Электрохемилюминесценция - Electrochemiluminescence

Электрохемилюминесценция или электрогенерированная хемилюминесценция (ECL) является своего рода свечение образуются при электрохимических реакциях в растворах. При электрогенерированной хемилюминесценции электрохимически генерируемые промежуточные продукты подвергаются сильному экзэргоническая реакция для создания 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) электрогенерированных частиц. Такие свечение возбуждение - это форма хемилюминесценция где один / все реагенты образуются на электродах электрохимическим способом.[3]

ЭХЛ обычно наблюдается при приложении потенциала (несколько вольт) к электродам электрохимической ячейки, содержащей раствор люминесцентных частиц (полициклические ароматические углеводороды, металлокомплексы, квантовые точки или Наночастицы [4]) в апротонном органическом растворителе (композиция ECL). В органических растворителях как окисленные, так и восстановленные формы люминесцентных частиц могут быть получены на разных электродах одновременно или на одном, за счет изменения его потенциала между окислением и восстановлением. Энергия возбуждения получается в результате рекомбинации окисленных и восстановленных частиц.

В водной среде, которая в основном используется для аналитических целей, одновременное окисление и восстановление 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 дает сильный восстановитель после некоторых химических превращений (механизм окислительного восстановления).

Схематическое изображение «окислительно-восстановительных» гетерогенных механизмов ECL для пары Ru (bpy)32+/ TPrA. Генерация ECL достигается только путем окисления TPrA и включает гомогенную реакцию катион-радикала (TPrA °+), предложенный Бардом.[5] Люминофор в возбужденном состоянии Ru2+* релаксирует в основное состояние и испускает фотон. Вложенное изображение поверхности электрода во время ЭСЛ-излучения [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 управления реакцией путем приложения электродного потенциала. В качестве аналитического метода он обладает выдающимися преимуществами перед другими распространенными аналитическими методами благодаря своей универсальности, упрощенной оптической настройке по сравнению с фотолюминесценция (PL) и хороший временный и пространственный контроль по сравнению с хемилюминесценция (CL). Повышенная селективность анализа ECL достигается за счет изменения потенциала электрода, что позволяет контролировать вещества, которые окисляются / восстанавливаются на электроде и принимают участие в реакции ECL.[8] (увидеть электрохимический анализ ).

Обычно используются комплексы рутения, особенно [Ru (Bpy)3]2+ (который выпускает фотон с длиной волны ~ 620 нм), регенерирующий с помощью TPrA (Трипропиламин ) в жидкой фазе или на границе жидкость – твердое тело. Его можно использовать как монослой, иммобилизованный на поверхности электрода (например, из нафион, или специальные тонкие пленки, изготовленные методом Ленгмюра-Блогетта или методом самосборки) или в качестве сореагента или, чаще, в качестве метки и используемой в ВЭЖХ, Иммуноанализ на основе антител, меченных Ru, ДНК-зонды, меченные Ru для ПЦР так далее., НАДН или ЧАС2О2 биосенсоры на основе поколения, обнаружение оксалатов и органических аминов и многие другие приложения, которые могут быть обнаружены от пикомолярной чувствительности до динамического диапазона более шести порядков. Обнаружение фотонов осуществляется с помощью фотоумножители (PMT) или кремний фотодиод или с золотым покрытием оптоволокно датчики. Важность обнаружения методов ECL для биологических приложений хорошо известна.[9] ECL широко используется в коммерческих целях во многих клинических лабораториях.[10][11][12]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Форстер Р.Дж., Бертончелло П., Киз Т.Е. (2009). «Электрогенерированная хемилюминесценция». Ежегодный обзор аналитической химии. 2: 359–85. Bibcode:2009ARAC .... 2..359F. Дои:10.1146 / annurev-anchem-060908-155305. PMID  20636067.
  2. ^ Валенти Дж., Фьорани А., Ли Х, Соджич Н., Паолуччи Ф (2016). «Существенная роль электродных материалов в применении электрохемилюминесценции». ХимЭлектроХим. 3 (12): 1990–1997. Дои:10.1002 / celc.201600602.
  3. ^ Электрогенерированная хемилюминесценция, под редакцией Аллена Дж. Барда, Marcel Dekker, Inc., 2004 г.
  4. ^ Валенти Дж., Рампаццо Р., Бонакки С., Петрица Л., Маркаччо М., Монтальти М., Проди Л., Паолуччи Ф (2016). «Переменный допинг вызывает обмен механизма в электрогенерированной хемилюминесценции наночастиц диоксида кремния Ru (bpy) 32+ Core-Shell». Варенье. Chem. Soc. 138 (49): 15935–15942. Дои:10.1021 / jacs.6b08239. PMID  27960352.
  5. ^ Мяо В., Цой Дж., Бард А. (2002). «Электрогенерированная хемилюминесценция 69: Трис (2,2'-бипиридин) рутений (II), (Ru (bpy)32+) / Tri-n-пропиламин (TPrA): новый взгляд на катион-радикалы TPrA • + » (PDF). Варенье. Chem. Soc. 124 (48): 14478–14485. Дои:10.1021 / ja027532v.
  6. ^ Валенти Дж., Зангери М., Сансалони С., Мирасоли М., Пенико А., Рода А., Паолуччи Ф (2015). "Прозрачная сеть углеродных нанотрубок для эффективных электрохемилюминесцентных устройств". Химия: европейский журнал. 21 (36): 12640–12645. Дои:10.1002 / chem.201501342. PMID  26150130.
  7. ^ Занут, А .; Fiorani, A .; Canola, S .; Сайто, Т .; Ziebart, N .; Рапино, С .; Rebeccani, S .; Barbon, A .; Irie, T .; Josel, H .; Negri, F .; Marcaccio, M .; Windfuhr, M .; Имаи, К .; Валенти, G .; Паолуччи, Ф. (2020). «Понимание механизма электрохемилюминесценции сореагента, способствующего повышению биоаналитических характеристик». Nat. Сообщество. 11: 2668. Дои:10.1038 / s41467-020-16476-2.
  8. ^ Fähnrich, K.A .; Правда, М .; Гильбо, Г. Г. (май 2001 г.). «Последние применения электрогенерированной хемилюминесценции в химическом анализе» (PDF). Таланта. 54 (4): 531–559. Дои:10.1016 / S0039-9140 (01) 00312-5. PMID  18968276.[постоянная мертвая ссылка ]
  9. ^ Мяо, Уцзянь (2008). «Электрогенерированная хемилюминесценция и ее биорелированные приложения». Химические обзоры. 108 (7): 2506–2553. Дои:10.1021 / cr068083a. PMID  18505298.
  10. ^ Ли, Вон-Ён (1997). «Электрогенерированная хемилюминесценция трис (2,2'-бипиридил) рутения (II) в аналитической науке». Microchimica Acta. 127 (1–2): 19–39. Дои:10.1007 / BF01243160.
  11. ^ Вэй, Хуэй; Ван, Эрканг (1 мая 2008 г.). «Твердотельная электрохемилюминесценция трис (2,2'-бипиридил) рутения». Тенденции TrAC в аналитической химии. 27 (5): 447–459. Дои:10.1016 / j.trac.2008.02.009.
  12. ^ Вэй, Хуэй; Ван, Эрканг (01.03.2011). «Электрохемилюминесценция трис (2,2'-бипиридил) рутения и ее применение в биоанализе: обзор». Люминесценция. 26 (2): 77–85. Дои:10.1002 / bio.1279. ISSN  1522-7243. PMID  21400654.