Электрохемилюминесценция или электрогенерированная хемилюминесценция ( ЭКЛ ) — разновидность люминесценции , возникающей в ходе электрохимических реакций в растворах. При электрогенерированной хемилюминесценции электрохимически генерируемые промежуточные соединения подвергаются высокоэкзергонической реакции с образованием электронно-возбужденного состояния, которое затем излучает свет при релаксации в состояние более низкого уровня. Эта длина волны испускаемого фотона света соответствует энергетической щели между этими двумя состояниями. [1] [2] Возбуждение ECL может быть вызвано реакциями переноса энергичных электронов (окислительно-восстановительными реакциями) электрогенерированных частиц. Такое возбуждение люминесценции представляет собой форму хемилюминесценции , при которой один/все реагенты образуются электрохимически на электродах. [3]
ЭХЛ обычно наблюдается при приложении потенциала (несколько вольт) к электродам электрохимической ячейки, содержащей раствор люминесцентных веществ ( полициклических ароматических углеводородов , металлокомплексов, квантовых точек или наночастиц [4] ) в апротонном органическом растворителе (композиции ЭХЛ). В органических растворителях как окисленные, так и восстановленные формы люминесцентных частиц могут образовываться на разных электродах одновременно или на одном, перемещая его потенциал между окислением и восстановлением. Энергия возбуждения получается в результате рекомбинации окисленных и восстановленных частиц.
В водной среде, которая в основном используется для аналитических применений, одновременного окисления и восстановления люминесцентных частиц трудно достичь из-за электрохимического расщепления самой воды, поэтому используется реакция ECL с сореагентами. В последнем случае люминесцентные частицы окисляются на электроде вместе с сореагентом, который после некоторых химических превращений образует сильный восстановитель (механизм окислительного восстановления).
ECL оказался очень полезным в аналитических приложениях как высокочувствительный и селективный метод. [7] Он сочетает в себе аналитические преимущества хемилюминесцентного анализа (отсутствие фонового оптического сигнала) с простотой контроля реакции путем приложения электродного потенциала. Как аналитический метод он имеет выдающиеся преимущества перед другими распространенными аналитическими методами благодаря своей универсальности, упрощенной оптической настройке по сравнению с фотолюминесценцией (ФЛ) и хорошим временным и пространственным контролем по сравнению с хемилюминесценцией (ХЛ). Повышенная селективность ECL-анализа достигается за счет изменения потенциала электрода, что позволяет контролировать частицы, которые окисляются/восстанавливаются на электроде и участвуют в реакции ECL [8] (см. электрохимический анализ).
Обычно используются комплексы рутения, особенно [Ru(bpy) 3 ] 2+ (bpy = 2,2'-бипиридин), который испускает фотон с длиной волны ~ 620 нм, регенерирующий с помощью TPrA ( трипропиламина ) в жидкой фазе или на границе раздела жидкость-твердое тело. Его можно использовать в качестве монослоя, иммобилизованного на поверхности электрода (изготовленного, например, из нафиона или специальных тонких пленок, изготовленных методом Ленгмюра-Блогетта или методом самосборки), или в качестве сореагента, или, чаще, в качестве метки и используемого в ВЭЖХ , с меткой Ru. иммуноанализы на основе антител , ДНК-зонды с Ru-тегами для ПЦР и т. д., биосенсоры на основе генерации НАДН или H 2 O 2 , обнаружение оксалатов и органических аминов и многие другие приложения, которые могут быть обнаружены от пикомолярной чувствительности до динамического диапазона более шести порядков величины. Обнаружение фотонов осуществляется с помощью фотоумножителей (ФЭУ), кремниевых фотодиодов или волоконно-оптических датчиков с золотым покрытием . Важность обнаружения методов ECL для биологических приложений хорошо известна. [9] ECL широко используется в коммерческих целях во многих клинических лабораторных приложениях. [10] [11] [12]