化學(xué)發(fā)光和生物發(fā)光

1、關(guān)于化學(xué)發(fā)光與生物發(fā)光第一張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月內(nèi)容提綱一、化學(xué)發(fā)光（一）、化學(xué)發(fā)光的基本原理（二）、化學(xué)發(fā)光的應(yīng)用二、生物發(fā)光（一）、生物發(fā)光的原理與特點(diǎn)（二）、生物發(fā)光的分類第二張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、化學(xué)發(fā)光（一）化學(xué)發(fā)光的基本原理1、化學(xué)發(fā)光的定義 某些物質(zhì)在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，由于吸收了反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)能而被激發(fā)，從激發(fā)態(tài)返回基態(tài)時(shí)，發(fā)射出一定波長(zhǎng)的光，這種吸收化學(xué)能使分子發(fā)光的過(guò)程稱為化學(xué)發(fā)光(chemiluminescence) 。 第四張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、化學(xué)發(fā)光的過(guò)

2、程1）、化學(xué)發(fā)光滿足的條件a、該化學(xué)反應(yīng)必須提供足夠的激發(fā)能，使電子能從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)。b、化學(xué)反應(yīng)的能量至少能被一種物質(zhì)所接受并生成激發(fā)態(tài)。c、處于激發(fā)態(tài)分子必須具有一定的化學(xué)發(fā)光量子效率釋放出光子, 或者能夠轉(zhuǎn)移它的能量給另一個(gè)分子使之處于激發(fā)態(tài)并釋放出光子。第五張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2）化學(xué)發(fā)光的基本類型a、直接發(fā)光 是指被測(cè)物質(zhì)為反應(yīng)物直接參與化學(xué)反應(yīng)，利用自身化學(xué)反應(yīng)釋放的能量激發(fā)產(chǎn)物分子的光輻射?？捎梅磻?yīng)式表示為： A+B C*+D， C* C+hv 這類化學(xué)發(fā)光反應(yīng)最多和最普遍，多數(shù)有機(jī)物分子在液相中的化學(xué)反應(yīng)屬于這一類型 。第六張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于

3、2022年6月b、間接發(fā)光 是指某些化學(xué)反應(yīng)中的由于激發(fā)態(tài)產(chǎn)物本身不發(fā)光或發(fā)光十分微弱，但通過(guò)加入某種能量接受體（熒光劑）可導(dǎo)致發(fā)光。反應(yīng)式為： A+B C*+D, F+C* F*+C, F* F+hv C為能量給于體，F(xiàn)為能量接受體。第七張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、化學(xué)發(fā)光（二）化學(xué)發(fā)光的應(yīng)用1、化學(xué)發(fā)光分析 化學(xué)發(fā)光 (ChemiLuminescence ，簡(jiǎn)稱為 CL) 分析法是分子發(fā)光光譜分析法中的一類，它主要是依據(jù)化學(xué)檢測(cè)體系中待測(cè)物濃度與體系的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度在一定條件下呈線性定量關(guān)系的原理，利用儀器對(duì)體系化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的檢測(cè)，而確定待測(cè)物含量的一種痕量分析方法。第八張

4、，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月化學(xué)發(fā)光與其它發(fā)光分析的本質(zhì)區(qū)別是體系產(chǎn)生發(fā)光 ( 光輻射 ) 所吸收的能量來(lái)源不同。體系產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光，必須具有一個(gè)產(chǎn)生可檢信號(hào)的光輻射反應(yīng)和一個(gè)可一次提供導(dǎo)致發(fā)光現(xiàn)象足夠能量的單獨(dú)反應(yīng)步驟的化學(xué)反應(yīng)。第九張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第一類物質(zhì)是化學(xué)發(fā)光反應(yīng)中的的反應(yīng)物；第二類物質(zhì)是化學(xué)發(fā)光反應(yīng)中的催化劑，增敏劑或抑制劑;第三類是偶合反應(yīng)中反應(yīng)物，催化劑，增敏劑等?；瘜W(xué)發(fā)光分析測(cè)定的物質(zhì)對(duì)象可分為三類：第十張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月魯米諾化學(xué)發(fā)光體系 吖啶酯類化學(xué)發(fā)光體系過(guò)氧化草酸酯類化學(xué)發(fā)光體系無(wú)機(jī)物化學(xué)發(fā)光體系 堿性高碘

5、酸鉀酸性高錳酸鉀酸性硫酸鈰稀土配合物(中性) 其他化學(xué)發(fā)光體系 主要的化學(xué)發(fā)光體系 2、常見(jiàn)的一些化學(xué)發(fā)光體系第十一張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1）、魯米諾 (luminol)化學(xué)發(fā)光體系魯米諾（ 3-氨基苯二甲酰肼）其結(jié)構(gòu)是為第十二張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月氧化劑: H2O2 O2 KMnO4 NaClO I2 催化劑: 過(guò)氧化酶 氧化血紅素 過(guò)渡金屬離子(Cu2+ 、Mn2+、Co2+、V4+、Fe2+、 Fe3+、 Ni2+、Ag+、Au3+、Hg2+ etc.)OXIDANTBASEluminol*3-Aminophthalate+ h3-APA魯米諾的發(fā)

6、光機(jī)理是第十三張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2）、高碘酸鉀（KIO4）發(fā)光體系 氧分子對(duì)的發(fā)射： 490 500 nm CO2雙分子發(fā)射： 430 450 nm多酚類物質(zhì)對(duì)該體系的化學(xué)發(fā)光有增強(qiáng)作用化學(xué)發(fā)光原理活性氧中間體型第十四張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3）、高錳酸鉀（KMnO4）發(fā)光體系 KMnO4 還原劑 CL體系KMnO4 + Red Intermediate (激發(fā)態(tài)) 直接CL Fluorophore Fluorophore (激發(fā)態(tài)) 間接CL還原劑：氨基酸、SO2、碘、藥物、毒品等具有還原性的物質(zhì)量子產(chǎn)率不高，可以加入強(qiáng)還原性物質(zhì)增強(qiáng)體系靈敏度可以測(cè)

7、定化學(xué)需氧量 第十五張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4）、鈰（Ce）發(fā)光體系高價(jià)鈰 Ce (IV)的發(fā)光體系 Ce（）是一種強(qiáng)的氧化劑，Ce（）在氧化亞硫酸鹽等還原性物質(zhì)可產(chǎn)生微弱的化學(xué)發(fā)光，因此可以利用此體系直接測(cè)定相關(guān)的化合物。一般認(rèn)為Ce（）被還原時(shí)，產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的Ce（）*，這個(gè)激發(fā)態(tài)同樣的既可以躍遷到基態(tài)而發(fā)光，也可以將能量轉(zhuǎn)移給共存熒光而發(fā)光。熒光物質(zhì)（如羅丹明B、羅丹明6G、喹啉等）、表面活性劑（如吐溫20、吐溫80等）來(lái)增敏Ce（）的化學(xué)發(fā)光。第十六張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3、化學(xué)發(fā)光分析儀第十七張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月IFFM-E型

8、流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光分析儀（西安瑞邁分析儀器有限公司）。第十八張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月圖1 檸檬酸三鈉Ce（）-吐溫80流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光體系流程第十九張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月4、化學(xué)發(fā)光分析的特點(diǎn)局限性：方法選擇性較差、發(fā)光體系相對(duì)較少、儀器商品化不夠 優(yōu)勢(shì)性：不需要外部光源：消除了入射光的干擾(瑞利散射和拉曼散射)?？朔斯庠床环€(wěn)定而導(dǎo)致的波動(dòng)的缺點(diǎn)，降低了噪聲，提高了信噪比。 靈敏度高(通?？蛇_(dá)ng級(jí)或pg級(jí))。線性范圍寬(通?？蛇_(dá)三個(gè)數(shù)量級(jí))。設(shè)備簡(jiǎn)單、分析快速、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。第二十張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月5、化學(xué)發(fā)光法的應(yīng)用1）無(wú)機(jī)化合

9、物化學(xué)發(fā)光分析a、金屬離子分析第二十一張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月b、其他無(wú)機(jī)化合物的分析第二十二張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2）有機(jī)化合物化學(xué)發(fā)光分析a、有機(jī)酸第二十三張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月b、有機(jī)堿第二十四張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月c、氨基酸第二十五張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月d、糖類第二十六張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月e、類固醇類脂第二十七張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月f、藥物第二十八張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月3）化學(xué)發(fā)光在生物領(lǐng)域的應(yīng)用 血漿和血清的化學(xué)發(fā)光 血漿脂蛋

10、白的化學(xué)發(fā)光 尿液的化學(xué)發(fā)光 紅細(xì)胞的化學(xué)發(fā)光第二十九張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、生物發(fā)光（一）生物發(fā)光的原理與特點(diǎn)1、生物發(fā)光的定義 生物發(fā)光 是指生物體發(fā)出的光輻射，是生物體釋放能量的一種形式，這種發(fā)光現(xiàn)象廣泛地分散在生物界中。它不依賴于有機(jī)體對(duì)光的吸收，而是一種特殊類型的化學(xué)發(fā)光，也是氧化發(fā)光的一種。第三十張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2、生物發(fā)光的特點(diǎn) 生物發(fā)光的一般機(jī)制是：由細(xì)胞合成的化學(xué)物質(zhì)，在一種特殊酶的作用下，使化學(xué)能轉(zhuǎn)化為光能。 生物發(fā)光的顏色范圍很寬，可從紅光到深藍(lán)光； 氧是幾乎所有生物發(fā)光系統(tǒng)中必須的因素； 生物發(fā)光是由“熒光素酶”與“熒光素

11、”的化學(xué)反應(yīng)所引起的； 所有的生物發(fā)光反應(yīng)似乎都是酶-底物類型的反應(yīng)，但復(fù)雜程度不同，某些生物發(fā)光反應(yīng)涉及3 種或4種底物，而另一些生物發(fā)光反應(yīng)甚至需要3個(gè)或4個(gè)酶的體系。第三十一張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二、生物發(fā)光（二）生物發(fā)光的分類1、據(jù)發(fā)光的機(jī)理不同將生物發(fā)光分為：受激熒光發(fā)光生物發(fā)光化學(xué)發(fā)光超微弱發(fā)光第三十二張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月a、受激熒光受激熒光是指生物體在受到外界光輻射的作用時(shí)，體內(nèi)固有的熒光物質(zhì)或吸收的熒光標(biāo)記物發(fā)光的現(xiàn)象。在生物學(xué)領(lǐng)域中，由于分析物質(zhì)熒光的方法敏感性極高，而且?guī)缀跛械挠袡C(jī)分子都能夠直接或經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)處理后發(fā)生熒光，故很

12、早就受到重視，并逐漸發(fā)展成為生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中的熒光分析。第三十三張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月b、發(fā)光生物發(fā)光 發(fā)光生物是指自身具有發(fā)光器官、細(xì)胞(包括發(fā)光的共生細(xì)菌)，或具有能分泌發(fā)光物體腺體的海洋生物的統(tǒng)稱。 在生物世界里說(shuō)到發(fā)光，人們首先會(huì)想到螢火蟲，但除了這種昆蟲外還有許多生物也能發(fā)光，如一些生活在深海里的魚類，光是一種謀生的手段。夜晚常在近海作業(yè)的漁民甚至是長(zhǎng)住海邊的人經(jīng)常能看到海面上有光帶，這是一些藻類發(fā)出的，當(dāng)它們受到驚擾時(shí)或者是在大量繁殖時(shí)，似乎海洋都開始燃燒了起來(lái)。晚上在海灘上戲耍的孩子們能從海灘上找到沙蠶，這也是一種能發(fā)光的動(dòng)物，除此之外，能發(fā)光的還有水母、珊瑚、

13、某些貝類和蠕蟲等。第三十四張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月c、化學(xué)發(fā)光生物發(fā)光是一種特殊的化學(xué)發(fā)光，它是一類與生命過(guò)程有光的化學(xué)發(fā)光，是在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中(主要為氧化還原反應(yīng))發(fā)出可見(jiàn)光的現(xiàn)象。由兩個(gè)關(guān)鍵步驟組成：激發(fā)和發(fā)射。許多化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行時(shí)能釋放足夠的自由能而把參加反應(yīng)的物質(zhì)之一激發(fā)到能發(fā)射光的電子激發(fā)態(tài)，生成一種激發(fā)態(tài)產(chǎn)物，在它回到基態(tài)時(shí)，剩余能量轉(zhuǎn)變成光子能量產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。第三十五張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月將化學(xué)發(fā)光與免疫反應(yīng)結(jié)合起來(lái)建立的化學(xué)發(fā)光免疫測(cè)定法?；瘜W(xué)發(fā)光標(biāo)記是繼熒光標(biāo)記，放射性核素標(biāo)記，酶標(biāo)記三大標(biāo)記技術(shù)之后，發(fā)展起來(lái)的最新檢測(cè)技術(shù)。全自動(dòng)電化學(xué)發(fā)

14、光免疫分析儀 第三十六張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月d、超微弱發(fā)光超微弱發(fā)光分析： 任何有生命的物質(zhì)人、動(dòng)物、植物和微生物等都有一種超微弱發(fā)光，這是生命體本身所固有的一種屬性：這種發(fā)光可以通過(guò)對(duì)生物分子、細(xì)胞、亞細(xì)胞組份(線桓體、微粒體、脂質(zhì)體)或生物活體(小鼠、樹葉、水果、小過(guò))、器官及體液(血、尿)的測(cè)貢探測(cè)出來(lái)。這些有關(guān)生物超微弱發(fā)光(ultra-weak bioluminescence)的研究課題，構(gòu)成了當(dāng)前生命科學(xué)發(fā)展前沿中的一個(gè)極其重要的研究領(lǐng)域生命系統(tǒng)的超微弱光子輻射(ultra-weak photon emission from living system)。第三十

15、七張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 螢火蟲發(fā)光細(xì)胞中含有熒光素、熒光素酶兩種發(fā)光物質(zhì)。它們與ATP（三磷酸腺苷）及氧一起反應(yīng)，在氧與熒光素結(jié)合時(shí)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移同時(shí)發(fā)生能量的變化釋放出熒光光子而發(fā)光。a、螢火蟲類的發(fā)光2、據(jù)發(fā)光的生物不同將生物發(fā)光分為：螢火蟲第三十八張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月這類發(fā)光過(guò)程包括加氧、激發(fā)與轉(zhuǎn)移，如海螢的發(fā)光：它在自身分開的腺體中分別合成熒光素和熒光素酶，當(dāng)把兩者同時(shí)噴進(jìn)水里時(shí)就會(huì)在水中反應(yīng)而發(fā)光，波長(zhǎng)460納米，光色為藍(lán)色。 海螢2、節(jié)足動(dòng)物及魚類的生物發(fā)光第三十九張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月魚類第四十張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)

16、作于2022年6月包括刺絲胞亞門和櫛水母亞門。這種類型發(fā)光具有各種不同的活化反應(yīng)。亞門和綱不同，活化反應(yīng)與激發(fā)特性也不同。此類發(fā)光還可以從一個(gè)發(fā)光種傳遞激發(fā)態(tài)能量給另一個(gè)發(fā)光種，即有敏化生物發(fā)光現(xiàn)象。這種發(fā)光可發(fā)出不同顏色的光，較多地偏向紅色，波長(zhǎng)480490納米。 3、腔腸動(dòng)物的生物發(fā)光第四十一張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 櫛水母 櫛水母是一種發(fā)光海洋生物，它們可以發(fā)出一種另類的防護(hù)光。這種防護(hù)光通常被稱為“犧牲標(biāo)簽”。當(dāng)櫛水母被捕食者吞到腹中后，會(huì)引起某些半透明捕食者身體發(fā)出光芒，這種光芒對(duì)于捕食者來(lái)說(shuō)是非常危險(xiǎn)，它們因此也成為更上層捕食者的獵物。所以，櫛水母的防護(hù)光也被稱為

17、“犧牲標(biāo)簽”。 第四十二張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月它的反應(yīng)機(jī)制與前三種不同。底物在催化循環(huán)中會(huì)形成還原型核黃素磷酸鹽和醛化合物，當(dāng)遇到熒光素酶和氧時(shí)，就會(huì)形成一種激發(fā)的絡(luò)合物。絡(luò)合物斷裂時(shí)生成氧化核黃素磷酸鹽、酸、水及一個(gè)光子，波長(zhǎng)470505納米，光為藍(lán)綠色。4、細(xì)菌發(fā)光第四十三張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月發(fā)光細(xì)菌用發(fā)光細(xì)菌做“生物燈”第四十四張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月包括海筍屬、蚯蚓屬及柱頭蟲屬等。這類發(fā)光包括兩個(gè)過(guò)程，蟲熒光素與氧或過(guò)氧化物單獨(dú)或兩者作用后先生成超氧陰離子（自由基），然后再激發(fā)。 5、過(guò)氧化氫體系的生物發(fā)光發(fā)光蚯蚓第四十五張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月6、其他發(fā)光生物發(fā)光蘑菇第四十六張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 腰鞭毛蟲當(dāng)岸邊海水中如果聚集大量的腰鞭毛蟲的話，那么它們就會(huì)讓海水呈現(xiàn)出紅褐色，也就是所謂的紅潮。而某些腰鞭毛蟲物種卻可以發(fā)出鐵藍(lán)色的光芒。當(dāng)夜幕降臨時(shí)，大量聚集的腰鞭毛蟲在海岸邊形成一道亮麗、壯觀的藍(lán)色潮汐。如右圖 ：第四十七張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月右圖是一種饑餓的新西蘭發(fā)光蟲，它們從洞穴頂部垂下一根根“漁線”，“漁線”上掛滿了分布均勻的粘性發(fā)光液滴，當(dāng)有昆蟲經(jīng)過(guò)時(shí)，就會(huì)被它們捕獲。 新西蘭發(fā)光蟲 第四十八張，PPT共五十六頁(yè)，創(chuàng)作