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简述化学发光的原理及分类

时间:2018-12-10   浏览量:291

化学发光(Chemiluminescence,CL)是在没有光、电、磁、声、热源激发的情况下,由化学反应或生物化学反应产生的一种光辐射。以此为基础的化学发光分析法是近30 年来发展起来的一种高灵敏的微量及痕量分析法,由于可以进行发射光子计量,又没有外来激发光源存在时散射光背景的干扰,因而具有很高的灵敏度(检出限可达10-12-10-21mol),很宽的线性范围 (3-6个数量级),而且简单,自动化程度高等优点而被临床普遍接受。通过对人血液、体液、组织等进行各种微量活性物质的精确定量分析,对于疾病的诊断、疗效评价、健康人群筛查等具有重要指导意义,为临床医生对疾病的准确诊断提供重要依据。
化学发光分析法是分子发光光谱分析法中的一类,是指物质在进行化学反应时,由于吸收了反应时产生的化学能,而使反应产物分子激发至激发态,受激分子由激发态回到基态时,便发出一定波长的光。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。


化学发光原理

按化学反应类型分类,可分为酶促化学发光和非酶促化学发光两类。其中酶促化学发光主要包括辣根过氧化物酶(HRP)系统、碱性磷酸酶 (ALP)系统、黄嘌呤氧化酶系统等。酶促发光的共同特点为发光过程中作为标记物的酶基本不被消耗,而反应体系中发光剂充分过最,因此发光信号强而稳定,且发光时间较长。因此可采用速率法测量,故检测方式简单、成本较低。酶促反应的主要缺点为工作曲线可能随时间漂移,而且低端斜率容易呈非线性下移。而非酶促化学发光包括吖啶酯系统、草酸酯系统、三价铁-鲁米诺系统等。非酶促发光的共同特点为发光过程中标记物被消耗,同时作为标记物的发光剂是发光反应的瓶颈,即含量总是相对不足,因此发光信号持续时间较短;如果直接在免疫反应杯中启动发光反应,由于发光剂被很快消耗,故只能进行一次性测量。所以重复性较差。为降低检测成本并实现重复测量,目前普遍采用原位进样加流动池的时间积分测量方式。


鲁米诺与辣根过氧化物酶系统发光原理图

按发光持续时间分类:可分为闪光和辉光两类,闪光型发光时间在数秒内,如吖啶酯系统。其检测方式一般采用原位进样和时间积分法测量,即在检测器部位加装进样器,并保证加入发光剂和检测2个过程同步进行;同时以整个发光信号峰的面积为发光强度。而辉光型发光时间在数分钟至数十分钟以上,如HRP一鲁米诺系统、ALP—AMPPD系统、黄嘌呤氧化酶-鲁米诺系统等。其信号检测无需原位进样,一般以速率法测量,即在发光信号相对稳定的区域任意点测量单位时间的发光强度。


化学发光动力曲线图(图左 辉光型;图右 闪光型)

另外,电化学发光免疫分析(Electrochemiluminescence,ECL)是指由电化学反应引起的化学发光过程。ECL的反应在电极表面进行,发光底物为三联吡啶钌
[Ru(byp)3] 2+,三丙胺(TPA)用来激发光反应。在阳极表面,两种物质同时失去电子。在电极板上[Ru(byp)3] 2+被氧化成[Ru(byp)3] 3+,TPA也被氧化成阳离子自由基(TPA+. ),(TPA+. )自发地释放一个质子而变成非稳定分子(TPA.),将一个电子递给[Ru(byp)3] 3+,形成激发态的[Ru(byp)3] 2+.。[Ru(byp)3] 2+.在衰减的同时发射一个波长为620nm的光子,重新回到基态[Ru(byp)3] 2+。这一过程在电极表面反复进行,产生高效、稳定的连续发光,并不断增强。 


电化学发光原理图

化学发光种类繁多,应用范围广,同时国内市场需求量大,将近300亿发光检验需求亟待满足,同时在政策利好的背景下,分级诊疗、区域检验中心政策均登台,相信化学发光检验将全面得到推广和应用。

参考文献:
【1】陈福南.高效液相色谱-化学发光分析研究[D].重庆:西南大学,2008.
【2】李超,刘树元,李媛媛等.化学发光分析法的发展与应用[J].分析测试技术与仪器. 2006,12(2):75-81.
【3】陈海斌.化学发光免疫分析技术及其进展[J].中国医学装备.2011,8(5):56-59.

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