（分析化学专业论文）分子印迹电致化学发光传感器的研究与应用.pdf

摘要 | i i i illi i 1l ll ll l li ii ii 18 8 9 5 8 4 电致化学发光( 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 ，e c l ) 是由电化学反应直接或间 接引发的化学发光现象，是电化学和化学发光相结合的产物。在e c l 的分析研究中， 应用最多的发光试剂是联吡啶钌及其衍生物。但是，由于方法本身的限制，这种试剂本 身在应用时会被不断消耗，从而也导致了分析成本的变高。研究发现，金属铱配合物的 基态、激发态氧化还原电位与联吡啶钌相似，同时具有水不溶性，因此金属铱配合物的 固定化及其分析应用的研究具有重要的意义。单纯的e c l 修饰电极在分析检测中有较 高的灵敏度，但其选择性较差。分子印迹技术( m o l e c u l a ri m p r i m i n gt e c h n i q u e ，简写成 m i t ) ，又称分子识别，是近年来出现的一种制备对目标分子具有特异选择性识别能力聚 合物的技术。本文在这样的背景下，将分子印迹技术应用于电致化学发光分析中，利用 分子印迹聚合物对目标分子的特异识别与吸附捕获能力，将待测物质有选择性的从复杂 体系中分离并检测，从根本上解决电致化学发光传感器选择性较差的问题。具体工作如 下： 1 介绍了电致化学发光的原理特点、研究进展、实验装置等内容，重点阐述了金属 配合物固定化的方法。通过查阅文献，对分子印迹技术的研究进展、分析特点、现存问 题及展望等几方面进行概述，并重点介绍了分子印迹电化学传感器的制备及应用。 2 研究了一种分子印迹电化学传感器的性能，工作以溶胶凝胶为聚合材料，l 色 氨酸为模板分子制各了一种分子印迹聚合物，采用滴涂法制备出理化性能稳定、选择性 良好、线性范围宽及检测限低的分子印迹电化学传感器，并通过红外光谱和扫描电镜对 传感器进行了表征。实验中通过对溶胶凝胶的制备条件、模板分子的去除时间和模板 分子的富集等条件的优化，使该传感器在复杂体系中达到良好的选择性，检测线性范围 为1 0 1 0 一1 o 1 0 m o l l ，检钡4 限达到1 0 1 0 。1 2m o f l 。 3 制备了一种碳纳米管聚乙烯醇( p q ) 2 i r ( n p r i m a ) 修饰电极，并首次制备了电致化 学发光与分子印迹技术联用的传感器，即在多壁碳纳米管聚乙烯醇( p q ) 2 i r ( n - p h m a ) 修 饰电极表面二次修饰溶胶凝胶分子印迹聚合物制备出分子印迹电致化学发光 ( m i t - e c l ) 传感器。本文通过引入聚乙烯醇( p v a ) 作为分散剂分散了碳纳米管，并采用滴 涂法制备出多壁碳纳米管聚乙烯醇( p q ) 2 i r ( n p h m a ) 修饰电极。以溶胶凝胶为聚合材 料、l 色氨酸为模板分子，制备出分子印迹聚合物。实验通过对碳纳米管的量、铱配合 物的浓度、修饰剂的用量及酸度等条件进行优化，使得修饰电极达到最佳的发光效率。 同时，研究了l 色氨酸作为模板分子时，对分子印迹聚合物的用量、富集时间及体系酸 度等条件进行优化，使传感器在复杂体系中有良好的选择性、较宽的线性范围( 5 0 x 1 0 0 4 1 o x l o 。um o l l ) 以及较低的检测限( 1 0 x 1 0 d 6m o l l ) 。最后，使用该传感器与传统的 高效液相色谱同时对人体血清中的l 色氨酸进行了分析检测，取得了良好的结果。 4 初步探索了离子液体和z ( 2 苯基吡啶) 合铱配合物在电致化学发光中的应用，制 备了一种以1 异辛基2 ，3 二甲基咪唑六氟磷酸离子液体为分散剂、粘合剂，- - ( 2 苯基 吡啶) 合铱为发光物质的修饰电极，实验中对离子液体的用量、配合物浓度、体系酸度 摘要 化，发现该修饰电极对共反应物有较好的e c l 响应。 铱配合物，分子印迹技术，传感器，l 一色氨酸 n a b s t r a c t a b s t r a c t 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 ( e c l ) ，i sc a u s e db y t h ee l e c t r o c h e m i c a la n d c h e m i c a l1 u m i n e s c e n c e h a sa t t r a c t e dm a n ye x t e n s i v es t u d i e si na n a l y t i c a la p p l i c a t i o n s t h e r u t h e n i u mt r i s ( b i p y r i d i n e ) ( r u ( b p y ) 3 。十) a n di t sd e r i v a t i v e sw h i c ha r et h em o s te x t e n s i v e l y s t u d i e dc o m p l e x e si ne c l h o w e v e r ，w es h o u l dn o t et h a tt h er e a g e n tc o n s u m p t i o nw i l ll e a d t oi n c r e a s e dc o s t si na n a l y s i sp r o c e s s w ef o u n dt h a tt h ei r i d i u mc o m p l e x e sa n db i p y r i d i n e r u t h e n i u mc o m p l e x e sh a v es i m i l a rg r o u n ds t a t ea n de x c i t e ds t a t ee h ，w h i l em o s ti r i d i u m c o m p l e x e sa r ew a t e r - i n s o l u b l e ，t h e r e f o r e t h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o n so fs o l i d s t a t e e l e c t r o c h e m i l u m i n e s c e n c eo fi r i d i u mc o m p l e x e sh a v ev e r yg r e a ts i g n i f i c a n c e m o l e c u l a r l yi m p r i n t i n gt e c h n i q u e h a sb e c o m ei m p o r t a n ti nr e c e n ty e a r s g e n e r a l l y , t h e i m p r i n t i n gp r o c e s sc o n s i s t s o fr e a r r a n g e m e n to ft h e t a r g e tm o l e c u l e sw i t hf u n c t i o n a l m o n o m e r sp r i o rt oi n i t i a t i o no fp o l y m e r i z a t i o n s oi n t h i sb a c k g r o u n d ，t h ep a p e rw i l lb e c o u p l e dw i t he c la n dm i t , m o l e c u l a ri m p r i n t e dp o l y m e rs p e c i f i ct e m p l a t em o l e c u l eo nt h e t a r g e ti d e n t i f i c a t i o na n dc a p t u r eo ft e m p l a t em o l e c u l a rw i l lb es e l e c t i v e l ys e p a r t e df r o mt h e c o m p l e xs y s t e m s 1 1 1 em a i nr e s u l t sw e r eg i v e na sf o l l o w s ： 1 e x p l a i n e dt h ep r i n c i p l e sa n dc h a r a c t e r i s t i c s ，h i g h l i g h t i n g t h ei m m o b i l i z e dm e t a l c o m p l e xm e t h o d e c li n t r o d u c e d t h er e s e a r c h p r o g r e s s o fe x p e r i m e n t a l a p p a r a t u s ， q u a n t i t a t i v ea n a l y s i s t h r o u g hl i t e r a t u r er e v i e w , f o r mt h er e s e a r c hd e v e l o p m e n t ，c h a r a c t e r i s t i c a n dt h ee x i s i t i n gp r o b l e m st oi n t r o d u c et h em o l e c u l a ri m p r i n t i n gt e c h n o l o g y 2 c o n s t r u c t e dt h em o l e c u l a ri m p r i n t i n ge l e c t r o c h e m i c a ls e n s o rf o rt h ed e t e r m i n a t i o no f l - t r y p t o p h a n 1 1 1 em i pw a sf a b r i c a t e db yt h ep o l y m e r i z a t i o nr e a c t i o no fe t h y ls i l i c a t e ( t e o s ) ，p h e n y l t r i m e t h o x y s i l a n e ( p t m o s ) a n dp h e n y l t r i m e t h o x y s i l a n e ( m t m o s ) n l e p r e s e n c ea n dr e m o v a lo f t h et e m p l a t em o l e c u l el t r y p t o p h a ni nt h em i pf i l mw e r ec o n f i r m e d b yc y c l i cv o l t a m m e t r y w eo p t i m i z e df o rt h ec o n d i t i o n so fs o l g e lp r e p a r a t i o n ，t h er e m o v a l t i m eo ft e m p l a t e ，t h ec o n d i t i o n so ft h et e m p l a t em o l e c u l es e l e c t i v ee n r i c h m e n ta n dt h ep ho f s o l v e n t 1 1 1 es e n s o rs h o w e da l le x c e l l e n ts e l e c t i v i t ya n dah i g hs e n s i t i v i t yf o rl - t r y p t o p h a n d e t e c t i o n ，w i t hal i n e a rr a n g ef o r m1 0 x1 0 叫t o1 0 x1 0 。m o l l ( r20 9 9 5 8 ) a n dal i m i to f d e t e c t i o na sl o wa s1 0 xl0 。1 2m o l l 1 1 1 es e n s o rw a ss u c c e s s f u l l ya p p l i e dt ot h ed e t e r m i n a t i o n l - t r y p t o p h a ni nt h es e r u ms a m p l e s 3 c o n s t r u c t e dt h em w n t s p v a ( p q ) 2 i r ( n - p h m a ) m o d i f i e de l e c t r o d e 1 1 1 ef i r s tt i m e p r e p a r e dt h ee c l m i ps e n s o rw h i c hi s t h es e c o n dm o d i f i c a t i o no fs 0 1 g e lm o l e c u l a r i m p r i n t i n gf i l mo nt h em w n t s p v a ( p q ) 2 i r ( n p h m a ) m o d i d i e de l e c t r o d es u r f a c e t h es t u d y i sb a s e dc a r b o nn a n o t u b e sd i s p e r s i o ni nt h es o l u t i o nw i t l lp o l y v i n y la l c o h o la st h ed i s p e r s a n t l t r y p t o p h a na sc o r e a c t a n t ，o p t i m i z e df o rt h ea m o u n to fm w n t sa n d ( p q ) 2 i r ( n - p h m a ) ， w h i l et h ep ho fs o l v e n t a nm i p - e c ls e n s o rc o a t e dw i t ha ( m i n t s p v a ( p q ) 2 i r ( n - p h m a ) m o d i f i e dl a y e ra n dat h i nm o l e c u l a r l yi m p r i n t e ds 0 1 g e lf i l mh a sb e e nd e v e l o p e df o rt h e d e t e r m i n a t i o no fl t r y p t o p h a ni nt h el i q u i dp h a s e as o l i ds t a t ee c ls e n s o rw a sf a b r i c a t e db y i n c o r p o r a t i o no ft h ei r i d i u mc o m p l e xw i t hm u l t i w a l l e dc a r b o nn a n o t u b e s ( m w n t s ) a n dp o l y ( v i n y la l c o h 0 1 ) ( p v a ) t of o r mad i s p e r s i o ns o l u t i o n ，a n dt h e nt h em i x t u r ew a sd i r e c t l y d e p o s i t e do n t ot h es u r f a c eo fag l a s sc a r b o n ( g c ) e l e c t r o d e a nm i pf i l mw a sd e v e l o p e db y a b s t r a c t u s i n gas o l - g e lw i t hat e m p l a t em o l e c u l a r t h ea f f i n i t yo fl t r y p t o p h a nt ot h ei m p r i n t e df i l m w a sd e t e r m i n e db yc y c l i cv o l t a n m a e t r y w eo p t i m i z e df o rt h ep ho ft h eb u f f e rs o l u t i o n ， m o l e c u l a r l yi m p r i n t e dp o l y m e r sb yt h ea m o u n to fe n r i c h m e n tt i m ea n da c i d i t y , t h er e m o v a l t i m eo ft e m p l a t e t h es e n s o rs h o w e da l le x c e l l e n ts e l e c t i v i t ya n dah i 醣s e n s i t i v i t yf o r l - t r y p t o p h a nd e t e c t i o n t h es e n s o rr e s p o n s e sl i n e a r l yt ol - t r pf r o m5 0 x 1 0 。4t o1 0 x 1 0 。” m o l lc = 0 9 917 ) a n dal i m i to fd e t e c t i o na sl o wa s1 0 10 。1 6m o l l t h es e n s o rw a s s u c c e s s f u l l ya p p l i e dt ot h ed e t e r m i n a t i o nl - t r y p t o p h a ni nt h es e r u ms a m p l e s 4 e x p l o r e dt h ei o n i cl i q u i d sm a dt r i s ( 2 一p h e n y l p y r i d i n e ) i r i d u mc o m p l e x e si r ( p p y ) 3 i n e c la p p l i c a t i o n c o n s t r u c t e dt h ei o n i cl i q u i d i r ( p p y ) 3 m o d i f i e de l e c t r o d e w eo p t i m i z e df o r t h ea m o u n to fi o n i cl i q u i da n di r ( p p y ) 3 ，t h ep ho fs o l v e n t t h es e n s o rs h o w e da l le x c e l l e n t s e n s i t i v i t yf o rl t r y p t o p h m ld e t e c t i o n k e y w o r d s ：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 ，i r i d i u m ( i i i ) c o m p l e x ，m o l e c u l a r l y i m p r i n t i n gt e c l m o l o g y , s e n s o r ，l t r p t o p h a n 目录 目录 摘要：i a b s t r a c t i i i e jj 畏：i 第一章绪论1 1 1 电致化学发光概述l 1 1 1 电致化学发光简介l 1 1 2 金属配合物电致化学发光研究进展4 1 1 3 电致化学发光的固定化研究4 1 2 分子印迹概述一5 1 2 1 分子印迹技术的研究进展5 1 2 2 分子印迹技术的研究特点6 1 2 3 分子印迹电化学传感器的制备方法7 1 2 4 分子印迹技术的现存问题与展望8 1 3 本课题的研究意义及主要工作8 第二章电化学溶胶凝胶分子印迹传感器的制作及表征1 0 2 1 引言1o 2 2 实验部分1o 2 2 1 试剂与仪器。1 0 2 2 2 溶胶一凝胶电化学传感器的制备11 2 2 3 结构与形貌表征1 2 2 2 4 电化学循环伏安测定1 2 2 2 5 样品处理1 2 2 3 结果与讨论l3 2 3 1 溶胶凝胶制备条件的优化。1 3 2 3 2 印迹聚合物的结构表征1 3 2 3 - 3 印迹电极的循环伏安表征。1 5 2 3 4 模板分子的去除1 6 2 3 5 传感器吸附性能1 7 2 3 6 传感器对l 色氨酸的选择性。17 2 3 7 线性、检测限和重现性1 8 2 3 8 样品测定1 9 2 4 本章小结2 0 第三章电致化学发光与分子印迹技术的联用研究与应用。2 l 3 1 引言2 1 目录 3 2 实验部分2 2 3 2 1 实验试剂2 2 3 2 2 仪器与设备2 2 3 2 3 m w n t s 的酸化处理2 2 3 2 4 溶剂中( p q ) 2 i r ( n p h m a ) 的循环伏安扫描2 2 3 2 5m w n t s p v 铱配合物修饰电极的制备2 2 3 2 6 样品处理2 3 3 3 结果与讨论2 3 3 3 1 酸化处理对m w n t s 的影响2 3 3 3 - 2 溶剂中( p q ) 2 i r ( n p k m a ) 的电化学性质。2 4 3 3 3 电极种类的选择2 5 3 3 4 修饰剂的优化。2 5 3 3 5m i t - e c l 电极的电致化学发光表征2 9 3 3 6 传感器对模板分子l 色氨酸的富集。3 0 3 3 7 酸度的影响3 0 3 3 8 传感器对模板分子的选择性识别3 1 3 3 9 模板分子的洗脱3 2 3 3 1 0 线性、检测限和重现性3 3 3 3 1 1 样品测定3 4 3 4 本章小结3 6 第四章离子液体在电致化学发光电极中的应用初探3 7 4 1 仪器与试剂3 7 4 2 实验部分3 7 4 3 结果与讨论3 7 4 3 1 溶剂的选择3 7 4 3 2 配合物浓度的优化3 8 4 3 3 离子液体用量的优化3 8 4 3 4 酸度的影响3 9 4 3 5 修饰剂用量的优化4 0 4 4 j 、结。4 0 第五章工作总结与展望4 1 致谢4 3 参考文献4 4 附录：作者在攻读硕士学位期间所取得的主要成果5 2 i l 第一章绪论 第一章绪论 电致化学发光( 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 ，e c l ) ，是指在一定的电压下进行 的电化学反应，反应进行的过程中电极表面产生一些电生的物质，这些电生物质之间或 其与体系中某些组分之间可通过电子传递形式形成激发态，由激发态回到基态而产生的 一种发光现象。进入2 1 世纪，e c l 越来越成为一个热点的研究领域【2 。5 1 。 “联吡啶钌r u ( b p y ) 3 2 + 的研究是8 0 年代电致化学发光的重大发现之一，其本身具有 水溶性好、化学性能稳定、氧化还原可逆性、电化学可再生性以及激发态寿命长等优点 而被广泛应用于e c l 的研究中【6 】。在联吡啶钌的e c l 性质研究中，多采用将联吡啶钉 及其他反应物溶解在水相电解质中，反应也是在电解池中进行。故会导致较高的分析成 本，从而也限制了r u ( b p y ) 3 2 + 电致化学发光的应用【9 】。为此人们提出利用电极修饰的方 法，将r u ( b p y ) 3 2 + 固定在电极表面上，从而减少试剂消耗的问题。 分子印迹，又称分子烙印( m o l e c u l a ri m p r i n t i n g ) ，分子印迹技术( m o l e c u l a ri m p r i n t i n g t e c h n i q u e ，m i t ) 又叫做分子模板技术或分子识别技术，是指制备一种对目标分子有特异 选择识别功能的聚合物的过程，这种聚合物称为分子印迹聚合物( m o l e c u l a r l yi m p r i n t e d p o l y m e r s ，m i p s ) i o l 。早在1 9 4 0 年，p a u l i n g 就提出了可利用抗原作为模板来铸造抗体的 空间结合位点理论【l l 】。人工合成m i p s 的首例报道是在1 9 7 2 年由德国的w u l f f 研究小组 完成的【1 2 】。自9 0 年代以来，m i p s 以其通用性和惊人的立体专一识别性，越来越受到人 们的青睐，m i t 取得了蓬勃的发展。将分子印迹技术应用到其他分析检测手段也称为一 个热门的研究课题【1 3 1 9 1 。 1 1 电致化学发光概述 1 1 1 电致化学发光简介 1 1 1 1 电致化学发光研究进展 很早以前，人们就已经知道电解可以产生发光现象。然而，在最初发展阶段，由于 研究技术水平较低，e c l 的发展速度缓慢，有关这方面的研究报道也较少。真正揭开 e c l 分析研究的序幕是在1 9 2 9 年，n h a v e r y 电解碱性鲁米诺的水溶液时，发现在电极 附近有发光现象【2 0 l 。这一发现也为日后e c l 的研究分析奠定了良好的基础。 进入2 0 世纪七八十年代至九十年代，e c l 研究力度不断加强，范围不断扩展，逐 步进入实际分析应用中。在这一时期，e c l 的研究无论是从理论还是技术手段，都得到 了很大的发展。此外，e c l 与流动注射分析( v i a ) 、高效液相色谱( h p l c ) 和毛细管电泳 ( c e ) 等分离技术的联用也提高了方法本身的重现性和稳定性 2 1 - 2 3 。 进入2 1 世纪，e c l 成为的研究领域的热点。目前，e c l 分析方法已经在多个研究 领域取得了一定的进展，并且朝着灵敏、特异、低检测电位、水相电化学发光分析的方 向发展【2 4 硎。 1 1 1 2 电致化学发光基本原理 江南火学硕士学位论文 e c l 是化学发光与电化学相结合的产物，其本质是在一定电位激发下产生的化学发 光过程。电致化学反应过程提供发生化学发光反应的中间体，而化学发光反应是这些中 间体之间或中间体与体系中其他组分之间发生化学反应产生激发态物质的过程，当这些 处于激发态的物质回到基态时伴有光辐射现象。按照发光机理的种类，基本的发光反应 机理可以分为湮灭电致化学发光反应、共反应剂电致化学发光反应和氧化物修饰的阴极 电致化学发光三类。 当对电极施加双阶正负脉冲电位时，物质r 1 和r 2 在电极表面分别被氧化和还原为 自由基离子r l 和r 2 ，这两种物质在电极表面反应生成激发态的r l + ( 或r 2 ，取决于 二者的相对能量) ，r l 返回基态发光。这种反应机理一般被称作“湮灭”反应，机理如 下： r l e r l 扣( 阳极氧化) r 2 + e r 2 一( 阴极还原) r l 扣+ r e - 一r l + i b ( 形成激发态) r l 一r l + 乃v ( 激发态回到基态发光) 共反应剂电致化学发光机理与湮灭电化学发光机理不同，它只需要对电极施加单一 方向的电位即可。共反应剂是一些在氧化或还原时可以产生具有强还原性或强氧化性中 间体的物质，产生的中间体可以和电致化学发光体系的发光体反应生成激发态分子。三 丙胺( t p r a ) 是联吡啶钌( r u ( b p y ) 3 2 + ) 电致化学发光体系中最常用的共反应剂。 r u ( b p y ) 3 什一e - 一r u ( b p y ) 3 + t p r a e t p r a + 。一t p r a 。+ h + r u ( b p y ) 3 3 + + t p r a + 一r u ( b p y ) 3 2 + + 产物 r u ( b p y ) 3 2 + + 一r u ( b p y ) 3 2 + + h v 在某些金属氧化物电极上可观测到另一类电致化学发光现象，即阴极电致化学发 光。阴极电致化学发光的反应机理完全不同于上面提到的两种电致化学发光反应机理。 它不是在电极表面直接形成激发态，而是通过电化学反应生成的反应物进行电子传递的 一种化学发光反应。红荧烯在氧化锌半导体电极上产生的电化学发光就是典型的阴极电 化学发光。 r u b e r u b + r u b ”+ eh o t 一r u b 3 r u b + 3r u b 。一1r u b + r u b l r e y b 。一r l i b + 矗v 1 1 1 3 电致化学发光分析实验装置 e c l 的基本仪器主要包括两部分：信号激发系统和信号检测系统，如图1 1 。电致 化学发光检测法不需要外部光源，本文中主要应用m p i 电化学分析仪作为信号激发系 统，光电倍增管作为光信号检测系统，反应场所既e c l 反应池自行设计制作。常用的 电致化学发光反应一般采用三电极系统，工作电极、参比电极以及对电极。 2 第一章绪论 图1 - 1 电致化学发光检测仪系统框图 f i g 1 1s y s t e m a t i cd i a g r a mo fe c l 1 1 1 4 电致化学发光的定量分析 电致化学发光的定量基础与化学发光是一致的。化学发光反应之所以能够用于分析 测定，是因为化学发光强度与化学发光速率相关联，因而一切影响反应速率的因素都可 以作为建立测定方法的依据。化学发光强度( i c l ) 取决于化学反应的速率、产生激发态产 物的效率和激发态物质的发光效率。在任一时间t 内，化学发光反应的发光强度i c l 与 化学发光反应的效率9 c l 和反应物浓度c 有以下关系： i c e ( t ) = t p c l d c d t i c l ( t ) 为t 时刻的化学发光强度( 光子秒) ，d c d t 是t 时刻化学发光反应的速度( 分子数 秒) ，q c l 为与分析物相关的化学发光效率，发光效率可以定义为发射光子的数目( 或速 度) 与参加反应的分子数( 或速度) 之比。对于特定的化学发光反应在恒定的反应条件下为 一常数，化学发光和电化学发光的( p c l 一般都在o 0 1 - 0 2 0 之间。化学发光强度i c l 与分 析物的浓度c 成正比，这是化学发光分析方法进行定量分析的基础。 1 1 1 5 电致化学发光的分析特点 研究表明，电致化学发光分析不仅具备化学发光分析的一些特点，同时也具备了一 定电化学特点。概括起来，电致化学发光分析主要有以下几方面的特点 2 8 - 3 0 】。 反应具有时空可控性：不同的物质有不同的发光电压，可以通过改变电极电位 来实现对物质的选择性分析。 仪器简单，分析速度快：相对于流动注射体系的化学发光反应，由于参加电致 化学发光的试剂能够在电极表面上产生，使得所用试剂的数量减少，相应的流 动注射中泵的数量减少和流路简化。同时，电致化学发光不需要外加光源，避 免了外来光的干扰。 灵敏度高，线性范围宽：与化学发光方法( c l ) 相比，e c l 中参与发光反应的试 剂是由电极反应在线产生的，反应活性高。相对于化学发光，e c l 反应是在电 极表面的扩散层进行，因此在一定的电化学信号激发下，扩散层中发光物质的 浓度很高，因而使电化学发光的灵敏度高于化学发光，可检测低浓度的分析物。 3 早圜 江南大学硕士学位论文 试剂可循环利用：某些发光试剂在电极表面进行可再生的氧化还原反应，如 r u ( b p y ) 3 2 + ，可将此类发光物质通过一定的方式固定化，以减少试剂的使用，同 时可以简化实验装置，提高检测的灵敏度。 分析范围更广：电致化学发光已经广泛应用于草酸、有机胺、葡萄糖、蛋白质、 氨基酸、核酸、药物、免疫等分析和其它物质的测定。 1 1 2 金属配合物电致化学发光研究进展 近年来，研究发现r u 、o s 、c r 、c d 、r d 、p t 、r e 、i r 、m o 、t b 、e u 及c u 等金属 配合物都可以产生电致化学发光1 3 1 。3 3 】。在这些过渡金属中，r d 的研究是最为广泛的， 其中三联吡啶钌r u ( b p y ) 3 2 + 及其衍生物的e c l 研究更是多见，目前，联吡啶钌在食品、 医药、生物和环境等诸多分析科学领域都具有重要的意义【3 4 刁6 1 。 1 1 3 电致化学发光的固定化研究 在传统的流动分析体系中，r u ( b p y ) 3 2 + 及其衍生物是作为流动反应的试剂而被大量 消耗，同时也导致了环境的污染和较高的分析成本。研究发现，联吡啶钌具有可循环再 生的性质，人们利用这一特性将其固定在电极表面制备固相化的电化学发光传感器，不 仅可以节省试剂和简化实验装置，并且实现了e c l 仪器的小型化，同时也可将修饰剂与 反应体系进行分离，达到不污染测定样品的目的。目前，文献上报道关于e c l 的固定化 方法主要有四种类型：l b 膜法( l a n g m u i r b l o d g e t t ) 、自组装法( s e l f - a s s e m b l e d ) 、n a t i o n 膜法、溶胶一凝胶法( s 0 1 g e l ) 、巯基功能化的电极表面固定r u ( b p y ) 3 2 + 等其他方法技术进行 固定化。 1 1 3 1l a n g m u i r - b l o d g e t t 膜法 l a n g m u i r b l o d g e t t 膜( 简称l b 膜) 的研究起始于上世纪3 0 年代，首先是f l j l a n g m u i r 及 其学生b l o d g e t c 提出【3 7 】。l b 膜被认为是一种控制特殊吸附的方法，将具有脂肪疏水端和 亲水基团的双亲分子溶于可挥发的有机溶剂中，通过控制表面压力，溶质分子在气液界 面形成紧密有序单分子膜，及l a n g m u r i 膜( l 膜) ，然后将单分子膜转移到固体电极表面， 组建成单分子或多分子膜，得到l b 膜修饰电极。采用l b 膜的方法固定r u ( b p y ) 3 2 + 发光基 团，必须事先在r u ( b p y ) 3 2 + 上接较长碳链的疏水基。b a r d d x 组利用l b 技术，分别在i t o 玻璃、金电极和铂电极表面固定了联吡啶钌的表面活性剂类衍生物，发现将修饰过的电 极置于草酸溶液中可产生e c l t 3 s , 3 9 。l b 膜可在常温常压下形成，需要的生成能量小，一 般只有一个或几个单分子层，膜厚为分子级水平，电子或物质在膜内传输容易。另外修 饰分子的紧密排列，也产生很好的电催化作用，因此l b 膜修饰提供了一种以很少的试剂 得到高灵敏度e c l 的方法。然而，由于l b 膜的成膜动力为物理吸附，即单分子层仅仅是 靠物理吸附于电极表面，因此被固定的修饰膜的稳定性较差，并且l b 膜在有机溶剂( 氯 仿) 中容易吸附，而且设备昂贵，使这一方法的应用受到限制。 1 1 3 2 自组装( s e l f - a s s e m b l e d ) 分子自组装膜( s e l f - a s s e m b l e d ，s a 法) 是一种分子与分子之间以氢键、范德华力、 4 第一章绪论 静电力、疏水作用、丌堆积作用、阳离子吸附作用等分子间作用力连接成结构稳定 的分子聚集体的过程。采用s a 膜法修饰的电极，在酸性、碱性和有机介质中性能都较 为稳定。但是，这种修饰电极在进行电位扫描时易从电极表面脱附，这是由于巯基具有 一定的还原性，在比较正的电位下，会产生0 2 ，而0 2 浓度较高不利于自组装膜的稳定 性。 1 1 3 3n a t i o n 膜法 n a t i o n 是一种全氟化的磺酸基阳离子交换聚合物，是制备电极薄膜常用的高分子材 料，不仅具有优良的化学稳定性、机械强度和离子传输功能，而且对某些疏水性的阳离 子也有较好的选择性，在化学修饰电极中应用较为广泛。此聚合物价格低廉，可牢固地 固定到电极表面，响应迅速，并且具有渗透选择性、离子交换性以及抗污染的性质，是 _ 种有吸引力的材料。 1 1 3 4 溶胶凝胶法 溶胶凝胶( s 0 1 g e l ) 技术是溶胶的凝胶化过程，是一种将金属醇盐等原料配制成均匀 的胶悬体，后在饱和条件下经过水解缩聚成溶胶，再经蒸发干燥转变为凝胶的方法。 s 0 1 g e l 技术的发展始于2 0 世纪3 0 年代，有人用金属盐的水解和胶凝化制备了一种氧化物 薄膜【4 0 1 ，自此以后，s o l 喈e l 技术开始逐渐受到人们的关注。d v o r a k 和d e a r m o n d 使s 0 1 g e l 技术得到大力推【4 ，他们采用四甲氧基硅烷( t m o s ) 作为前驱体，乙醇为互溶剂，在盐 酸催化下将r u ( b p y ) 3 2 + 包埋在溶胶制备修饰剂。 1 1 3 5 巯基功能化的电极表面固定r u ( b p y ) 3 z + 最