stringtranslate.com

Электрохемилюминесценция

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).

Схематическое изображение «окислительно-восстановительных» гетерогенных механизмов ЭХЛ для пары Ru(bpy) 3 2+ /TPrA. Генерация ЭКЛ достигается только за счет окисления TPrA и с участием гомогенной реакции катион-радикала (TPrA° + ), как предложил Бард. [5] Люминофор в возбужденном состоянии Ru 2+ * релаксирует в основное состояние и испускает фотон. Врезное изображение поверхности электрода во время эмиссии ЭСЛ [6]

Приложения

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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Форстер Р.Дж., Бертончелло П., Киз Т.Э. (2009). «Электрогенерированная хемилюминесценция». Ежегодный обзор аналитической химии . 2 : 359–85. Бибкод : 2009ARAC....2..359F. doi : 10.1146/annurev-anchem-060908-155305. ПМИД  20636067.
  2. ^ Валенти Г., Фиорани А., Ли Х., Сойич Н., Паолуччи Ф. (2016). «Основная роль электродных материалов в электрохемилюминесцентных приложениях». ХимЭлектроХим . 3 (12): 1990–1997. дои : 10.1002/celc.201600602. hdl : 11585/591485 .
  3. ^ Электрогенерированная хемилюминесценция, под редакцией Аллена Дж. Барда, Марселя Деккера, Inc., 2004 г.
  4. ^ Валенти Дж., Рампаццо Р., Бонакки С., Петрицца Л., Маркаччо М., Монтальти М., Проди Л., Паолуччи Ф. (2016). «Переменное легирование вызывает замену механизма в электрогенерированной хемилюминесценции кремнеземных наночастиц Ru(bpy)32+ ядро-оболочка». Варенье. хим. Соц . 138 (49): 15935–15942. дои : 10.1021/jacs.6b08239. hdl : 11585/583548 . ПМИД  27960352.
  5. ^ Мяо В., Чой Дж., Бард А. (2002). «Электрогенерированная хемилюминесценция 69: новый взгляд на систему трис (2,2'-бипиридин) рутения (II), (Ru (bpy) 32+) / три-н-пропиламина (TPrA). Новый путь с участием катион-радикалов TPrA • +». Варенье. хим. Соц . 124 (48): 14478–14485. дои : 10.1021/ja027532v.
  6. ^ Валенти Г., Зангери М., Сансалони С., Мирасоли М., Пенико А., Рода А., Паолуччи Ф. (2015). «Сеть прозрачных углеродных нанотрубок для эффективных электрохемилюминесцентных устройств». Химия: Европейский журнал . 21 (36): 12640–12645. doi : 10.1002/chem.201501342. ПМИД  26150130.
  7. ^ Занут, А.; Фиорани, А.; Канола, С.; Сайто, Т.; Зибарт, Н.; Рапино, С.; Ребеккани, С.; Барбон, А.; Ири, Т.; Джозель, Х.; Негри, Ф.; Маркаччо, М.; Виндфур, М.; Имаи, К.; Валенти, Г.; Паолуччи, Ф. (2020). «Понимание механизма электрохемилюминесценции сореагента, способствующего повышению биоаналитических характеристик». Нат. Коммун . 11 : 2668. doi : 10.1038/s41467-020-16476-2 . ПМК 7260178 . 
  8. ^ Фенрих, Калифорния; Правда, М.; Гильбо, Г.Г. (май 2001 г.). «Недавние применения электрогенерированной хемилюминесценции в химическом анализе» (PDF) . Таланта . 54 (4): 531–559. дои : 10.1016/S0039-9140(01)00312-5. ПМИД  18968276.[ постоянная мертвая ссылка ]
  9. ^ Мяо, Уцзянь (2008). «Электрогенерированная хемилюминесценция и ее биологические применения». Химические обзоры . 108 (7): 2506–2553. дои : 10.1021/cr068083a. ПМИД  18505298.
  10. ^ Ли, Вон Ён (1997). «Электрогенерированная хемилюминесценция трис (2,2'-бипиридил)рутения (II) в аналитической науке». Микрохимика Акта . 127 (1–2): 19–39. дои : 10.1007/BF01243160.
  11. ^ Вэй, Хуэй; Ван, Эркан (01 мая 2008 г.). «Твердотельная электрохемилюминесценция трис (2,2'-бипиридил) рутения». TrAC Тенденции в аналитической химии . 27 (5): 447–459. doi :10.1016/j.trac.2008.02.009.
  12. ^ Вэй, Хуэй; Ван, Эркан (01 марта 2011 г.). «Электрохемилюминесценция трис (2,2'-бипиридил)рутения и его применение в биоанализе: обзор». Люминесценция . 26 (2): 77–85. дои : 10.1002/bio.1279. ISSN  1522-7243. ПМИД  21400654.