分析科学课件

1、分析科学中的电化学发光新技术主要内容：第一章、绪论第二章、Ru(bpy)32+-HA-SiO2-PVA修饰电极用作为FIA固态ECL检测器第三章、Ru(bpy)32+- ZrO2-Nafion修饰电极用作为CE的固态ECL检测器第四章、Ru(bpy)32+-Al2O3-Nafion修饰电极用作为MCE固态ECL检测器第五章、微流控固态电致化学发光传感器分析检测药物曲玛多、利多卡因和氧氟沙星 第六章、微芯片电泳液相电化学发光检测第七章、碳纳米管增强CdS纳晶固相电致化学发光 第一章、背景介绍电化学发光Ru(bpy)32+的固定化技术流动体系中固态Ru(bpy)32+电化学发光机理电化学发光192

2、7年，格氏试剂ECL1929年，鲁米诺ECL1959年，Ru(bpy)32+的ECL1960 80年，碳氢化合物、金属配合物和团族ECL现象1980年 ，分析科学中的ECL电化学发光原理示意图Ru(bpy)32+的固定化技术LB膜自组装单层膜阳离子交换聚合物膜溶胶-凝胶膜Ru(bpy)32+的结构图主要工作：利用溶胶-凝胶技术，成功制备了Ru(bpy)32+-HA-SiO2-PVA，Ru(bpy)32+-Nafion-ZrO2和Ru(bpy)32+-Nafion-Al2O3固态ECL传感器。研制了流动注射流动池和微芯片操作平台，先后搭建了ECL-FIA，ECL-CE和ECL-MCE流动操作系统

3、 ，成功检测了一系列药物。研究了ECL新物质，半导体纳晶的ECL行为，发现碳纳米管不但能增强半导体纳晶的ECL强度，而且能降低ECL的起始电位，为促进半导体纳晶的ECL在分析科学上的应用提供了途径。第二章、Ru(bpy)32+-HA（腐质酸）-SiO2-PVA修饰电极用作为FIA固态ECL检测器HA含量决定Ru(bpy)32+的固载量 氧化峰电流HA含量阳极电流在一定范围内随着HA含量的增加而逐渐增加。HA的含量正比于HA饱和溶液和二氧化硅-PVA溶胶的体积比。体积比为3时，氧化峰电流达到最大值。 腐质酸黑色:C；红色:O；黄色:S；其余:H HA结构单元示意图腐质酸是一种非均相、多分散的大分

4、子，是土壤和水域中的主要有机组成部分。基本结构单元包含芳环结构、酚羟基、氨基、羟基、羧基、酰氨基以及巯基等。腐质酸不但具有很高的吸附容量而且在酸性溶液不溶解，能溶于碱性溶液呈聚阴电解质的特性。阳离子电活性物质极易掺杂到腐质酸薄膜中。固态Ru(bpy)32+传感器在TPA（三丙胺）体系中的电化学和电化学发光行为 传感器在TPA溶液中的循环伏安曲线和电化学发光曲线Ru(bpy)32+的阳极电流增加而阴极电流下降，说明Ru(bpy)33+能催化TPA的电氧化。电化学发光的起始电位大约在0.9-1.0V，这与固定化的Ru(bpy)32+的氧化电位一致，随后电化学发光强度迅速增加。 ECL-FIA装置示

5、意图P：蠕动泵； V：进样阀；E：电化学仪；F：检测池；PMT：光电倍增管；R：数据记录仪；Sample:样品；Carrier:载液；Waste:废液流动注射池流动注射池结构图聚四氟乙烯垫片厚度为50 m，保证了流动池的死体积最小;工作电极通过空心螺孔固定到流动池上;参比电极为Ag/AgCl电极;不锈钢针管充当了流动池的出口和对电极;电化学发光检测窗口为光透石英玻璃。小结 HA作为修饰剂，成功地掺杂进了SiO2溶胶-凝胶。HA-SiO2-PVA复合膜非常适合固定电致化学发光试剂，Ru(bpy)32+。同时，固定的Ru(bpy)32+非常稳定适合用作为电致化学发光传感器。Ru(bpy)32+的固

6、定量取决于HA- SiO2-PVA复合膜中HA的含量。Ru(bpy)32+-HA- SiO2-PVA复合膜的电致化学发光传感器和流动注射联用成功地用于TPA和草酸的检测。该传感器具有很高的灵敏度、较短的响应时间和很好的稳定性。 第三章、Ru(bpy)32+- Nafion - ZrO2修饰电极用作为CE的固态ECL检测器固态Ru(bpy)32+传感器在TPA体系中的电化学行为 循环伏安曲线在没有TPA的支持电解质中，固定在纯Nafion膜和53%二氧化锆-Nafion膜上的Ru(bpy)32+的峰电流相近，说明两种膜固定Ru(bpy)32+的量相近。在TPA存在的条件下，阳极峰电流明显增大，而

7、阴极峰电流减小，甚至消失。说明TPA的氧化能被Ru(bpy)32+的电化学氧化产物Ru(bpy)33+所催化。同时，二氧化锆-Nafion膜上的电催化电流远大于纯Nafion膜上的电催化电流 固态Ru(bpy)32+传感器在TPA体系中的ECL行为电化学发光曲线纯Nafion膜上的电致化学发光强度显著地小于在二氧化锆-Nafion膜上的电致化学发光强度(13倍） ZrO2含量对传感器电信号和发光强度的影响二氧化锆含量影响EC 和ECL不同含量的二氧化锆修饰电极，其氧化峰电流值都相近。不同二氧化锆含量的修饰电极的电致化学发光强度却并不一样 CE系统组成示意图CE-ECL检测池CE-ECL检测池结

8、构示意图(1) working electrode; (2) PMT; (3) optic glass window; (4) stainless steel tube; (5) separation capillary; (6) counter electrode: (7) reference electrode; (8) working electrode alignment screws.距离对检测光信号强度的影响最佳距离为50-80 m ECLDistance 曲线 pH的影响TPA的电致化学发光峰随pH从6.0增加到9.0不断增大，但pH达到10.0时开始下降。对于脯氨酸和利多卡因，

9、pH从6.0增加到10.0过程中，其峰高随pH的增加一直增大 ECLpH曲线分离检测三种物质的电泳谱图TPA、脯氨酸和利多卡因的理论塔板数分别为73 000、24 000和50 000。 固态检测器的稳定性检测器始终浸泡在含0.1 mol L-1的磷酸盐缓冲溶液的检测池中（pH9.0）。固态检测器始终施加1.2V的检测电位。待测物质TPA的电泳峰高很快就能达到稳定，并且能稳定使用时间长达90小时之久，这样长的稳定时间归功于阳离子交换聚合物，Nafion。Nafion对于Ru(bpy)32+这类具有很多疏水配体的大体积的阳离子络合物，有很大的交换系数，并且阻止Ru(bpy)32+向外部溶液中的渗

10、漏。 ECLTime 变化曲线小结溶胶-凝胶衍生化的二氧化锆-Nafion复合膜被证明是固定Ru(bpy)32+，发展固态电化学传感器的有效基体。所制备Ru(bpy)32+-二氧化锆-Nafion检测器的电化学和电致化学发光行为与复合膜内二氧化锆的含量有着很强的依赖关系。当二氧化锆的含量为53%时，传感器在共反应剂，TPA溶液中有着最强的发光效率。固态传感器优良的稳定性适宜充当毛细管电泳的检测器。对于75 m的毛细管，固态检测器与毛细管出口端之间能保持较小的距离，从而提高了分离效率和检测灵敏度。该CE-固态ECL系统已成功用于TPA、脯氨酸和利多卡因的检测。第四章、Ru(bpy)32+-Al2

11、O3-Nafion修饰电极用作为MCE固态ECL检测器固态检测器在TPA溶液中的伏安行为和ECL行为 固定化的Ru(bpy)32+循环伏安行为与复合膜的组成密切相关。在纯Nafion膜中，Ru(bpy)32+循环伏安曲线是对称的（曲线a）而在50% Al2O3-Nafion复合膜中，Ru(bpy)32+循环伏安曲线明显表现出了扩散拖尾现象（曲线b）。 Current and ECLPotential 曲线Al2O3含量对电信号和发光信号强度的影响Al2O3的含量 影响EC和ECLMCE-ECL平台的结构示意图和实物图（1）：玻璃芯片（2）：压板（3）：光透玻璃（4）：对电极（5）：工作电极（6

12、）：三维调节器（7）：参比电极（8）：固定螺丝（9）：有机玻璃架高压电场对固态检测器电化学及电化学发光的影响循环伏安曲线高压电场对电泳谱图的影响a: 100 V/cmb: 200 V/cmc: 300 V/cm电泳谱图距离的影响ECLDistance曲线不同浓度的脯氨酸的电泳谱A: 10-5B: 10-4C: 10-3分离电泳谱图检测器的稳定性ECLTime变化曲线小结 本章构建了一种简单价廉的MCE-固态ECL工作平台。通过溶胶-凝胶技术制备的三氧化铝-Nafion有机-无机复合材料能有效的固载Ru(bpy)32+发展成为ECL固态电致化学发光传感器。50%三氧化铝-Nafion复合膜固定的

13、Ru(bpy)32+具有很高发光效率，能满足充当MCE检测器的要求。该MCE-固态ECL检测系统成功检测了TPA和脯氨酸，表明这种MCE-固态ECL检测系统将在化学以及生化分析上大有用武之地。第五章、微流控固态电致化学发光传感器分析检测药物曲玛多、利多卡因和氧氟沙星固态ECL-MCE操作平台三维示意图固态检测器在利多卡因溶液中的EC和ECL行为循环伏安曲线分离高压电场对检测器电化学行为的影响循环伏安曲线CV过程中施加高压分离电场循环伏安曲线高压对电信号和发光信号的影响固态ECL-MCE系统的重现性分离模式常规分离（a）夹流分离（b）运行缓冲溶液浓度对分离效率的影响a:10 mol L-1 PB

14、Sb: 50 mol L-1 PBS三种药物的电泳分离谱图药物曲玛多利多卡因氧氟沙星线性范围5.010-52.510-31.010-51.010-31.010-52.510-3检测限2.510-51.010-55.010-6微通道表面修饰壳聚糖修饰 壳聚糖/纳米金修饰 表面改性对分离效果的影响N1(/m)N2(/m)N3(/m)R1,2R2,3微通道未修饰2400018000290000.71.5微通道修饰壳聚糖2100023000310001.33.7微通道修饰壳聚糖纳米金8800091000500001.72.5(a)(b)小结本文对一种新型MCE-固态ECL检测系统的性能进行了研究检测，

15、并对曲玛多、利多卡因和氧氟沙星等药物进行了分离检测。实验发现，Ru(bpy)32+- ZrO2-Nafion 故态ECL-MCE系统具有灵敏度较高，成本较低，检测时间较短等特征，微芯片的特殊性能得到了很好的体现。进一步的改进和完善将使这种MCE-固态ECL检测系统有望用于临床分析检测等实际工作中。 第六章、微芯片电泳液相电化学发光检测 液相ECL-MCE操作系统结构示意图WE: 工作电极; CE: 辅助电极; RE: 参比电极; GE: 接地电极; PS: 电位仪; HV: 高压电源; PMT: 光电倍增管柱前检测模式下的发光试剂CV曲线柱前检测模式下Ru(bpy)32+的循环伏安曲线 两种操

16、作模式下的信噪比与发光试剂浓度的关系a: 柱前模式b: 柱后模式信噪比浓度曲线工作电极和芯片出口之间的最佳距离柱后模式柱前模式两种模式分离三种物质电泳谱图a: 柱后模式b: 柱前模式柱前模式对三种物质的分离检测TPA、曲玛多和利多卡因，检测限（信噪比等于3）分别为5.010-7 mol L-1、1.010-6 mol L-1和3.010-6 mol L-1；线性范围分别为1.010-6mol L-1到1.0 10-4 mol L-1 、2.0 10-6 mol L-1到1.0 10-4 mol L-1和5.0 10-6 mol L-1 到1.0 10-4 mol L-1 小结 Ru(bpy)3

17、2+电致化学发光耦合微芯片电泳以柱端式结构400 m的工作电极进行了系统地研究。两种检测模式，柱前模式和柱后模式，的在MCE-ECL中的操作参数得到了优化和比较。利用柱前模式，TPA、曲玛多和利多卡因能够完全分离并有很高的分离效率。该体系成功检测了药物如曲玛多和利多卡因。本章工作对促进ECL检测在微全分析系统的应用具有重要意义，并且显示了MCE-ECL系统在临床分析中检测药物的良好应用前景。 第七章、碳纳米管增强CdS纳晶固相电致化学发光TEM图Toolbar :20 nm光谱表征UV spectrum FL spectrum ECL spectrum Spectra of CdS nanocrystals filmSEM图a: CdS/CNTsb: CdS nanoparticles电化学和电化学发光行为A: CdS/CNTsB: CdS nanocrystalsECLPotential 曲线电化学发光稳定性ECLTime 关系图不同浓度H2O2的ECL强度ECLPotential曲线小结CdS纳晶掺杂碳纳米管不但能增强电致化学发光而且能降低电致化学发光的起始电位。这种性质有助于构建半导体纳晶电致化学发光传感器，促进半导体材料在分析科学上的应用。 全文总结：本论文利用溶胶-凝胶技术，制备有机-无