本發(fā)明涉及一種基于固定化MnO2流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光的分析方法，屬于化學(xué)發(fā)光分析領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
化學(xué)發(fā)光(chemiluminescence，CL)是在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的光發(fā)射現(xiàn)象，由于其具有高靈敏度、線性范圍寬、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和分析快速的特點(diǎn)，已成為當(dāng)前痕量分析領(lǐng)域的一個(gè)十分重要的研究方法[1]。在眾多的發(fā)光體系中，酸性高錳酸鉀氧化有機(jī)物產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光得到了廣泛的應(yīng)用。1975年Stauff和Jaeschke[2]利用KMnO4作為氧化劑應(yīng)用于SO2的分析測(cè)定。1986年Townshend[3]通過(guò)KMnO4氧化嗎啡產(chǎn)生CL應(yīng)用于血液和尿樣中嗎啡的測(cè)定，隨后KMnO4體系在各領(lǐng)域的分析與應(yīng)用均得到了迅速的發(fā)展。高錳酸鉀作為液相化學(xué)發(fā)光反應(yīng)中應(yīng)用最廣泛的氧化劑之一，在其還原過(guò)程中常常伴隨著各種低價(jià)態(tài)錳的生成。研究表明，錳的這些中間價(jià)態(tài)可以作為化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的氧化劑[4]。Mn(Ⅳ)常以難溶的二氧化錳形式存在，這限制了其在液相化學(xué)發(fā)光分析中的應(yīng)用。Barnett[5]等發(fā)現(xiàn)新制備的MnO2沉淀可經(jīng)超聲分散于3mol／L的H3PO4后得到可溶性的Mn(Ⅳ)。但這種Mn(Ⅳ)溶液需在強(qiáng)酸溶液中才可以穩(wěn)定存在。隨后有學(xué)者報(bào)道了在中性條件下用Na2S2O3還原KMnO4可制備出在水溶液中均勻分散且性質(zhì)穩(wěn)定的MnO2納米溶膠，并且建立了MnO2-甲醛、MnO2-抗壞血酸等發(fā)光體系[6-8]。由于目前對(duì)于MnO2化學(xué)發(fā)光的研究大部分都是局限在液相反應(yīng)的條件下，因此在檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)中至少要存在兩條以上的流路。這勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致操作繁瑣，并增加分析成本。因此，本發(fā)明所要解決的問(wèn)題就是尋找一種MnO2的固定化方法，直接采用固液兩相反應(yīng)方法，以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化裝置，節(jié)約成本的目的。采用電沉積的方法在碳電極上制備納米MnO2，然后配合使用PDMS和固化劑組裝流通池。采用流動(dòng)注射分析方法，選取水作為載液，當(dāng)待測(cè)溶液通過(guò)注射流入流通池內(nèi)與MnO2接觸時(shí)產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光。通過(guò)采集光信號(hào)對(duì)待測(cè)物質(zhì)的含量進(jìn)行定量分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提出一種基于固定化MnO2流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光分析方法，該方法大大降低了測(cè)量成本、簡(jiǎn)化了操作步驟，經(jīng)濟(jì)實(shí)用且環(huán)境友好，能夠快速準(zhǔn)確地測(cè)量水溶液中多種待測(cè)物質(zhì)含量(如甲醛，葡萄糖等)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：1)MnO2的固定化：有文獻(xiàn)報(bào)道，可以直接在ITO電極表面電沉積制備納米MnO2[9]。但這種方法制備的納米MnO2在空氣中極容易風(fēng)干脫落，不利于MnO2的固定化及在流動(dòng)體系中的應(yīng)用。因此我們嘗試先在ITO玻璃表面涂覆一層碳漿，經(jīng)過(guò)烘干后再電沉積制備MnO2。具體操作如下：將大小適當(dāng)?shù)腎TO玻璃(如5.5×2.5cm)分別在乙醇、超純水中超聲清洗10min。然后在其表面涂覆碳漿并放入烘箱中80℃～100℃干燥20～40min后作為工作電極。結(jié)構(gòu)如圖1所示。鉑電極和飽和甘汞電極分別作為對(duì)電極和參比電極。采用循環(huán)伏安法電沉積制備納米MnO2，電壓范圍0.4～1.3V，掃描速度10mV／s，掃描圈數(shù)30圈。電解液為含1.0×10-3～8.0×10-3mol／LMnSO4的0.05～0.5mol／LNa2SO4溶液。循環(huán)伏安圖如圖2所示。實(shí)驗(yàn)表明在碳層表面制備的MnO2層牢固可靠，成功地實(shí)現(xiàn)了MnO2的固定化。利用超景深三維顯微鏡對(duì)電極表面進(jìn)行初步觀察，結(jié)果如圖3所示。從圖中可以看出沉積前后電極表面形貌截然不同。沉積前，碳電極表面均勻，粗糙，無(wú)裂紋。沉積后表面有裂紋，且有顆粒狀物質(zhì)生成。圖4和圖5分別是沉積前后電極表面的三維顯示圖。圖3顯示碳電極表面凹凸不平，這說(shuō)明相對(duì)于ITO電極其具有更大的表面積。因此，推測(cè)與面積相同的ITO玻璃相比，涂碳有利于生成更多的納米MnO2。從圖5可以看出在碳表面的峰頂和谷底都布滿了顆粒狀物質(zhì)，證明了以上推測(cè)的成立。從圖6的電鏡圖片可以看出所制備的納米MnO2表面結(jié)構(gòu)致密、緊湊且呈棒狀結(jié)構(gòu)。以上結(jié)果表明在ITO玻璃表面涂覆碳漿后電沉積制備MnO2層可以解決固體MnO2的固定化問(wèn)題。2)流通反應(yīng)池的制作：圖7是流通池的示意圖。從圖中可以看出流通池分為兩個(gè)部分。(a)圖是一塊附著MnO2的玻璃片；(b)圖是流通池的主體部分，包括一個(gè)進(jìn)口、一個(gè)凹槽(流路)和一個(gè)出口。左右兩個(gè)部分結(jié)合在一起，組成一個(gè)完整的流通池。(a)部分制作：如1)所述，在ITO玻璃上涂覆碳層，制備固定化納米MnO2。(b)部分制作：將PDMS和固化劑按10：1的量混合均勻，后在真空度0.1Mpa的真空干燥箱中放置10～20min。選取6.0×4.0×1.5cm的無(wú)蓋硬質(zhì)紙盒作為模具。同時(shí)在其底部中間部分用雙面膠固定大小為5.0×2.5cm的玻璃。玻璃上層用雙面膠固定相同面積的厚度約為0.1cm塑料板。塑料板的四個(gè)角應(yīng)為圓弧狀，以避免池內(nèi)出現(xiàn)死體積。另外，在紙盒兩端各開一個(gè)孔，插入外徑為0.2cm的聚四氟乙烯管，并將管一端固定在塑料板上，用于制作進(jìn)出口。至此，反應(yīng)池制作完成。將PDMS和固化劑的混合物轉(zhuǎn)移至模具內(nèi)。將模具在0.1Mpa的真空干燥箱中放置10～20min，后移至烘箱中80℃干燥20～40min進(jìn)行固化。固化完成后將紙盒、塑料板、玻璃和聚四氟乙烯管剝落(管內(nèi)充滿PDMS造成阻塞)，并放入新的聚四氟乙烯管作為進(jìn)出管。此時(shí)，池體部分制作完成，包括進(jìn)口、流路、出口。最后，將(a)部分嵌入(b)部分，并用PDMS和固化劑進(jìn)行封裝，80℃干燥20～40min。至此，流通池已制作完成。其中(b)部分可以循環(huán)使用，只需更換(a)部分碳層即可。3)化學(xué)發(fā)光實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)裝置如圖8所示。按照步驟1)和2)制作流通池。將流通池緊挨著光電倍增管(PMT)，由光電倍增管收集光信號(hào)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由光子計(jì)數(shù)單元采集，由計(jì)數(shù)卡處理系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)并顯示對(duì)應(yīng)的發(fā)光強(qiáng)度。本發(fā)明可用于測(cè)定水溶液中多種還原性物質(zhì)，以甲醛和葡萄糖含量的測(cè)定為例：首先使用硫酸溶液配制一系列酸度相同、分析物含量不同的溶液作為標(biāo)準(zhǔn)溶液。并將其分別通過(guò)上述的流通池與固體MnO2混合記錄發(fā)光強(qiáng)度。得到線性擬合方程為：甲醛y=2.9+807.7x，R2=0.992式中x，y分別代表甲醛含量(mol／L)和發(fā)光強(qiáng)度；葡萄糖y=100.5+2204.3x，R2=0.995式中x，y分別代表葡萄糖含量(mol／L)和發(fā)光強(qiáng)度。本發(fā)明的特點(diǎn)在于采用簡(jiǎn)單快速的電沉積方法在碳表面制備固定化的MnO2，利用PDMS和固化劑自制流通池，作為化學(xué)發(fā)光場(chǎng)所，檢測(cè)水中還原性物質(zhì)。附圖說(shuō)明圖1電沉積制備MnO2的工作電極結(jié)構(gòu)圖。在ITO玻璃上涂覆一層碳漿(留出一定面積用于引出導(dǎo)線)，將導(dǎo)線連接在ITO上進(jìn)行電沉積。所制備的MnO2附著在碳層上表面。圖2電沉積制備MnO2的循環(huán)伏安圖。圖3電極表面超景深三維顯微鏡圖片：(a)碳表面；(b)電沉積制備的MnO2表面。圖4碳層的三維顯示圖。圖5電沉積MnO2層的三維顯示圖。圖6電沉積MnO2層的掃描電鏡圖圖7自制流通池示意圖：(a)附著MnO2的普通玻璃；(b)流通池主體部分，包括進(jìn)口、流路、出口。圖8實(shí)驗(yàn)裝置圖：C-載液；S-樣品；V-六通閥；P-蠕動(dòng)泵；FC-流通池；PMT-光電倍增管；HV-高壓電源；W-廢液；PC-顯示器。具體實(shí)施方式把管道分別插入超純水、硫酸溶液中，開啟蠕動(dòng)泵沖洗整個(gè)流路15min，使得流通池處于穩(wěn)定狀態(tài)。選擇超純水作為載液，樣品通過(guò)六通閥注入流路。在流通池中與MnO2接觸產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光。檢測(cè)和記錄發(fā)光強(qiáng)度對(duì)樣品進(jìn)行定量。應(yīng)用實(shí)例1設(shè)定體積流量為2.5～4.5mL／min，硫酸濃度為2.5mol／L。選取五種已知濃度的甲醛溶液采用本法測(cè)量其含量，結(jié)果如表1所示：表1.甲醛溶液的測(cè)量值和真實(shí)值的比較應(yīng)用實(shí)例2設(shè)定體積流量為2.5～4.5mL／min，硫酸濃度為2.8mol／L。選取五種已知濃度的葡萄糖溶液采用本法測(cè)量其含量，結(jié)果如表2所示：表2.葡萄糖溶液的測(cè)量值和真實(shí)值的比較從測(cè)量結(jié)果可以看出，該法的準(zhǔn)確度較高。因此，本發(fā)明所提出的MnO2化學(xué)發(fā)光法簡(jiǎn)單快速、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，且環(huán)境友好，可以作為一種檢測(cè)手段用于多種還原性物質(zhì)的檢測(cè)和分析。參考文獻(xiàn)[1]ShoiiMotomizu，Z.H.Li.Traceandultratraceanalysismethodsforthedeterminationofphosphorusbyflow-injectiontechniques.Talanta，2005，66(2)：332-340[2]StauffJ，JaeschkeW.Achemiluminescencetechniqueformeasuringatmospherictraceconcentrationsofsulfurdioxide.Atmos.Environ.，1975，9(11)：1038[3]AbbottRW，TownshendA，GillR.Determinationofmorphinebyflowinjectionanalysiswithchemiluminescencedetection.Analyst，1986，111(6)：635-640[4]BarnettN.W.，HindsonB.J.，JonesP.，SmithT.A.ChemicallyInducedPhosphorescencefromManganese(Ⅱ)duringtheOxidationofVariousCompoundsbyMnaganese(Ⅲ)，(Ⅳ)breakand(Ⅶ)inacidicaqueousSolutions[J].Anal.Chim.Acta，2002，451(2)：181-188[5]JakyM，SimandiLI，ShafiovichVY.InorgChimActa，1984，90(3)：L39[6]Perez-BenitoJF.Identificationofasolubleformofcolloidalmanganese(IV)InorgChem，1989，28(3)：390[7]Perez-BenitoJF，AriasC，AmatE.Akineticstudyofthereductionofcolloidalmanganesedioxidebyoxalicacid.JColloidInterfSci，1996，177(2)：288[8]王虹，杜建修.MnO2納米溶膠-抗壞血酸化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的研究[J].分析實(shí)驗(yàn)室，2010，29(12)：43-46[9]Nakayama，etal.Anodicdepositionoflayeredmanganeseoxideintoacolloidalcrystalremplateforelectrochemicalsupercapacitors.Electrochemistrycommunications，2007，9：1154-1158