚硝酸和羟基自由基等作为电子受体，往碳点内注入空穴使其形成CDs＋。CDs－与CDs＋的电子空穴复合过程，产生激发态的CDs*。当CDs*返回基态时，便以光辐射的形式释放能量。