高等仪器分析：现代电分析化学 -04

1、第四章 电分析化学联用技术,现场光谱电化学实验要素,1 光谱电化学检测池图,4.1 现场光谱电化学,4-2. 含双铂金工作电极的真空薄层光谱电化学池示意图,4.12 现场光谱电化学实验要素2-光谱检测,图4.3 研究电致变色膜的光谱电化学实验装置图,4.13 锌-卟呤-纤维素（Zn-C）的光谱电化学行为,M = Zn,图4.5 锌-卟呤纤维素（Zn-C）的结构式,图4.7 Zn-C 还原过程的紫外可见-近红外 光谱电化学谱（电解液为含0.1 M TBAHFP 的THF， 施加电位为-900-1175 mV vs. Ag/AgCl， 插图为差分谱,图4.6 Zn-C 氧化过程的紫外可见-近红外光

2、谱电化学谱（电解液为含0.1 M TBAHFP 的THF， 施加电位为750-1000 mV, vs. Ag/AgCl， 插图为差分谱。,4.14 光敏蛋白质复合膜的现场光电化学行为,图4-8. RC复合膜的电化学现场光谱信号，外加电位为0.8V （vs. SCE）， 图示为施加电位时间（min）,图 4.4 修饰于ITO电极表面肌红蛋白膜的电驱动吸收光谱图 施加氧化电压前(0 min) 和施加电压后5 min 内蛋白膜的吸收曲线;,修饰于ITO电极表面肌红蛋白膜的电驱动吸收光谱图 氧化过程的吸光度-波长-加电压时间3维图,现场飞秒泵浦探测/电化学联用技术的构建,4.15 现场电化学-圆二色谱

3、（EC-CD）,圆二色谱可以提供有机分子的手性或生物大分子立体构象的信息，结合电化学氧化/还原反应的可以研究手性分子反应机理或电驱动下蛋白质三级结构变化的特征，可以分辨蛋白质折叠或折叠之间的变换。现场电化学-圆二色谱（EC-CD）的检测池类似测量紫外-可见吸收的薄层光谱电化学池。,图 4.8锌-卟呤纤维素（Zn-C）连续氧化/还原循环过程 (使用图示正/伏方波刺激) CD吸收带和可见吸收 (424 nm) , 电解液为含.1 M TBAHFP 的THF， 施加方波电位幅值为+1000和-200 mV ( vs. Ag/AgCl)。,图4. 9 VD2电化学氧化机理,图4.10 5x10-4 M

4、 VD2 的乙醇溶液（含0.05 M高氯酸锂）在玻碳电极表面氧化过程的连续循环伏安曲线（ 扫速v为40 mV/s）15表明第1至第5圈扫描，插图为Ip v1/2 曲线。 （B）为同样浓度的VD2 在长光程薄层池中的CD光谱图，施加电位依次为（1）0.6；（2）0.8；（3）0.9；（4）0.98；（5）1.03；（6）1.08；（7）1.13；（8）1.2 V,A,B,4.16 现场红外及拉曼光谱电化学技术,图4-12. Pt（111）电极表面甲醇氧化及甲酸氧化过程的现场红外反射光谱（A）.1 M CH3OH/0.1 M HClO4 （B）1 M HCOOH/0.1M HClO4，施加电位标于

5、图中，参比光谱测量时电位控制在0.05 V,图 4-14. 介体存在下1.7 mM DesulfoVibrio gigas 氢化酶在含100 Mm KCl 的100 mM Tris 缓冲液 （pH 7.7，40 C） 中的红外光谱电化学信号 （124次扫描平均）。（A）-210 mV 下 6 小时，（B）-300 mV 下2 小时，（C）-400 mV 下 2 小时， （D）-500 mV 下2 小时 （E） -600 mV 下 2 小时,图 4-13. 介体存在下1.3 mM DesulfoVibrio gigas 氢化酶在含100 Mm KCl 的100 mM Tris 缓冲液 （pH 7

6、.7，40 C） 中的红外光谱电化学信号 （124次扫描平均）。施加电位 500 mV， 时间： （A）15 min，（B）30 min， （C）45 min，（D）60 min （E） 77 min。,图4-15 铜电极表面0.05 M 吡啶的电化学现场表面增强拉曼图，电极表面施加电位为（a）0 V（b） -0.4 V（c） -0.8V（d）-1.2V（e）-1.6V （vs Ag/AgCl） 。激光强度200 Mw，激发波长750nm,4.2 现场电化学-电子自旋共振（EC-ESR）,图4.17 EPR 响应图谱 (a) 4.9 mM TCNQ/0.1 M n-Bu4NPF6/DCE 溶液

7、)的现场EC-EPR谱, EPR 调制放大: 0.02 mT; (b) 5.3 mM TCNQ/0.1 M n-Bu4NPF6/DCE经过度电解后样品的非现场EPR 谱, EPR 调制放大: 0.01 mT; (c) 稀释50倍后的(b) 样品的(即0.1 mM TCNQ - /2 mM n-Bu4NPF6/DCE) 的非现场EPR 谱, EPR 调制放大: 0.05 mT; (d)液液EC-EPR池中的现场EPR响应, 水/DCE 界面经5.4 mM TCNQ /50 mM BTPPA +/TCPB- 活化, EPR 调制放大: 0.05 mT; (e) 5.4 mM TTF/0.1 M n

8、-Bu4NPF6/DCE 溶液)的现场EC-EPR谱, EPR 调制放大: 0.05 mT; (f) 液液EC-EPR池中的现场EPR响应, 水/DCE 界面经5 mM TTF /50 mM BTPPA +/TCPB- 活化, EPR 调制放大: 0.05 mT,4.3 现场电化学和核磁共振(EC-NMR)图4-20.,基于Varian A-60核磁样品管的EC-NMR装置。（a）1.8-mm 毛细管；（b）树脂玻璃盖；（c）铜引线；（d）5-mm NMR管；（e）NMR 微调控制转轮；（f）NMR 微调控制器；（g）NMR 探针玻璃套管；（h）参比和对电极 （i）Sb-SnO2 膜；（j）探

9、头线圈 （k） 石墨塞 （l）石墨柱 （m）储Hg池；（n）石墨皿,图4-21 常规10 mm NMR 样品管中同轴三电极系统 (a) 参比电极毛细管 (b) 柱状Pt 网电极 (c) 连接对极/工作电极的4个针眼 (d) Teflon圈 (e)管式工作电极(镀在玻璃表面的金膜) (f) NMR射频线圈.,图4-22 同轴三电极连接系统示意 (a) 射频扼流圈(b) 三电极外接仪器插孔 (c) Teflon上口塞 (d) 铝连接条 (e) O型圈 (f) 聚丙乙烯柱 (g) 5 mm 镀金玻璃管,图4-23 不同工作电极对高场1H NMR ( 300 MHz) 信号的影响. (a) 螺旋状铂丝

10、 (b)圆桶状铂网 (c) 金薄膜.,图4-24 对苯醌现场EC-NMR响应, 1H NMR ( 300 MHz) 在130 min 内每隔10 min 记录一次, 实验条件: 0.1 M 对苯醌/0.1 M KCl/0.3 DCl, Eappl.=-0.5 V vs. Ag/AgCl.,4.4 电化学-质谱（EC-MS）,A new electrochemical flow-through cell is developed for on-line electrochemistry/mass spectrometry (EC/MS) that allows easy access to th

11、e working electrode for replacement. It can be used to determine the number of moles of analyte transferred from the cell to the LC/MS interface and thereby estimate the sensitivity in on-line EC/MS.,Cyclic voltammogram of 1 mM uric acid in 0.1 M NH4OAc.,(b) FIA of uric acid in 0.1 M NH4OAc,An Elect

12、rochemical Cell for On-Line Electrochemistry/Mass Spectrometry Anal. Chem. ; (Article); 1997; 69(24); 5067-5072,尿酸在0.1M NH4Oac中的现场EC/TSP/MS响应曲线。工作电极施加电压：0.7 V vs. Pd，流速1.0 mL，流动相为0.1M NH4Oac。,电化学发光（ECL）是研究电极表面发光自由基的有力手段，常见的ECL化合物包括多环芳烃、硝基化合物、氨基苯二酰一肼（luminol）、三吡啶钌 等，其发光自由基可表现出强烈的氧化/还原特性。通过研究由电化学快速电子传

13、递反应产生的高能激发态的发光过程可建立相应的定性或定量分析方法。ECL的测量常在脱氧的非水介质（如乙氰或二甲基甲酰胺）中进行。,4.5 电化学发光（ECL）,电化学发光机理：,影响电化学发光的因素通常包括： （1）发光体系选择及电化学激励信号。 各种脉冲正弦波、三角波、锯齿波、双阶跃波、正矩形波等均可对发光分子的发光行为产生影响，其中包括波形、脉冲强度、脉冲周期、幅值等。如对于鲁米诺发光体系，有报道发现波形不同, ECL光强及光强-时间变化也不同，而且在正矩形脉冲条件下, 产生的ECL信号峰形状稳定, 峰高变化较小，脉冲幅值在脉冲幅值0.15V (vs.Ag/AgCl) 处有微弱光产生, 随着

14、幅值的增大光强也随之增强, 当脉冲幅值达到1.3 V左右, 光强达到最高且较稳定。当脉冲在半周期为毫秒级时, 可产生连续的光, 但随着反应的进行, 光强大幅度降低; 当半周期为秒级时产生不连续发光, 光强随脉冲电压而呈脉冲式变化。工作电极处于高电位时有光产生; 处于低电位时则无任何光信号。光信号周期和脉冲周期一致, 这样可以有力说明光的产生是由电解引发的。即便体系存在化学发光, 也很容易区分化学发光光强和电化学发光光强, 因为化学发光作为背景其光强是以基线形式存在的。,（2）溶液酸碱性对ECL的影响。多数研究认为鲁米诺的ECL需在强碱环境中发生, 但也有报道鲁米诺的ECL也可以在弱酸性及中性环

15、境中发生。鲁米诺在酸性、中性、碱性体系中的ECL信号有明显区别，在碱性环境中光衰减很快, 体系处于高电位时有光强, 当电位降低时几乎无任何光信号；而在酸性环境中ECL衰减较慢, 有一定的持续性。 （3）ECL强度与发光物质浓度的关系。研究表明，随着鲁米诺浓度的增加, 光强也随之增强，发光强度与鲁米诺的浓度在1.010-71.010-5 mol/L范围内呈线性关系。 （4）共存物质对ECL的影响。有报道硫脲、过氧化氢、二价铁离子等均对鲁米诺ECL有影响作用，其中硫脲的存在呈现对ECL较强的抑制。在鲁米诺溶液中随着硫脲量的增加, ECL光强越来越弱。原因被认为是硫脲的烯醇式结构消耗了反应中的原子态

16、氧, 才使得光强减弱。光强的减弱量和硫脲浓度有一定的对应关系, 由此可以检测硫脲的浓度；许多文献述及过氧化氢可以增强碱性环境中鲁米诺的电化学发光。,4.53 电化学发光检测进展,与芯片与微流控体系的结合 与快速全光谱检测的CCD结合 与免疫分析、核酸杂交分析结合,Electrochemical Sensing in Microfluidic Systems Using Electrogenerated Chemiluminescence as a Photonic Reporter of Redox Reactions J. Am. Chem. Soc.; (Article); 2002; 1

17、24(44); 13265-13270,Scheme of Microfluid system with bipolar electrodes (a) Optical micrograph of the bipolar electrode configuration; (b-f) Luminescence micrographs showing the magnitude of ECL as a function of the voltage drop across the three electrodes,A microfluidics-based sensing system that r

18、elies on electrochemical detection and electrogenerated chemiluminescent (ECL) reporting is described. It provide a means to detect electrochemical events and report them photonically regardless of whether the electroactive analyte participates in the ECL reaction sequence.,4.6 色谱-毛细管电泳-电化学检测,A micr

19、ocolumn liquid chromatography method for determining norepinephrine (NE), epinephrine (E), and phenylethanolamine N-methyltransferase (PNMT) enzyme activity in single bovine adrenal medullary cells is presented. Single cells were isolated and treated with excess deuterated substrate, D3-NE (0.05 mM)

20、 for enzyme reaction. After 6 h, the reaction was quenched and the product, D3-E, was quantified along with endogenous NE and E. Separation and detection of deuterated and protiated NE and E were achieved with microcolumns (110-125 cm long, 25 um inner diameter) packed with 3 um octadecylsilane-modi

21、fied particles and operated with amperometric detection. Of the 33 cells reported, most cells containing predominantly E have enzyme activity while cells containing predominantly NE and cells con-taining a mixture of both NE and E show no enzyme activity. After incubation with 10 uM hydrocortisone,

22、of the 17 cells reported, most cells containing predominantly E and cells containing a mixture of both NE and E have enzyme activity while cells containing predominantly NE have no enzyme activity. Detection limits for NE and E were 42 and 48 amol, respectively.,色谱电化学检测技术,肾上腺骨髓细胞中fmol NE/E/PNMT 测定,C

23、apillary electrophoresis systems with integrated electrochemical detection have been microfabricated on glass substrates. Photolithographic placement of the working electrode just outside the exit of the electrophoresis channel provides high-sensitivity electrochemical detection with minimal interfe

24、rence from the separation electric field. Microchip electrophoretic separations of neurotransmitters in under 100 s exemplify the good resolution and attomole detection sensitivity of these devices. Using indirect electrochemical detection, high-sensitivity DNA restriction fragment and PCR product s

25、izing has also been performed. These microdevices match the detectors size to that of microfabricated separation and reaction devices, bringing to reality the lab-on-a-chip concept.,芯片毛细管电泳多通道电化学检测技术,Figure 1. Capillary electrophoresis chip with integrated electrochemical detection. (A) Full chip vi

26、ew. Injection channel length, 5 mm; separation channel length, 50 mm; channel full width at half-depth, 46 m; channel depth, 8 m. The actual devices used had two independent electrophoretic analyzers on a 5 7.5 cm substrate. (B) Expanded view of the integrated electrochemical detector. (C) Scanning

27、electron micrograph (140 ) of the detection region showing the location of the working electrode in the exit channel 30 m beyond the end of the separation channel. Image has been rotated 90 for viewing clarity.,最简单的十字型非接触电导检测芯片,阴阳离子双向同时进样分离电导检测芯片,简单的柱端检测芯 片 （可用于安培和接触式柱端电导检测）,多级柱后衍生芯片（用于NH4+,尿素，肌酸和肌酐

28、的同时检测）,含非接触电导检测电极和柱前反应器的芯片,柱后衍生芯片（柱端电导或安培检测）,柱后衍生芯片（含非接触式电导检测电极）,Dual Conductivity/Amperometric Detection System for Microchip Capillary Electrophoresis Anal. Chem. ; (Article); 2002; 74(23); 5919-5923,Scheme of a CE microchip system with a dual amperometric/conductivity detection system,Electrophor

29、egrams showing the simultaneous measurement of analyte, as recorded with the (a)conductivity and (b)amperometric detectors,A new dual electrochemical microchip system can detect the conductivity and amperometric modes in a single separation channel, which offers simultaneous measurements of both ion

30、ic and electroactive species, improved reproducibility, and confirmation of peak identity.,Continuous Separations with Microfabricated Electrophoresis-Electrochemical Array Detection J. Am. Chem. Soc.; (Article); 1996; 118(37); 8932-8936,A. Scheme of the channel electrophoresis technique B. 3-D view

31、 of the channel electrophoresis scheme,Continuous separation of dopamine and catechol in 21 m internal height channels with electrochemical detection,A microfabricated array of individually addressed microelectrodes has been used as a site-specific amperometric detector for continuous separations in

32、 a buffer-filled rectangular channel. It can continually separate picomole quantities of dopamine and catechol by channel electrophoresis.,Elimination of High-Voltage Field Effects in End Column Electrochemical Detection in Capillary Electrophoresis by Use of On-Chip Microband Electrodes Anal. Chem.

33、 ; (Technical Note); 2001; 73(8); 1909-1915,Experimental setup of the voltammetric experiments,Gold oxide reduction peaks recorded with an applied CE voltage of 0kV (solid line) and 30kV (dotted line) employing (a) off-chip and (b) on-trip quasi-reference electrode and setup depicted left,The effect

34、 of the CE electric field on the detection can be eliminated, without using a decoupler, by positioning the reference electrode sufficiently close to the working electrode. This was demonstrated by using an experimental setup where neighboring microband electrodes on a chip, positioned 30 m from the

35、 end of CE capillary, were used as working and reference electrodes.,4.7 扫描电化学显微镜（SECM） SECM 基于一个微小的电极（针尖）在导电或绝缘的基质表面移动1，这点与其它扫描探针显微镜是相同的。在安培型SECM实验中，针尖通常是传统的超微电极， 由封装于玻璃或高分子中的柱状金属或碳制作而成。在电位型SECM实验中，针尖可以使用离子选择性电极2。 在安培型SECM实验中，针尖电流受到基质存在的扰动。当针尖原离基质（如大于几倍针尖直径）时，如Fig. 1A所示，稳态电流iT, 由iT, = 4nFDCa 描述，式中F

36、是法拉第常数，n是针尖发生氧化还原反应O + ne R的电子传递数，D是物种O的扩散系数，C是其浓度，a是针尖的半径。,1. (a). A. J. Bard, F.-R. F. Fan, J. Kwak, and O. Lev, Anal. Chem. 1989, 61, 132; (b). A. J. Bard, F.-R. F. Fan, and M. V. Mirkin in Electroanalytical Chemistry, Vol.18 (A. J. Bard, ed.), Marcel Dekker, New York, 1994, p. 243.,乙酰氨基酚与二茂铁衍生物测

37、定,Figure 1. SECM的原理（A）超微电极（UME）远离基质，O的扩散导致稳态电流iT,；（B）UME靠近绝缘基质，O的扩散受到阻碍使得iT iT, 。,当针尖接近绝缘基质表面时，针尖电流iT,将由于电极绝缘外层对底物O的扩散的阻碍而减小。愈靠近电极，针尖电流iT,愈小，如Fig 1B所示。另一方面，对于导电基质，产物R能被氧化回O，这将在针尖产生额外的O的流量并使得iT增大，（如Fig 1C所示）。在这种情形下，d愈小，iT,愈大。当d 0时， iT 。R在基质表面的氧化是扩散控制的。这些简单的原理构成了SECM反馈控制模式的基础。 当针尖在基质上方沿x-y平面移动时，针尖电流的变

38、化代表了基质表面形貌或导电性（或反应活性）的变化。电流受型貌的影响与受导电性的影响是可以分辨的，可以从在绝缘表面始终存在iT iT, 。,在上述SECM的反馈操作模式中，氧化还原过程本质上限定在针尖与基质的薄膜之间。在基质-产生/针尖-收集（SG/TC， 即基质为发生器，针尖为收集器）模式中，针尖在有基质电极产生的薄扩散层内移动。 当基质面积较大时，对SG/TC模式存在下述局限（1）大面积基质表面的过程通常为非稳态（2）大的基质电流导致明显的IR降（3）收集效率，即针尖电流与基质电流之比,较低。 相比而言，针尖产生-基质收集（TG/SG）模式更适合于动力学测量，而SG/TC能用于酶反应、腐蚀和

39、其它非均相过程的监控。 .,SECM应用一：成像和定位,Figure 2. 使用2m m铂盘微电极在Fe(CN)64- 溶液中得到的带孔洞聚碳酸酯滤膜的SECM图象，平均孔径尺寸为10 m m。 C. Wei, A. J. Bard, G. Nagy, and K. Toth, Anal. Chem. 1995, 67, 1346,Noncontact Electrochemical Imaging with Combined Scanning Electrochemical Atomic Force Microscopy Anal. Chem. ; (Article); 2001; 73(3

40、); 550-557,A,B,C,Schematic of the experimental arrangement for SECM-AFM measurements Schematic of the various imaging modes employed with SECM-AFM Topography (flattened) and fixed-height current maps for the diffusion-controlled tip detection,Combined scanning electrochemical atomic force microscopy

41、 (SECM-AFM) is a new scanned probe microscopy technique where the probe, which consists of a tip electrode and integrated cantilever, is capable of functioning as both a force sensor, for topographical imaging, and an ultramicroelectrode for electrochemical imaging.,SECM 已用于各种金属、碳和半导体基质表面的非均相动力学过程的研

42、究4。在该领域的应用中，SECM的x-y的扫描特性通常不用，而利用了大量UME和薄膜电化学行为的优点。举例来讲，UME表面的流量与针尖和导电基质表面的距离，d，存在正比于DC/d的函数关系，在d a情况下与针尖半径a无关。因此，可以得到很高的流量和由此产生的大电流。如二茂铁在UME表面的快速动力学测量已经实现， Figure 3给出了不同距离条件下的稳态循环伏安图和动力学参数拟合而得的理论曲线。非均相速度常数ko在实验误差范围内保持恒定（3.7 0.6 cm/sec），而传质速率随d 的减小而增大。 D. O. Wipf and A. J. Bard, J. Electrochem. Soc.

43、 1991, 138, 469,SECM应用二： 非均相电子传递反应研究,Figure 3 1.1-m m-半径的Pt针尖在5.8 mM二茂铁和 0.52 M TBABF4乙腈中的稳态伏安图。实线为理论拟合曲线，圆圈为实验数据。针尖-基质距离1-5分别代表d/a = , 0.27, 0.17, 0.14, 和0.1。 M. V. Mirkin, T. C. Richards, and A. J. Bard, J. Phys. Chem. 1993, 97, 7672,SECM应用三： 均相化学反应研究,SECM的TG/SC 模式(小针尖和基质)特别适合用于均相化学反映动力学的研究，这点与旋转环

44、盘电极（RRDE）类似。SECM可用于不同基质的研究而勿需使用RRDE，电极间高流量的获得不需高速搅拌或其它方式产生溶液对流。并且，在TG/SC 模式中，收集效率在不扰动均相化学反应的情况下接近100%，明显高于RRDE的低收集效率。此外，虽然SECM可用于瞬态跟踪，但更多的实例是应用于稳态电流测量，这是因为稳态电流不受其它因素如双电层充电的影响，易于信号平均因而更易于测量。如双甲基富马酸酯（DF）与腈基富马酸（FN）在N，N-双甲基富马酸胺中的氧化还原反应已被TG/SC 模式研究5a,Fig.4 28.2 mM 的FN 在TG/SC模式下的氧化还原SECM 伏安图，d = 1.8 m m，E

45、T=100 mV/sec （ES = 0.0 V vs Ag/AgCl.） F. M. Zhou, P. R. Unwin, and A. J. Bard, J. Phys. Chem. 1992, 96, 4917,SECM应用四： 薄膜的表征,SECM 也是研究表面薄膜的有效手段。无论是对直接的还是经媒介体促进的膜内电化学反应的测量。如聚合电解质、导电高分子、金属膜的钝化或溶出均可有SECM的报道。一种独特的循环伏安法， 针尖-基质循环伏安法(T/S CV)已被用于嵌入Os(bpy)32+的Nafion膜的研究6a。T/S CV 监控当针尖电位恒定在一设定值，同时针尖定位于离基质很近的地方

46、时，针尖电流随基质电位的变化。,Figure 6. T/S 循环伏安曲线 (A) 曲线 a, d = 500 m m；b，d = 10 m m 时的基质CV (B) Nafion/Os(bpy)33+/2+ 电极 在 K3Fe(CN)6/Na2SO4中的CV，scan rate = 50 mV/sec, ET = -0.4 V vs. SCE. Fig. 该图仅显示了Os(bpy)32+/3+电对的氧化/还原峰，表明了Nafion膜对离子透过的选择。而Fig. 6A则是相应的T/S CV图，当针尖远离基质时，iT 实质上与ES无关；当针尖离基质很近时（d = 10 m m），无论是正或负反馈效

47、应，取决于Os(bpy)32+/3+电对在Nafion膜内的状态，均可以被观察到。当ES按Os(bpy)32+/3+氧化/还原波正向扫描时，这时观察到的是源于Fe(CN)64-被 Os(bpy)33+氧化后产生的Fe(CN)63-的正反馈效应；反之，当ES按Os(bpy)32+/3+氧化/还原波反向扫描时，此时观察到的是膜的负反馈效应，因为膜表面形成的Os(bpy)32+不能将针尖产生的Fe(CN)64-还原回Fe(CN)63-。,SECM应用五： 液液界面电化学,SECM的一个很前景的用途是研究两不互溶的电解质溶液（ITIES）界面的电荷传输。 与传统方法不同的是，SECM可同时进行界面离子

48、和电子传输的研究。如，上行电子传输（即电子传输来源于某相中一对高氧化还原电位的电对向另一相中低氧化还原电对的输送）的演示已在TCNQ（在1,2二氯乙烷DCE中）/铁氰化钾（在水中）体系完成。 T. Solomon and A. J. Bard, J. Phys. Chem. 1995, 99, 17487,Figure 7 显示了UME在接近无隔离离子（如四苯胂TPAs+）界面时的接近电流曲线,Fig. 8则显示了该体系以TPAs+为电位指示离子时的反向电流。该反向电流的驱动力来源于TPAs+在界面两相的表面电位差异.,SECM应用六：生物仿生体系的探测,SECM已被广泛用于人工或天然的仿生体

49、系的探测。带离子选择功能针尖的电流或电位模式均可。,Fig. 9显示了SECM研究表面局部酶反应的成像图。葡萄糖氧化酶（GO）的水凝胶被填充在聚碳酸酯滤膜上小而规整的孔洞内。电解液由两种介体，甲基紫精离子(MV2+)和中性氢醌(H2Q)，和D-葡萄糖组成。,Fig. 9a 为针尖电位-0.95 V（vs.银准参比电极，AgQRE）， MV2+还原为MV+时的成像图。由于MV+.不与水凝胶区域的GO反应，负反馈电流被记录到。 当针尖电位变为0.82 V时，氢醌被氧化为苯醌，而后者则进一步氧化还原态的GO，从而使得增大的针尖电流在ig. 9b中观察到。这个水凝胶区域的正反馈电流表明了源于氢醌的显著

50、催化反馈并提供了酶反应直接的现场成像。,4. 8 现场电化学-X-射线吸收光谱分析,非现场的电极表面的表征还包括X射线精细结构分析（EXAFS）42、扫描电子显微镜（SEM）43、XPS等。XPS是研究修饰电极表面的有效手段，其测试原理为一束单色X射线照到样品表面产生电子发射，电子的能量与结合能 相关，除氢和氦外，大多数元素拥有各自不同的，因而在XPS信号上表现出明显的差异。,4. 8 电化学石英晶体微天平EQCM,EQCM是将电化学技术同石英晶体微天平相结合的一种联用技术。石英晶体微天平是一种通过测量石英晶体振荡频率的改变，从而达到检测石英晶体表面质量负载的微小变化的传感器，其灵敏度高，理论

51、上可以达 1 ng/Hz；石英晶体品质因数极高，没有迟滞，响应速度快，因而常被用来对各种体系进行研究，给出直接质量相关的信号. 其响应通常由Sauerbrey 公式描述：,式中：f0 为晶体的基本谐振频率，A为晶体表面Au的面积， 为晶体密度 (= 2.684 g/cm3)， 是晶体切变系数( = 2.947 x 1011 g/cm.s2) 。如对CHI公司出品的晶体，f = 7.995 MHz, A=0.196 cm2, 则每Hz的改变对应质量变化 Dm =1.34 ng，可见，QCM可在ng级水平检测表面质量的变化，因此是一种高灵敏度的方法。,M.Deakin, D.A.Buttry, A

52、nal.Chem.,61,1147A (1989). M.D.Ward, D.A.Buttry,Science, 249,1000 (1990).,482 QCM对自组装单层和多层膜的表征,利用表面荷电的高分子或大分子的静电吸引，采用 Layer-by-layer 交替组装技术，可以构建蛋白质或酶的有序三维结构，QCM则可再线监控整个组装过程,PDDA：Poly-(dimethyldiallylammonium chloride) PEI：Poly-(ethylenimine) PSS：Poly-(styrenesulfonate) PAPSA：Poly-(anilinepropanesulf

53、onic acid) PAH：poly-(allylamine) hydrochloride,图4-40: (a) 交替组装的带负电的葡萄糖氧化酶（：GOD）和带正电的PEI单分子层（：PEI）的QCM频率响应图 (b) 组装过程的QCM在线监控过程, 所有测量均未经氮气催干步骤。,Lvov Y, Ariga K, Ichinose I, Kunitake T, J.Am. Chem. Soc. 1995, 117, 6117-6123.,图4-41 交替组装的带正电的肌红蛋白（：Hb）和带负电的PSS单分子层（：PSS）的QCM频率响应图,4.9 电化学-表面等离子体共振（EC-SPR） 表

54、面等离子体共振是一种沿两相(金属/介体)界面传播的电子振荡波，在EC-SPR中, 电双层内存在的任何性质的变化都会影响表面等离子体的激发, 因此适合于研究电极表面过程，SPR 测量表明，沉积膜的厚度和折射率参数是影响SPR信号的主要因素，结果表明随着膜厚度的增加, SPR响应向角度更大的方向移动。此外，金膜的介电常数、表面有效厚度及双电层电荷对SPR信号均会产生一定影响。,Julie A. Lapos, Drew P. Manica, and Andrew G. Ewing， Ananl Chem. 2002, 74, 3348-3353. A. J. Bard, F.-R. F. Fan, J. Kwak, and O. Lev, Anal. Chem. 1989, 61, 132. Ehler T.T., Walker J.W., Jurchen J., Shen Y.B., Morris K., Sullivan B.P. , Noe L.J., J.Electroanal. Chem. 2000, 480, 94-100.,410 超声电分析化学 (sono-electrochemistry ) 研究表明，超声可以增强液-固体系中有效扩散系数、增加传质系数、诱导过饱和、增加空化能量和各种反应体系的频率因子。超声电化学分析法主要是基于超声加