8-羟基喹啉在生物样品中微量元素检测的应用

8-羟基喹啉（8-Hydroxyquinoline，简称8-HQ）是生物样品微量元素检测中经典且应用广泛的螯合型显色剂与萃取剂，其分子结构中含有的氮、氧杂原子可提供孤对电子，与绝大多数金属离子形成稳定的五元螯合环，兼具高选择性、强络合能力、显色特性等优势，能有效解决生物样品基质复杂（含蛋白质、氨基酸、糖类、有机酸等）、微量元素含量低（μg/g甚至ng/g级）、易受干扰的检测难题。在生物样品检测中，其适配的微量元素涵盖过渡金属（Fe、Cu、Zn、Mn、Co、Ni）、重金属（Pb、Cd、Hg、Cr）、稀土及碱土金属（Mg、Ca、Al）等，样品类型包括血液、尿液、毛发、组织匀浆、唾液、动植物提取物等，核心应用于微量元素的分离富集、显色定量、前处理净化环节，是原子吸收光谱（AAS）、紫外-可见分光光度法（UV-Vis）、荧光光度法、高效液相色谱（HPLC）等检测技术的关键配套试剂，同时在样品前处理的固相萃取、液液萃取中发挥重要作用，成为生物样品微量元素精准检测的重要工具。

一、适配生物样品微量元素检测的核心特性

8-羟基喹啉能成为生物样品微量元素检测的常用试剂，核心源于其分子结构与络合特性完美适配生物样品的检测需求，同时弥补了直接检测的诸多缺陷，其关键特性体现在四方面：

广谱络合性与结构稳定性：分子中羟基的氧原子和喹啉环的氮原子为双配位位点，可与周期表中绝大多数金属离子（除碱金属外）形成1:1或2:1型稳定螯合物，螯合环的共轭结构使其在酸碱范围（pH 3~10）内性质稳定，不易被生物样品中的酶、有机酸分解，适配不同酸碱性的生物样品前处理体系。

pH依赖性的选择性络合：8-羟基喹啉与金属离子的络合反应具有显著的pH依赖性，通过调节反应体系的pH值，可实现不同金属离子的分步络合与分离。例如，pH 3~4时可与Al³⁺、Fe³⁺络合，pH 5~6时与Cu²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺络合，pH 8~9时与Pb²⁺、Cd²⁺、Mg²⁺络合，这一特性可有效规避生物样品中多种离子的相互干扰，实现目标微量元素的选择性检测。

显色/荧光特性与可萃取性：8-羟基喹啉与金属离子形成的螯合物多为有色结晶或具有强荧光特性，且难溶于水、易溶于氯仿、乙酸乙酯、苯等有机溶剂，既可以通过显色反应直接用UV-Vis定量，或利用荧光螯合物的荧光强度定量（如与Al³⁺、Zn²+形成的螯合物具有特征荧光），也可通过液液萃取将螯合物从水相的生物样品基质中萃取至有机相，实现微量元素与生物基质的分离，消除蛋白质、糖类等基质的干扰。

低毒性与生物相容性：8-羟基喹啉本身低毒，且与金属离子形成的螯合物在常见有机溶剂中溶解性好，不会在萃取或显色过程中产生有毒副产物，同时不会与生物样品中的蛋白质、核酸发生非特异性结合，避免对检测体系造成二次干扰，适配生物样品的检测要求。

二、在生物样品微量元素检测中的核心应用环节

生物样品中微量元素检测的核心难点是基质干扰消除与低含量目标物的富集/定量，8-羟基喹啉主要围绕这两大难点，应用于样品前处理的分离富集和检测环节的显色/荧光定量，同时可作为固相萃取填料的功能配体实现高效净化，各环节应用逻辑与实操要点高度适配生物样品的检测流程。

（一）样品前处理：分离富集与基质净化

生物样品中的蛋白质、多肽、有机酸等基质会吸附微量元素或干扰检测仪器的信号（如AAS中的基体效应），且微量元素含量极低，直接检测易出现检出限不足、结果偏差大的问题。8-羟基喹啉通过络合-萃取或络合-固相萃取实现微量元素的分离、富集与基质净化，使目标物从复杂生物基质中脱离并浓缩，提升检测的灵敏度与准确性，这是其核心的应用环节。

液液萃取（LLE）分离富集：将生物样品经前处理（如血液去蛋白、组织匀浆消化、尿液酸化）后，调节水相体系的pH值至目标金属离子的络合范围，加入8-羟基喹啉使其与微量元素形成疏水性螯合物，再加入有机溶剂（如氯仿、乙酸乙酯）振荡萃取，螯合物会快速转移至有机相，而水溶性的生物基质（如多肽、糖类）则留在水相，实现相分离。通过多次萃取可将微量元素的富集倍数提升至10~100倍，有效降低检测方法的检出限，适配血液、尿液中痕量Pb、Cd、Cr等重金属的富集，后续可直接将有机相导入AAS、HPLC等仪器检测。

固相萃取（SPE）净化与富集：将8-羟基喹啉键合在硅胶、聚苯乙烯-二乙烯苯等固相载体上，制备8-羟基喹啉功能化固相萃取柱，利用其络合特性实现对生物样品中微量元素的选择性吸附。生物样品经简单前处理后过柱，目标金属离子与柱上的8-羟基喹啉形成螯合物被吸附，而杂质基质则随淋洗液流出；再用酸性洗脱液（如稀硝酸、稀盐酸）调节pH，破坏螯合结构，将微量元素洗脱并浓缩，完成净化与富集。该方法相较于液液萃取更高效、有机溶剂用量少，适配毛发、组织匀浆等基质复杂样品中Fe、Cu、Zn等常量微量元素的前处理，且可实现批量样品的处理，提升检测效率。

（二）检测定量：显色剂与荧光试剂

8-羟基喹啉与金属离子形成的螯合物多具有特征的吸收光谱或荧光光谱，可直接作为显色剂（UV-Vis）或荧光试剂，实现生物样品中微量元素的定性与定量检测，该方法操作简便、成本低、快速，适用于基层实验室或现场快速检测，也是经典的定量方法之一。

紫外-可见分光光度法显色定量：针对生物样品中含量相对较高的微量元素（如Fe、Cu、Zn、Al），经前处理分离富集后，调节体系pH至适宜络合范围，加入8-羟基喹啉形成有色螯合物，该螯合物在紫外-可见光区有特征吸收峰（如8-羟基喹啉铁在470nm处有最大吸收，8-羟基喹啉铜在620nm处有最大吸收），通过测定吸光度，结合标准曲线即可实现定量。为提升选择性，可加入掩蔽剂（如酒石酸、柠檬酸）消除共存离子的轻微干扰，适配尿液、唾液中Fe、Zn的快速定量，检测精度可满足生物样品的常规检测要求。

荧光光度法定量：8-羟基喹啉本身荧光较弱，但与部分金属离子（如Al³⁺、Zn²⁺、Mg²⁺）形成的螯合物具有强特征荧光（如8-羟基喹啉铝在365nm激发光下，510nm处有强荧光发射），且荧光强度与金属离子浓度在一定范围内呈良好的线性关系。利用这一特性，可实现生物样品中痕量此类离子的荧光定量，该方法的灵敏度远高于紫外-可见分光光度法，检出限可达ng/g级，适配血液、动植物提取物中痕量Al³⁺、Zn²⁺的检测，且可通过调节pH实现不同离子的选择性荧光检测。

（三）联用技术：配套络合剂提升检测适用性

8-羟基喹啉可作为配套络合剂与现代仪器分析技术联用，解决单一检测技术的局限性，拓展生物样品微量元素检测的范围与精度。例如，与高效液相色谱（HPLC）联用，将8-羟基喹啉与微量元素形成的螯合物进行液相色谱分离，再结合紫外或荧光检测器定量，可实现多种微量元素的同时检测，适配生物样品中Fe、Cu、Zn、Mn等多种离子的同步分析；与原子荧光光谱（AFS）联用，通过8-羟基喹啉的萃取富集，提升样品中痕量Hg、As等元素的浓度，降低AFS的检出限，保证检测结果的准确性；与电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）联用，利用其络合特性消除生物基质的基体效应，提升光谱检测的稳定性。

三、在常见生物样品微量元素检测中的具体应用

不同生物样品的基质特性、微量元素存在形式与含量差异显著，8-羟基喹啉的应用方式（萃取、显色、固相萃取）需针对性调整，核心围绕样品的前处理难度与检测目标物的含量进行适配，以下是血液、尿液、毛发、组织匀浆四类常见生物样品的具体应用场景：

血液样品（血清/血浆）：血液中含大量蛋白质，易吸附微量元素且产生基体效应，检测前需先进行去蛋白处理（如三氯乙酸沉淀）。对于血中Fe、Cu、Zn等常量微量元素，可调节去蛋白后上清液的pH至5~6，加入8-羟基喹啉形成螯合物，经氯仿萃取后，将有机相用于AAS检测或直接紫外显色定量；对于血中痕量Pb、Cd等重金属，采用8-羟基喹啉功能化固相萃取柱进行富集净化，再用石墨炉原子吸收光谱（GFAAS）检测，可有效提升检测灵敏度，满足血中重金属痕量检测的要求。

尿液样品：尿液基质相对简单，含少量有机酸、尿素，微量元素多以游离态存在，是极易检测的生物样品。对于尿液中Fe、Mg、Ca等元素，可直接酸化调节pH后，加入8-羟基喹啉荧光显色，用荧光光度法定量；对于痕量Pb、Cr，采用液液萃取法，以8-羟基喹啉为络合剂、乙酸乙酯为萃取剂，富集后用火焰原子吸收光谱（FAAS）检测，操作简便且结果稳定，也是临床尿液微量元素检测的常用方法。

毛发样品：毛发中的微量元素以结合态存在于角蛋白中，且样品易采集、保存，是反映机体长期微量元素暴露水平的重要样品。毛发需先经洗涤（去除表面污染）、干法/湿法消化后，将消化液调节至适宜pH，加入8-羟基喹啉进行络合，再通过固相萃取柱净化富集，后续用AAS或HPLC检测，可实现Fe、Cu、Zn、Pb、Cd等元素的同时分析，适配职业病防治中重金属长期暴露的检测。

组织匀浆样品（肝、肾、肌肉等）：动植物组织匀浆基质复杂，含大量蛋白质、脂肪、多糖，微量元素多与生物大分子结合。样品需先经消化（微波消解法为佳，减少元素损失），消化液冷却后调节pH，以8-羟基喹啉为络合剂，采用液液萃取法将微量元素萃取至有机相，脱离水相基质干扰，后续用ICP-OES检测，可实现多种微量元素的快速同步定量，适配生物医学研究中组织内微量元素分布的检测。

四、在应用中的优化与抗干扰策略

生物样品中存在的共存离子、有机酸、蛋白质等会对8-羟基喹啉的络合、显色过程产生干扰，导致检测结果偏差，因此实际应用中需通过pH精准调控、掩蔽剂加入、样品前处理优化等方式消除干扰，同时对8-羟基喹啉的使用方式进行优化，提升检测的准确性与选择性，核心策略如下：

pH的精准调控：这是消除共存离子干扰的核心手段，根据目标金属离子与8-羟基喹啉络合的适宜pH范围，采用缓冲溶液（如醋酸-醋酸钠、磷酸氢二钠-磷酸二氢钠）精准调节体系pH，实现目标离子的选择性络合，避免其他离子的共络合（如调节pH 3.5时，仅Al³⁺与8-羟基喹啉络合，可有效消除Fe、Cu的干扰）。

掩蔽剂的合理加入：对于无法通过pH调控消除的共存离子，加入专用掩蔽剂封闭干扰离子的配位位点，使其无法与8-羟基喹啉络合。例如，加入酒石酸、柠檬酸可掩蔽Fe³⁺、Al³⁺，加入氰化物可掩蔽Cu²⁺、Ni²⁺，加入氟化物可掩蔽Ca²⁺、Mg²⁺，掩蔽剂的加入量需精准控制，避免过量掩蔽目标离子。

样品的充分前处理：对于含蛋白质的生物样品（血液、组织），必须通过沉淀、消化等方式彻底去除蛋白质，防止蛋白质与8-羟基喹啉或金属离子结合，破坏螯合反应；对于含脂肪的样品，需通过萃取去除脂肪，避免其包裹螯合物影响萃取或显色效率。

8-羟基喹啉的衍生化优化：为提升8-羟基喹啉的选择性与络合能力，可对其进行简单衍生化（如制备5-氯-8-羟基喹啉、7-碘-8-羟基喹啉），衍生后的试剂与特定金属离子的络合选择性显著提升，且螯合物的显色/荧光特性更优，可有效降低生物样品的干扰，适配痕量、超痕量微量元素的检测。

五、在生物样品检测中的应用优势与发展趋势

相较于其他络合试剂（如二乙基二硫代氨基甲酸钠、偶氮胂Ⅲ），8-羟基喹啉在生物样品微量元素检测中具有成本低、操作简便、广谱络合、适配多种检测技术的显著优势，且试剂易得、稳定性好，既适用于基层实验室的常规检测，也可与现代仪器联用实现高精度检测，因此在临床检验、生物医学研究、职业病防治、食品安全检测（动植物源性食品的生物样品检测）中得到长期且广泛的应用。

随着生物样品微量元素检测向痕量化、高通量、原位化发展，8-羟基喹啉的应用也朝着精细化、功能化方向升级：一方面，通过分子修饰与功能化制备高选择性的8-羟基喹啉衍生物，适配单一痕量元素的精准检测，降低基质干扰；另一方面，将8-羟基喹啉与纳米材料（如纳米二氧化硅、量子点）结合，制备新型荧光探针或固相萃取填料，提升检测的灵敏度与富集效率，实现生物样品中微量元素的原位、快速检测；同时，开发8-羟基喹啉与微流控芯片的联用技术，实现生物样品的微体积前处理与在线检测，大幅提升检测的高通量与自动化水平。

六、应用中的注意事项

试剂的纯度与配制：用于生物样品检测的8-羟基喹啉需为分析纯或色谱纯，避免试剂中的杂质金属离子造成检测污染；试剂通常配制为有机溶剂溶液（如乙醇溶液），配制后需避光保存，防止其氧化失效。

体系的空白控制：生物样品微量元素检测对空白值要求极高，实验过程中需做全程空白对照（如试剂空白、萃取空白），消除实验用水、有机溶剂、器皿中的杂质金属离子对检测结果的影响，实验器皿需用稀硝酸浸泡后洗净，避免金属离子吸附。

螯合与萃取的条件控制：络合反应的温度、时间，萃取的振荡速率、时间均会影响螯合物的形成与萃取效率，需通过预实验确定合适的条件，保证反应充分、萃取完全，避免目标元素的损失。

生物样品的采集与保存：生物样品的采集与保存需遵循无金属污染原则，如血液采集使用无金属真空采血管，尿液、毛发样品需避光、密封保存，防止样品中的微量元素流失或被外界污染。

8-羟基喹啉凭借其强络合性、pH依赖性的选择性、显色/荧光特性，成为生物样品微量元素检测中不可或缺的试剂，其核心价值在于解决了生物样品基质复杂、微量元素含量低、易受干扰的检测难题，在分离富集、显色定量、前处理净化等环节发挥关键作用，适配多种生物样品与检测技术，且随着技术的发展，其应用形式不断优化，检测的灵敏度、选择性与效率持续提升，为临床检验、生物医学研究等领域的微量元素精准检测提供了可靠的技术支撑。

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