基于金纳米粒子化学发光示意图
最早发现的液相纳米化学发光体系是纳米金催化的鲁米诺-过氧化氢化学发光体系。Zhang等研究了不同粒径大小的金纳米粒子对其催化作用的影响,发现38 nm金纳米粒子具有最强的催化作用,并且提出了化学发光机理。
H2O2的O-O键在纳米金的催化作用下可能断裂,从而在纳米金表面生成两个HO·自由基,并且所生成的 HO•自由基能够与纳米金之间发生部分电子转移而相对稳定。在此基础上,HO•自由基进一步与碱性溶液中的鲁米诺阴离子以及过氧化氢阴离子发生反应,大大提高了鲁米诺自由基(L• - )以及超氧基阴离子自由基(O2•-)的生成速率。纳米金表面生成的L• -和O2•-之间可以在纳米金的催化作用下进一步发生电子转移反应,生成关键的过氧化物中间体,最终分解生成3-氨基邻苯二甲酸根离子并产生化学发光。总之,纳米金对体系中自由基的生成以及自由基之间电子转移反应的催化作用导致了体系化学发光信号的大大增强。基于该化学发光体系,该研究建立的流动注射化学发光法( FI-CL)测定含有OH,NH2或者SH基团的多种有机物,该方法的检测限达到了10-9-10-10mol/L。该研究首次将金纳米粒子用于化学发光反应,不但拓展了化学发光催化剂的种类,而且为金纳米粒子作为标记的分析物提供了化学发光检测方法。
此后,纳米金催化的鲁米诺-过氧化氢化学发光体系被广泛应用到了实际样品分析中。Wang等基于纳米金催化的鲁米诺-过氧化氢化学发光体系,建立了一种新颖、快速测定人尿液中喹诺酮类衍生物的化学发光法,人尿液中的诺氟沙星、环丙沙星、洛美沙星、氟罗沙星、氧氟沙星和左氧沙星的检测限分别为3.2、9.5、7.0、9.0、8.0和8.0 ng/mL。Lan等建立了一种化学发光流式传感器,测定人血液中的葡萄糖。该方法将葡萄糖氧化酶、辣根过氧化酶和纳米金粒子固定在流通池中的凝胶表面,当葡萄糖被酶氧化时会生成H2O2,进而与纳米金和鲁米诺产生强烈的化学发光,人血液中葡萄糖的检测限达到了5. 0×10-6mol/L。
尽管纳米金催化鲁米诺化学发光,使化合物的检测限得到了很大的提高,但是选择性问题限制了其应用,通常含有OH、SH、NH2的几类物质对体系均有响应。为解决这一问题,Lu课题组做出了很大的贡献。首先,Li等在有非离子型含氟表面活性剂存在的条件下,利用柠檬酸钠还-法合成了三角形的纳米金,发现三角形纳米金催化的鲁米诺-过氧化氢化学发光有强烈的抑制作用,其作用机制为氨基硫醇类物质在三角形纳米金表面形成了Au-S共价键,而降低了纳米金的催化作用。
Chen等基于三角形纳米金催化的鲁米诺-过氧化氢化学发光体系,建立了测定卡托普利的 FI-CL法,其检测限可达到4.6 nM。卡托普利的巯基可以与三角形纳米金表面的活性位点精密结合,而阻碍纳米金发挥催化作用。Lu等发现棒状纳米金催化鲁米诺-过氧化氢化学发光的能力也强于球形纳米金,并在氨基硫醇类物质的分析中有巨大应用潜力。这三篇文献的主要贡献在于,三角形和棒状纳米金的发现,不仅大大提高了物质的检测限,而且对氨基硫醇类物质具有很好的选择性。之后,为进一步提高物质的选择性,Li等基于之前发现的三角形纳米金催化鲁米诺-过氧化氢化学发光体系,建立了能够同时测定多种氨基硫醇类物质的 HPLC-CL 法,测定半胱氨酸、高半胱氨酸、谷胱甘肽、半胱氨酰甘氨酸和谷氨酰胺半胱氨酸检测限分别为 0.016,0.08,0.1,0.04和0.1 pmol。