化学修饰电极的电化学发光分析研究及分析应用

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本论文分为综述和研究报告两部分。综述部分包括化学修饰电极(CME)的发展历史和分类、化学修饰碳糊电极、化学修饰碳糊电极(CMCPE)的制备及性能、修饰剂的开发、分析应用和展望。研究报告部分主要对电化学发光分析方法和修饰电极技术相结合测定异烟肼、氢化可的松、过氧化氢、钼(VI)和钒(V)等不同类别的物质,进行了详细的研究。 1975年Miller和Murry分别独立地报导了按人为设计对电极表面进行化学修饰的研究,标志着化学修饰电极的正式问世。通过共价键合、吸附、聚合等手段有目的地将具有功能性(如催化、配合、电色、光电等)的物质引入电极表面,使电极赋于新的、特定的功能。化学修饰电极突破了传统电化学中只限于研究裸电极/电解液界面的范围,开创了从化学状态上人为控制电极表面结构的领域。通过对电极表面的分子剪裁,可按意图给电极预定的功能,以便在其上有选择地进行所期望的反应,在分子水平上实现了电极功能的设计。 早期采用共价键合法制备化学修饰电极,这一研究说明,电极表面可按设计进行人工修饰、赋于电极更优良或特定的功能,从而使电化学获得了很有意义的进展。通过这种方法制备修饰电极步骤较烦琐,寿命不长,在实际电化学体系中修饰层失活较快,得不到高于单层的表面覆盖量,因此响应信号小,修饰物与电极表面的接着不牢固,存在性能不稳定的问题。而采用化学吸附的方法十分简单,但容易受到强吸附性杂质的干扰,而且膜厚等因素也不易控制。聚合物薄膜电极种类较多,含有电活性中心(或功能点位)浓度高,它具有三维空间结构的特征,可提供许多能利用的势场,所以响应信号大、易观测,迅速发展为化学修饰电极的研究重点。自组膜(SAMs)是单分子层修饰电极发展的最高形式。SAMs的主要特征是组织有序、定向、密集和完好的单分子层,而且十分稳定。它具有明晰的微结构,借此可探测在电极表面上分子微结构和宏观电化学响应之间的关系。双亲分子在固体表面上自组形成的单分子层结构,可作为生物表面的模型膜进行分子识别。超分子的识别和催化作用是它的两个基本性质,利用超分子的这两个基本性质将受体构筑成功能膜修饰在电极界面上,制成各种各样的功能修饰电极,这在化学修饰电极上又增添了新的内容,开辟了新的发展途径。聚合物膜的缺点:可用的修饰物种类有限,制备手续繁琐、费时,有时存在性能不够稳定的问题;自组装修饰电极的缺点:能够发生自组反应的长链硫醇的数量不多,对基底电极 一主要是金的(单晶面)要求很高,同时所用试剂需自行设计、合成.但化学修 饰碳糊电极可按人们意困,简单、快速地将修饰剂、碳粉、粘合剂混合均匀填入 特制的电极中,贱于电极某种预定的性质,它与其它类型的电极相比,优点是电 位使用苑围宽(依实验条件而定,电位范围为刁.4V-+13V,最高至+1.7VvS.SCE卜 残余电流低(背景信号小)、可用的修饰剂种类非常多,制备方法简单、表面更 .新容易、而且价格便宜.它在分析化学中的应用日趋增多.研究者们在制作技术 上不断改进,运用丝网印刷技术制作电极,具有能大批量生产、价廉、重现性好 等特点。还可采用多种表面更新方式使电极可以重复使用.采用混合粘合剂制备 修饰碳糊电极可以显著改善电极的检测性能.修饰剂的开发是修饰碳糊电极发展 的关键问题,修饰剂主要有络合剂、吸附剂、离子交换剂和生物材料等,将它们 修饰到碳糊电极上,以不同的方式同被测物作用,达到富集、分离,催化和选择 性反应的目的.化学修饰碳糊电极最早多测定的是无机金属离子,后来发展到能 够测定许多有机物,甚至包括一些糖类和氨基酸等大分子物质;修饰碳糊电极已 能够用于FIA、HPLC的检测端口,将修饰碳糊电极集咸到芯片上作为毛细管电 泳芯片的检测端口,证明通过线性扫描、方波和溶出伏安法检测毛细管电泳芯片 的可行性,拓宽了伏安检测在微分析系统中的应用范困. 把DNA修饰到碳糊电极中测定药物开创了新的超分子识别模式。根据检测 对象,不断开发新的类别的修饰剂,合理设计修饰碳糊电极的组成,制备相应的 电极,是一个qM前途的研究方向,在现场检验和活体分析中将有广阔的应用前 景. 本论丈的研究报告部分为化学修饰电极电化学发光分析的研究,目的是从化 学修饰电极的角度研究电化学发光的分析特性,建立一种简便、快速、灵敏且选 择性高的测定金属离子、药物、过氧化氢等几种不同类别的物质的新方法.我们 采用皂土修饰碳糊电极测定异烟讲,首次提出基于修饰电极技术提高电化学发光。分析灵敏度的新方法和新思想.在最佳的实验条件下,相对电化学发光强度和异 烟尉的浓度在 5.0 x 10”-8.0 x 10”mo凡范围内成线形关系,方法的检出限为 l.8 XIO“XO凡,相关系数为 0.9984.我们构建出基于
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