（分析化学专业论文）中性和碱性鲁米诺体系在纳米金修饰电极上的多通道电致化学发光.pdf

中f | 、j 科0 姓术人学硕+ 学位沦文 摘要 摘要 本文首先综述了电致化学发光( e c l ) 、化学修饰电极和纳米材料的研究现状和 最新进展。指出传统电极上的e c l 存在电极表面易污染、重现性差、鲁米诺体系的 e c l 需在碱性溶液中进行等问题。提出纳米材料修饰电极由于其优异的电催化作用 和适于发牛异相反应的大的比表面积具有解决e c l 一系列不足的潜力。据此，论文 选择纳米金作为模型体系，通过半胱氨酸( c y s t e i n e ) 作为修饰剂将其自纽装到大块 电极上制得纳米金修饰电极，采用电位分辨的电致化学发光法系统探索了鲁米诺体 系在纳米金修饰电极上的电致化学发光行为、规律和机珲。其丰要研究内容如下： 在溶液p h6 0 9 2 范围内，发现鲁米诺溶液在纳米金白组装金电极上存在四个 e c l 峰( e c l 一1 e c l 一4 ) ，其峰电位分别位于o 6 9 、1 0 3 、一0 4 5 和一i 2 2v 。a 溶液p hi 0 0 i3 0 范围内，仅观察到两个阳极峰e c l i 利e c l 一2 。与裸金电极相 比较，纳米金修饰金电极上的e c l - 1 和e c l 一2 光强增强了2 3 个数量级，表明修 饰上去的纳米金对e c l 具有很强的催化作用。而e c l 4 仅在纳米金修饰金电极上 才能获得，说明只有纳米金存在时e c l 4 才能发牛。此外，纳米金白组装金电极具 何良好的稳定性。将其保存在_ 二次水中一个月，仍能获得基本重现的e c l 羽l c v 信 号。采用电了扫描电镜和紫外一可见反射光谱表征了纳米金修饰金电极的表面状态， 娩不纳米金颗粒在金摹底上均匀分布形成一层连续的单层。通过c c d 研究了鲁米 诺在电极e 的e c l 的空间分布状况，观察到纳米金修饰金电极上分散分布的发光 点，并且e c l t 、e c l 2 和e c l 3 发光局限于电极表面，而e c l 一4 发光则在电极附 近明显被扰动。利用滤光片测定了各个e c l 峰的发光光谱，结果表明所有发光峰的 发光体均为激发态的邻笨二甲酸根离了( a p 2 - ) 。系统研究了溶解氧、氮气，电位 扫描区间，卤素浓度，鲁米诺浓度和p h 对不同的e c l 反应通道的影响，提出了各 个e c l 峰可能的反应机理。e c l l 可能是由于鲁米诺阴离子在+ 0 ，6 7v 氧化为鲁 米诺自由基阴离予，鲁米诺自由基阴离子与溶解氧发生反应而发光，纳米金对此过 程有显著的催化作用；e c l 2 可能是b r 一在高电位下被氧化生成b r o ，b r o 与鲁米 捕耍 诺自由基阴离了反应形成发光，纳米金对此过程也有催化作用：e c l 一3 可能是溶解 氧还原牛成h 0 2 一，h 0 2 一能够氧化鲁米诺形成阴极弱发光：e c l 一4 可能对应于一个 弓电牛的b r ! 、h ( g ) 和h 0 2 - 和纳米金密切相关的复杂电化学发光过程。 其次比较研究了纳米金修饰在不同基底电极( 包括金电极、玻碳电极、石墨充蜡 电极、铂电极等) 上所制备的纳米金修饰电极的电致化学发光性能，目的在于优化纳 米金修饰电极的e c l 性能。实验结果表明，纳米金修饰金和玻碳电极e c l 性能较 其他修饰电极优异，且稳定性较好。系统研究了不同制备方法制得的不同粒径的纳 米金胶修饰的玻碳电极和金电极的e c l 性能及表面状态，不同的修饰方法对修饰电 极e c l 性能的影响。结果表明：1 6n m 金自组装金电极e c l 性能较好，稳定性较 强，具有广阔的分析应用前景。 最后，研究了中性鲁米诺体系在纳米金修饰金电极上的不同电化学技术( 包括 计h 寸电流法、常规脉冲法、差分脉冲法和方波脉冲法) 驱动下的电致化学发光，以 便进一步研究中性鲁米诺在纳米金自组装电极上的e c l 的机理。在计时电流法驱动 r 电位分别从初始值跳到循环伏安驱动fe c l 一1 、e c l 一2 峰值对戍的电位，鲁米诺 j ：6 8 8m s 和1 3 8 0m s 在纳米金修饰金电极上达到最大e c l 强度；差分脉冲法驱动 卜电位正向变化，获得鲁米诺的两个分辨较好的e c l 阳极峰，方波脉冲法获得两个 分辨较差的e c l 阳极峰，常规脉冲法则获得三个e c l 阳极峰。 儿 巾 j 寸科学拉术大学硕十学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h e p r e s e n ti n v e s t i g a t i o na n dd e v e l o p m e n ti nt h ef i e l do fe l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n c e ( e c l ) w e r er e v i e w e d a tc o n v e n t i o n a le l e c t r o d e s ，e c l b a s e dd e t e c t i o ns u f f e r sf r o m s e v e r a lp r o b l e m s f o re x a m p l e ，a l k a l i n ec o n d i t i o ni s u s u a l l yr e q u i r e df o rl u m i n o le c l s y s t e mi no r d e rt oa c h i e v eh i g he c li n t e n s i t ya n dt h el i g h te m i s s i o ni sv e r yw e a ki n n e u t r a ls o l u t i o n m o r e o v e r ，t h ee l e c t r o d es u r f a c ei s r e a d i l yc o n t a m i n a t e d ，r e s u l t i n gi n p o o ra n a l y t i c a lr e p r o d u c i b i l i t y p r e v i o u sw o r kh a sr e v e a l e dt h a tt h eb e h a v i o r o fe c l i s s t r o n g l ya f f e c t e db ya n u m b e ro f f a c t o r s ，i n c l u d i n ga p p l i e dp o t e n t i a l ，e l e c t r o d em a t e r i a l ， a n ds u r f a c es t a t eo ft h ee l e c t r o d e t h e r e f o r e ，i ti se x p e c t e dt h a te c l b a s e dd e t e c t i o nc a n b e i m p r o v e dt h r o u g ho p t i m i z a t i o n o ft h e c o m p o s i t i o na n d s u r f a c es t r u c t u r eo ft h e e l e c t r o d e ，i ts e e m st h a tn a n o p a r t i c l e ss e l f - a s s e m b l e de l e c t r o d e sa r ei n h e r e n t l yi d e a lf o r e c lb e c a u s eo fe n o r m o u ss u r f a c ea r e a t o v o l u m er a t i o ，w h i c hi s h i g h l ys u s c e p t i b l et o h e t e r o g e n e o u s r e d o x c h e m i s t r y w i t h s u r r o u n d i n g e n v i r o n m e n t s t h ea i mo ft h i s d i s s e r t a t i o nw a st oe x p l o r et h el u m i n o ie c lo nn a n o p a r t i c l es e l f - a s s e m b l e de l e c t r o d e s t h ee l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n c e ( e c l ) b e h a v i o ro fl u m i n o lo nag o l dn a n o p a r t i c l e s s e l f - a s s e m b l e de l e c t r o d ei nn e u t r a la n da l k a l i n ec o n d i t i o n sw a ss t u d i e d u n d e r c o n v e n t i o n a lc y c l i cv o l t a m m e t r y ( c v ) t h eg o l dn a n o p a r t i c l e ss e l f - a s s e m b l e de l e c t r o d e e x h i b i t i e de x c e l l e n te l e c t r o c a t a l y t i cp r o p e r t ya n dr e d o xr e a c t i v i t yt ot h el u m i n o le c l s y s t e m ，i nn e u t r a ls o l u t i o n ，f o u re c lp e a k sw e r eo b s e r v e da to ，6 9 ，i 0 3 ，- 0 4 5 ，a n d i 2 2 v ( s c e ) ，r e s p e c t i v e l y ，o nt h ec h i v eo fe c li n t e n s i t yv e r s u sp o t e n t i a l c o m p a r e dw i t h ab u l kg o l de l e c t r o d e ，t w oa n o d i ca n do n ec a t h o d i ce c l p e a k sw e r eg r e a t l ye n h a n c e da n d o n en e wc a t h o d i ce c l p e a ka p p e a r e d i na l k a l i n es o l u t i o n ，t w oa n o d i ce c lp e a k sw e r e o b t a i n e da to 6 9a n d1 。0 3v - r e s p e c t i v e l y , w h i c hw e r em u c h s t r o n g e rt h a nt h o s eo nab u l k g o l de l e c t r o d e t h e s ee c lp e a k sw e r ef o u n dt od e p e n do ng o l dn a n o p a r t i c l e so nt h e s u r f a c eo f e l e c t r o d e ，p o t e n t i a ls c a nd i r e c t i o na n dr a n g e ，t h ep r e s e n c eo f0 2o rn 2 ，t h ep h a n dc o n c e n t r a t i o no fl u m i n o ls o l u t i o n ，n a b rc o n c e n t r a t i o n ，a n ds c a nr a t e t h ee m i t t e ro f a l le c l p e a k sw a si d e n t i f i e d a s3 - a m i n o p h t h a l a t eb ya n a l y z i n gt h ee c l s p e c t r a t h e s p a t i a l d i s t r i b u t i o no ft h el u m i n o le c l p e a k so nt h eg o l dn a n o p a r t i c l e ss e l f - a s s e m b l e d e l e c t r o d ew a ss t u d i e db yc c d t h es u r f a c es t a t eo f t h eg o l dn a n o p a t t i c l e ss e l f - a s s e m b l e d i i i 巾吲科学拄术大学硕士学位论文 a b s t r a c l _-，_-_一 e l e c t r o d ew a sc h a r a c t e r i z e db ys c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ( s e m ) a n du v - v i s i b l e r e f l e c t i o n s p e c t r a t h em e c h a n i s mf o rt h ef o r m a t i o no ft h e s ee c lp e a k s h a sb e e n p r o p o s e d e c l 1i sl i k e l yd u et ot h a tl u m i n o ir a d i c a l sf o r m e db yt h ee l e c t r o o x i d i z a t i o n o fl u m i n o la n i o n sr e a c tw i t hd i s s o l v e do x y g e na n dg o l dn a n o p a r t i c l e sc a r ts t r o n g l y c a t a l y z et h ep r o c e s s e c l 一2m a yc o r r e s p o n d t ot h er e a c t i o no fl u m i n o lr a d i c a l sw i t hb r o a n dg o l dn a n o p a r t i c l e sc a na l s os t r o n g l yc a t a l y z et h ee c l - - 2p r o c e s s ；e c l - 3i sp r o b a b l y t h er e a c t i o no fl u m i n o la n i o nw i t hh 0 2 一a n db r o 一；e c l - 4 ，c o r r e s p o n d i n gt oac o m p l e x e c lp r o c e s s ，i sr e l a t e dt oe l e c t r o g e n e r a t e db r 2 ，h ( g ) ，a n dh 0 2 一a n dn a n o g o l da n d f u r t h e rw o r ki sn e e d e df o rt h ec l a r i f i c a t i o no ft h i sp r o c e s s p r e s e n tw o r ks h o w st h a tt h e g o l dn a n o p a r t i c l e s s e l f - a s s e m b l e de l e c t r o d ei so f u n i q u ec a t a l y t i cp r o p e r t y a n d e l e c t r o c h e m i c a lr e a c t i v i t yw i t hr e s p e c tt ot h el u m i n o le c l r e a c t i o n s s t r o n gl u m i n o le c l i sf o rt h ef i r s tt i m eo b t a i n e di nn e u t r a l p h ，i m p l y i n gt h a t l u m i n o le c lo nt h e g o l d n a n o p a r t i c l e ss e l f - a s s e m b l e de l e c t r o d ei s o f g r e a tp o t e n t i a lf o rt h es e n s i t i v ed e t e c t i o no f b i o l o g i c a l l yi m p o r t a n tc o m p o u n d so c c u r r e d i n p h y s i o l o g i c a lp hd u et o t h ee x c e l l e n t b i o c o m p a t i b l ep r o p e r t yo fn a n o g o l d m o r e o v e r ，c o m p a r a t i v e s t u d i e so nt h el u m i n o le c l p r o p e r t i e s a tt h e g o l d n a n o p a r t i c l e s e l f - a s s e m b l e de l e c t r o d e sw i t hd i f f e r e n ts u b s t r a t e sa sw e l la sd i f f e r e n t d i a m e t e r so f g o l dn a n o p a r t i c l e sw e r e c a r r i e do u t ，i tw a sf o u n dt h a tt h eg o l dn a n o p a r t i c l e s s e l f - a s s e m b l e da ua n dg l a s s yc a r b o ne l e c t r o d e sc o u l dl e a dt on o v e le c l p r o p e r t y ，a n d s t r o n gl u m i n o le c l i nn e u t r a lp hc o n d i t i o n sc o u l db eo b t a i n e do ns u c he l e c t r o d e su n d e r c vc o n d i t i o n sw i t he x c e l l e n ts t a b i l i t ya n dr e p r o d u c i b i l i t yw i t h o u ta n yp r e t r e a t m e n to f e l e c t r o d es u r f a c e t h ee c lp r o p e r t ya n dr e p r o d u c i b i l i t yo f1 6 n m d i a m e t e rn a n o g o l d s e l f - a s s e m b l e da ue l e c t r o d ei se x c e l l e n ta n di so f g r e a tp o t e n t i a lf o ra n a l y t i c a lc h e m i s t r y f i n a l l y ，t h e e c lb e h a v i o ro fl u m i n o lo n g o l dn a n o p a r t i c l e s s e l f - a s s e m b l e d e l e c t r o d e sw a s i n v e s t i g a t e db y d i f f e r e n te l e c t r o c h e m i c a l t e c h n i q u e s s u c ha s c h f o n o a m p e r o m e t r y ，d i f f e r e n t i a lp u l s ev o l t a m m e t r y ( d p v ) ，n o r m a lp u l s ev o l t a m m e t r y ( n p v ) a n ds q u a r ew a v ev o l t a m m e t r y ( s w v ) t h ec h r o n o a m p e r o m e t r i ce x p e r i m e n tw a s p e r f o r m e dw i t ht h ep o t e n t i a ls t e p p i n gf r o mt h e i n i t i a lv a l u et ot h ee c l p e a kp o t e n t i a l s u n d e rc vc o n d i t i o n s i tt o o ka b o u t6 8 8m sa n d1 3 8 0m sf o rl u m i n o lt or e a c hi t s m a x i m u me c l s i g n a l s o nt h e g o l dn a n o p a r t i c l e s s e l f - a s s e m b l e da u e l e c t r o d e ， r e s p e c t i v e l y u n d e rd p vc o n d i t i o n ，t h ep o t e n t i a lc h a n g e dp o s i t i v e l y ，t w ow e l l r e s o l v e d i v 中i i l ：f 技术人学顼十学位论文 a b s t r a c t e c la n o d i cp e a k sw e r eo b t a i n e d t w ob a d l y - r e s o l v e de c la n o d i cp e a k sw e r eo b s e r v e d u n d e rs w vc o n d i t i o na n dt h r e ee c la n o d i cp e a k sw a so b t a i n e du n d e rn p vc o n d i t i o n v 巾科学技术大学硕士学位论文 第章综述 第一章综述 本论文的研究课题涉及电致化学发光( e l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n c e o r e l e c t r o g e n e r a t e dc h e m i l u m i n e s c e n c e 简称e c l ) 、化学修饰电极( c h e m i c a l l y m o d i f i e d e l e c t r o d e 简称c m e ) 、纳米材料科学( n a n os c i e n c e ) 等多个学科。本章综述了相 关领域的研究进展，并在此基础上提出了本论文研究课题。 1 1 电致化学发光 电致化学发光( e l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n c eo re i e c t r o g e n e r a t e dc h e m i l u m i n e s c e n c e 简称e c l ) 是将电化学手段与化学发光技术相结合的一种研究方法，它是光、电化 学相瓦渗透的产物【1 7 】。它不仅具有化学发光分析灵敏度高、线性范围宽、仪器简 单的优点，同时还具有化学发光无法比拟的优点，如：一些不稳定试剂可现场产牛、 反应易于控制、一些试剂可以重复使用、可进行原位( i ns i t u ) 检测等。目前e c l 作为一种高灵敏度和高选择性的检测方法已经成为国际上电化学工作者十分感兴趣 的新兴研究领域之一。随着人们对e c l 的认识日趋成熟，e c l 分析技术在有机、 无机、分析、高分予等化学学科中得到了广泛的应用。特别是近年来该技术正在被 越来越广泛地应用于环境科学、生命科学、医药学等研究领域【8 2 0 】。典型的e c l 发光试剂如鲁米诺( l u m i n 0 1 ) 、联吡啶配合物( 即t r i s ( 2 ，2 - b i p y r i d y l ) f u t h e n i u m ， r u ( b p y ) 3 2 + ) 及其衍生物、光泽精在传统电极( 如金电极、玻碳电极、石墨充蜡电极、 铂电极等) 上e c l 已有文献报道【2 1 2 3 】。本论文主要涉及鲁米诺体系的e c l ，因 此本节重点综述了这方面的研究进展。 1 1 1 电致化学发光的发展历史 很久以来，人们就知道通过电解会产生发光现象。在1 9 2 7 年，d u f f o r d 等【2 4 在g r i g n a r d l - 式剂的无水乙醚溶液中首先观察到e c l 现象，接着1 9 2 8 年，h a r v e y 【2 5 】在 巾科学技术人学硕十学位论文 第章综述 较低电位下( + 2 8v ) 电解碱性鲁米诺( 3 - 氨基二甲酰肼) 水溶液时首次观察电极附 近有发光现象。在2 0 世纪中期以来人们在对新型碳氢化合物配合物( r u ，0 s ，p t ，p d 等过渡金属配合物) 和团簇( m o ，w 等团簇) 的光化学和电化学性质的认识方面 f 2 6 2 9 1 取得了很大的进展，与此同时也促进了e c l 理论实验技术分析方法的初步形 成。美国的t k u w a n a ，l r f a u l k n e r ，a j b a r d 等人仔细研究了大量芳香族化合物的 e c l 并对其机理进行了深入探讨 3 0 3 3 】。随着电子技术迅猛发展，集成电路的广泛 使用，使用多种脉冲信号，如线性扫描、正矩形扫描、双阶跃脉冲等，可测到更弱 光信号，拓宽其研究领域。而到八十年代，随着多种电极和仪器系统的改进，许多 新体系的发现，e c l 开始广泛地应用于分析科学、环境科学、生命科学和医学等领 域。美国a j b a r d 于1 9 8 4 午【3 4 提出电生联毗啶钌的方法作为免疫分析的可能性， 并进一步使e c l 进入了实用阶段。 1 1 2 电致化学发光的特点 电致化学发光作为一种结合电化学和化学发光的分析测试技术，具有荧光分析 和化学发光分析的性质，同时具有电化学的一些性质。概括起来，它有以下六方面 的特点： a ) 具有高灵敏度、线性范围宽、以及高的抗干扰能力。e c l 由电化学于段激发 产牛，因而背景信号低无需额外的滤波仪器，从而无需使用昂贵仪器就可获得高 灵敏度的检测。而n _ e c l 反应产生于电极表面，采用特殊电化学技术给e c l 提供了 很多暂态控制。另外，发光集中在电极表面，通过优化电极的材料、尺寸和位置可 以更精确地调节检测装置的形状和位置来获得最高灵敏度。而且通过固载物质的修 饰电极上产生的e c l 信号，许多不稳定分析物( 如反应中间体) 可产生瞬间e c l 而 被检测。而利用电解电位的控制技术可以提高方法的选择性。相对于电化学测定法 来说，e c l 方法抗干扰能力要强很多。 b ) 设备简单，操作简便，可同色谱和电泳技术联用检测分离物。由t e c l 法的 氧化剂直接由电解产生，无须额外加入氧化剂，从而简化了e c l 的设备装置。e c l 与色谱和电泳技术的联用具有高选择性、高灵敏度、高重现性和快响应等特点。尽 2 巾 d 科学技术大学硕士学位论文 第一章综述 管c l 也可以同许多技术如高效液相色谱法( h p l c ) 、液相色谱法( l c ) 、毛细管 电泳( c e ) 和流动注射法( f i a ) 等联用，但需要在分离液中加额外试剂，这导致 增加仪器成本、样品被稀释和峰展宽等缺点。而在e c l 中，试剂已存在于样品中并 在电极表面上具有活性。这样的在线化合物不仅用于产生共反应物，而且允许检测 大量的分析物。 c ) 可进行原位现场分析。e c l 反应产生于电极，即化学发光位于电极表面附近， 可通过电位将反应初始条件、速度和历程予以控制，即可以方便地进行原位、现场 ( i ns i t u ) 分析。 d ) 对发光反应机理的研究有独特性。e c l 法可对发光强度和电解电流进行同时 测定。另外，可同时通过发光信号的寿命和波长，进行不同参数利多种特性的同时 分析。从而，能提供更多的反应信息，有助于反应机理的阐明。 e ) 某些分析物能通过电化学过程再生循环参与发光反应大大提高方法灵敏度。 另外，一些e c l 标记物，尤其是钌的配合物具有可循环再生的特性，不仅有利于节 省试剂，而且将此类循环e c l 化合物固载，可制作成永久性传感器。 d ) 对于不稳定的c l 试剂以及e c l 所需活性物种可以在电极表面现场产牛，可 以通过改变电极电位来控n c l 反应的发生和速率、甚至反应进程，通过改变电极电 位实现发光反应的开关。此外，某些对c l n _ 惰性的分析物可以通过电化学反应转变 成活性物种从而扩大c l 分析的应用。 1 1 3 鲁米诺体系的e c l 1 1 3 1 鲁米诺的性质 鲁米诺是最早研究、使用最广泛的e c l 试剂之一，可应用于痕量检测、免疫分 析和牛化分析等 3 5 】。其结构式如下： 中闻科学技术 学硕士学位论文第章综述 o a p 2 一 o l h oo 图1 - i 鲁米诺相关物种的结构式 f i g u r e1 - 1 s t r u c t u r ef o r m u l ao f l u m i n o la n di t sr e l a t e dc o m p o u n d s l 。般认为鲁米诺体系的e c l 机理和其c l 机理类似，即鲁米诺阴离了( l h 一) 在电 极上发生单电了转移反应生成d i a z a q u i n o n e ，然后被超氧基阴离了( 0 2 ”) 或过氧化 氢阴离了( h 0 2 一) 进一步氧化为激发态的3 一氨基邻苯二甲酸根离子( a p 。+ ) ，在返 回摹态的驰豫过程中释放出光子。h a a p a k k a 平1 3 k a n k a r e 在这方面的工作最为突出， 他们利用旋转环盘电极对碱性鲁米诺的e c l 机理进行了详细研究1 3 6 ，3 7 ，认为： ( i ) 鲁米诺( l h 2 ) 在碱性溶液中离解为一价阴离了； 州) 盘电极上施加一定的负电位( - 0 7v ) 用于还原溶液中的溶解氧成为h 0 2 - 同时 施加对称方波电位到环电极上： ( i i i ) 由于盘电极的旋转电解生成的h 0 2 一被输送到环电极表面在正电位脉冲e h 0 2 一 经由0 2 “变成新生态氧，l h 一经由鲁米诺自由基( l “) 变成a p 2 。： ( i v ) 某些超氧化物与l “发生c l 反应产生光辐射( x = 4 2 5n m ) 。 挣吼。噼一 巾科学技术人节硕十学位论文 帮章综述 1 1 3 2 鲁米诺体系电致化学发光的机理研究 自1 9 2 9 年h a v e r y 3 8 】在电解碱性鲁米诺时发现电极上有发光现象以来，人们在 鲁米诺的e c l 机理和应用研究方面开展了一系列的工作。由于鲁米诺的e c l 机理比 较复杂，缺少合适的研究手段，人们对鲁米诺体系的电致化学发光机理的认识存在 很大的不足。到目前为止依赖于不同的电极系统和反应体系，人们分别提出了以下 几种鲁米诺e c l 发光机理： a ) h a a p a k k a d 、组利用旋转环盘电极系统研究了鲁米诺的e c l 过程，提出的鲁米诺 体系典型的电致化学发光机理见1 1 3 1 。 b ) s a k u r a 等【3 9 通过在p h7 4 磷酸缓冲溶液中加入h 2 0 2 来诱发鲁米诺的e c l ，并 成功建立起了 h 2 0 2 及通过酶催化反应能产生h 2 0 2 的物质的分析方法。他们发王见发光 过程比较复杂，不仅涉及到酰肼基团的氧化，也伴随着氨基的氧化过程。 c ) 安镜如等【4 0 】研究了在k o h - k c i ( p h1 2 5 ) 介质中鲁米诺的e c l ，发现在p t 电极上施1 3 h + i 2v ( v s s c e ) 的矩形脉冲时，可观察到鲁米诺的发光现象。通过分析 光谱和电化学数据，结合键间电子云密度计算，他们给出了鲁米诺e c l 的发光机理； l h 一在电极上发生单电了氧化反应生成l “，然后进一步发牛3 电了氧化反应牛成 a p 2 2 - * 而发光。 l h 2 + o h 一+ l h 一+ h 2 0 l h 一+ o h 一一e + l - + h 2 0 l _ + 4 0 h 一3 e + a p 2 2 一+ + 2h 2 0 + n 2 a p 2 2 一十，a p 2 2 一+ h y ( x = 4 2 5r i m ) d ) 安镜如等 4 1 研究t s 0 3 2 _ 对n a 2 c 0 3 一n a h c 0 3 一k c i 鲁米诺体系e c l 的抑制作 用，籍此建立y s 0 3 2 - 的分析方法，初步给出了可能的发光机理：在幅值为+ 1 7v ( w s c e ) - - - - 角波脉冲激励下，溶液中c 厂被氧化为c i o 一，然后很快分解出原子态氧( 【o ) ， o 】氧化鲁米诺而发光。 c l - + 2 0 h 一_ 2 e c i o 一+ h 2 0慢反应 2 c i 一一2 e c 1 2快反应 中圆科学技术大学碗士学位论文第曹综述 c i o 一一c r + 【o l h 一+ o h 一一e + l ”+ h 2 0 2 l - + 3 o + 2 0 h 一_ 2 a p 2 2 - + 十2 n 2 + h 2 0 + a p 2 2 一十_ a p 2 2 一+ hv ( x = 4 2 5n m ) e ) v i t t 等 4 2 利用旋转环盘电极系统研究了不同电极材料上鲁米诺i 拘e c l 行为 利用稳态近似法分析所得的电化学和光谱数据给出了溶解氧或h z o z 存在情况下的 e c l 反应机理：l h 一在电极发生单电子氧化反应生成l “，l 。可进一步发生3 电子氧化 反应生成a p 2 - ，后一步电极氧化过程不具有发光活性。h 2 0 2 会发生如下电极反应： h 2 0 2 + o h 一_ h 0 2 一+ h 2 0 h 0 2 一+ o h 一一e + 0 2 。+ h 2 0 0 2 “一e 。0 2 在溶液中发生如下发光反应： l - + 0 2 + 0 2 - + l l “+ 0 2 。 a p 2 2 - + + n 2 a p 2 2 - 一+ a p 2 2 一+ hv ( 入= 4 2 5r i m ) h 2 0 + 0 2 - 十0 2 。一+ 0 2 + h 0 2 - + o h 一 他们采用+ o 5 5v ( w s c e ) 的电位激励鲁米诺发光，通过比较在a u 、p b o z 、b i 搀杂 的p b 0 2 ( b i p b = 0 0 1 ) 、玻碳、p t 和p d 电极上的发光强度以及鲁米诺的电解效率， 指出发光强度与电极的活性成反比，即鲁米诺的电解效率越高发光强度越低，电解 效率越低发光强度越高。 f )我们小组采用循环伏安驱动的电位分辨电致化学发光分析法，在p t 、a u u c u 电 极上系统研究了静态溶液体系中鲁米诺的e c l 行为，发现鲁米诺的e c l 与鲁米诺的 电极氧化过程以及电解过程产生的氧化性物种密切相关 2 3 ，4 3 - 4 5 。 通过系统研究不同表面状态p t 电极碱性鲁米诺体系的p r e c l 行为，存在4 条 可能的e c l 反应通道【2 3 】：e c l 一1 ( o 5 0 vv s a g ) ，鲁米诺阴离子( l h 一) 被氧化为鲁 反应在引用时重新进行配平原文为l + 2 f o j - a p 2 一+ h 2 叶1 【d 科学技术人学硕七学位论文 第。章综述 米诺自由基( l h “) 后被p t o 进一步氧化为激发态3 - 氨基邻苯二甲酸根离子( a p 2 一) 而发光；e c l 一2 ( 0 7 5vv s a g ) 则是由于溶液中o h 一被电氧化产生的原子态氧【o 迅速氧化l h _ 牛成a p 2 - 而发光：e c l 一3 ( 0 2 2 v v s a g ) 的机理是l h 一在o h - 存在 下被氧化为鲁米诺自由基阴离子( l “) ，l 。与溶液中的溶解氧反应生成0 2 “，虽后 l ”与0 2 。- 生成a p 2 一+ 而发光；e c l - 4 ( i 1 0 vv s a g ) 对应于吸附性【o 】。d 。在p t 电极 表面的牛成以及新鲜0 2 的析出，它们均可以氧化l h 一生成激发态a p 2 - 而发光。并 且，不同的电极预处理方法( 直接抛光或电化学预极化) 产生不同的p t 电极表面状 态对4 个e c l 通道分别具有选择催化性能。 由于仪器系统的改进，对碱性鲁米诺体系在金电极上的p r e c l 行为的研究采用 了比早期p t 电极更宽的电势窗范围，结果分辨出6 条e c l 反应通道【4 3 】。相应的 e c l 反应机理可能是：e c l 一1 ( 0 2 8vv s s c e ) 与鲁米诺在p t 电极上的e c l 一3 类似， 口 能是l “与溶液中的溶解氧反应最终生成a p 2 _ 而发光；e c l 一2 ( 0 5 0vv s s c e ) 被 认为是由于乙“被金的氧化物层氧化而发光：e c l 一3 ( 1 0 0vv s s c e ) 则是由于l “ 被溶液中o h 一电氧化生成的新鲜0 2 迅速氧化生成a p 2 - 而发光；e c l 4 ( 1 4 3vv s s c e ) 的机理可能是o h 一被电氧化生成的0 2 “与l “进一步反应生成a p - + 而发光； e c l 一5 ( 一0 3 3vv s s c e ) 可能对应于0 2 还原生成过氧化氢阴离子( o o h 一) 的过程， o o h 一进一步氧化l h 一生成激发态a p 2 - 而发光：e c l 6 表现为回扫过程中的宽峰，由 于在高电位下( 1 5 6 1 6 6vv s s c e ) c i 一可以被氧化生成c i o 一，后者可能与l “反应 牛成a p 而产生持续发光现象。 碱性鲁米诺体系在铜电极上存在3 条e c l 反应通道。由于铜电极表面的铜氧化 物在碱性溶液中的催化作用比较突出，因此这3 条e c l 反应通道可能均与铜的氧化 物相关，相关的机理可能是：e c l 一1 ( o 3 0vv s s c e ) ，鲁米诺被氧化为l “，r 与 电极表面的氧化铜或溶液中的溶解氧作用产生发光。e c l 2 ( 一0 ，6 5v v ss c e ) ，溶液 中的溶解氧还原为o o h 一，c u ( i i ) 氧化物还原为c u ( 1 ) 氧化物，鲁米诺在c u 0 ) 氧化物 催化下与o o h 一反应产生发光。e c l 3 ( - 0 2 4vv s s c e ) ，铜被氧化为c u o ，c u o 直 接氧化l h 一而产生发光。本实验室的研究表明，尽管铜电极的电势窗较窄，鲁米诺 的e c l 光强较弱，但是各个e c l 反应通道的选择性较好，例如对铜电极上的e c l 一1 通道，试验发现2 0 种氨基酸、多巴胺、肾上腺素和去甲肾上腺素的存在几乎没有影 中l “科学技术人学硬十学位论文 第章综述 响，表明铜电极上鲁米诺的e c l 一1 有高度的选择性，作为生物传感器与免疫分析的 标记物质具有很好的应用前景。 g )各种形式的碳电极是一类重要的非金属电极材料，其电势窗都比较宽，有利 于研究循环伏安法驱动的鲁米诺p r e c l 行为。玻璃碳电极( g c e ) 具有相对稳定的电 极表面状态，很难象金属电极一样形成表面氧化物层。实验发现，碱性鲁米诺体系 在g c e 上随电位的变化存在1 条阴极e c l 通道和3 条阳极e c l 通道，其发光反应 的可能机理分别是 4 4 】：e c l 1 ( 0 3 7v v sa g )