现代仪器分析

电致化学发光（ECL）是通过在电极上施 加一定波形的电压或者电流信号进行电解 产物之间或与体系中共存组分反应产生化 学发光的现象。 是电极产物之间或产物与体系中某组分 进行化学反应所产生的一种光辐射，是 将电化学和化学发光结合起来的一种分 析技术。
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2. 电致化学发光材料
无机金属配合物，如 Ru(bpy)3 2+及其衍生物
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2.3 半导体纳米晶 (nanocrystals，NCs)
又可称半导体纳米粒子 (nanoparticles，NPs)、量子点 (quantum dots，QDs)： 少量原子构成 三维尺寸都在100nm以下，准零维的纳米材料 单量子点：Au，Pd，Co等； Ⅱ-Ⅵ族：CdSe，CdTe，ZnS，MgSe等； Ⅲ-Ⅴ族：GaAs，InAs，GaSb等； Ⅳ-Ⅳ族：SiC，SiGe； Ⅳ族：Si，Ge； Ⅳ-Ⅵ族：PbSe；
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K-掺杂石墨烯的表征
TEM：K-石墨烯保持了石墨烯的二维结构形态，且具有高的表面积和体积比 CV：K-石墨烯能够有效地增加电极面积和加快电子传递
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ECL生物传感器的表征
a: K-GR b: anchoring compsite c: BSA blocking d: incubating TBP e: using GR
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半导体纳米晶在生命分析中的应用：
(1)生物大分子之间的荧光探针识别 (2) 荧光标记与细胞成像 (3)生物组织的荧光成像和活体观察 (4)基于荧光能量转移的QDs在生物大分子相互作 用中的应用 (5)QDs用于电化学分析传感中。
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(1) 生物大分子之间的荧光探针识别
A+e-→A-· Ae-→A+· A+·+R→A*+O A-·+O→A*+R
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2. 1.无机金属配合物 ——钌联吡啶
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纳 米 材 料
量子森林
复色量子点
量子点纳米管
量子点纳米晶体
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纳 米 材 料
石墨烯半导体量子点 量子点感光元件
量子点半导体
石墨烯半导体量子点
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人类认识自然的尺度范畴 宇观尺度：距地球最远星系约 220 亿光年
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CdS纳米晶的吸收光谱与TEM图
UV: 470 nm
计算粒径为5.17 nm 与TEM图一致
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绝缘效应对ECL的影响
a:CdS c:after BCP
b:BSA blocking d:without HRP
绝缘覆盖层的形成大 大 抑 制 了 K2S2O8 向 电 极表面的迁移速率 , 使 ECL信号显著降低
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实际样品分析
对含有不同浓度H2O2的雨水、消毒剂和隐形眼镜药水三种实际样品进行了分析
a b
RSD: relative standard deviation, (n=3). samples diluted 108 times.
实际样品的回收率在97.00％到 104.00％之间
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本篇小结：
首次论证了将 BCP 与 ECL 相结合用于发展高效淬灭型的
ECL生物传感器的可能性。
由于许多酶都可以诱导生物催化沉淀反应发生从而产生不
溶性的绝缘物质，因此本工作所提出的方案是一种较普遍的 方法用以发展高效淬灭型ECL生物传感器。
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3.3. 钾掺杂石墨烯增强SiO2@CdS复合物ECL
发光的研究及其在检测结合蛋白中的应用
研究出发点
※
ECL信号是来自于纳米晶和ECL共反应剂之间的电子转 移反应。加速电子传递过程能够提高信号。 石墨烯是一种优良的碳材料，而K掺杂石墨烯比与未掺杂 石墨烯能更有效地促进了电荷传递。 DNA结合蛋白在细胞过程如：转录、复制、结合和修复 中起了很重要的作用。 TATA结合蛋白（TBP）是一种 普遍存在的转录因子。
ECL发射材料
有机ECL发射材料，如多聚芳香 化合物及其衍生物、鲁米诺
半导体纳米晶，如CdS、 CdSe、CdTe
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电致化学发光的原理
氧化态与还原态 自由基离子之间 发生湮灭反应
电极产物同溶液 中氧化还原剂发 生电子转移反应
R+e-→R-· Re-→R+· R+·+R-·→R*+R R* → R+hν
K-石墨烯提高ECL信号 约2.3倍
※
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CdSe:Co纳米晶的XRD表征
特征衍射峰对应着CdSe的（111）、（220）和（311）晶面 立方闪锌矿结构，尺寸约为4.4 nm。
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CdSe:Co纳米晶的TEM、HRTEM和EDS表征
掺杂与未掺杂纳米晶粒径相当，约为4±0.5 nm
6.91 keV处出现Co的特征峰
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CdSe:Co纳米晶的XPS表征
开发半导体纳米晶的 ECL特性，发展新型的ECL生物 传感器，具有非常重要的意义。
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纳米晶电致化学发光 的生物分析应用
生物小分 子、离子 检测
核酸传感 分析
免疫传感 分析
生物大分 子、细胞 分析
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生纳 物米 分晶 析电 新致 方化 法学 发 光
方法
与其他技术相 结合 提高传统 电子传递型
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量子点
结构特点
三个维度的尺寸均为纳米级， 是准零维的纳米材料 其内部电子在各方向上的运动 都受到局限 可分为箱形、球形、四面、柱 形、立方、盘形和外场（电场 和磁场）诱导量子点
发光性质
量子点的发射光谱可以通 过改变量子点的尺寸大小 来控制 具有很好的光稳定性 具有宽的激发谱和窄的发 射谱、荧光寿命长
53※※EL生物传感器组装及检测示意图54
SiO2@CdS/DNA复 合 材 料 的 表 征
a: SiO2 b: SiO2@CdS c: SiO2@CdS/DNA
UV：470 nm CdS NCs 260 nm DNA
TEM：大量CdS NCs成功 的修饰在SiO2粒子 ECL： 信号增强了约7倍
量子点在体成像 (a) 量子点动物活体实验流程，(b) 量子点在活体动物
内的多色标记成像
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（ 4）
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基于荧光能量转移的QDs在生物大分子中的应用
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（5）生物芯片
生物芯片技术在基因型的检测上 具有高通量、快速、方便及试剂用 量少的优点。 Parak 等用 SMCC 将表 面带有巯基的，能发射不同荧光的 硅烷化 QDs 与氨基修饰的不同单链 DNA 偶联，将其与固定在玻片表面 的DNA进行杂交后洗去不结合的DNA， 用荧光落射显微镜观察发现:当玻片 上的 DNA 与 QDs 偶联的 DNA 互补时， 可以观察到 QDs 荧光出现在玻片上， 不互补的则观察不到荧光信号，从 而能实现高通量、快速检测DNA。



宏观尺度：肉眼可见范围，约 10-4 m 以上
介观尺度：包括微米、亚微米、纳米和团簇 原子原子核尺度：10-15 m --- 10-10 m
基本粒子尺度：10-19 m，包括夸克、轻子
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纳米材料的定义：
纳米材料 是指材料的基本结构单元至少有一维
的 特 征 尺 寸 介 于 1~100 nm ， 并 由 于 纳 米 尺 寸 效 应
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本章小结：
采用共沉淀法制备了Co2+离子掺杂的CdSe:Co纳米晶，这种 掺杂材料在三正丙胺作共反应剂的条件下具有良好的阳极 ECL 发光行为。
此材料可以用来构建阳极 ECL生物传感膜，扩大阳极 ECL生
物分析的应用。
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3.2.基于生物催化沉淀高效淬灭CdS 纳米晶薄膜的电致化学发光
研究出发点
（ nanoscale
size
effect ） 、 表 面 / 界 面 效 应
（ surface/interface effect ）和量子限域效应（ quantum confinement effect）而表现出奇异的、不同于相应的体 材料所具备的物理或化学特性的材料或材料体系。
纳米材料被认为是“21世纪最有前途的材料”而成 为近二三十年的研究热点。
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能带宽度：
量子点的发光原理：
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图为长颈瓶中不同尺寸 的硒化镉量子点在紫外 线的照射下发出荧光， 同样的在其他方式的激 发下，也有很好的发光 效果。
图：量子点的发光谱。可以看出，700nm波长为一个分界线，小于 700nm是发光为可见光，超过700nm为红外光。实验室常用为550nm 和620nm。
原理
发展新型 能量转移型 结合电子和 能量传递型
材料
开发阳极发光 材料
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3.1. CdSe:Co纳米晶的制备、阳极电致
化学发光行为及其对碱性磷酸酶的检测
研究出发点
※
基于半导体纳米晶的阴极ECL有较多的研究，由于 半导体纳米晶在阳极ECL发光较弱，限制了其在阳 极的分析应用。 在单纯的半导体纳米晶材料内部引入磁性过渡金属 离子可以获得独特光、电、磁性质。
磁性Co2+离子成功地 掺杂进入主体CdSe 纳米晶的表面
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CdSe:Co纳米晶的紫外吸收和 荧光发射谱图
Co2+掺杂没有明显改变母体CdSe的带隙宽度。 530 nm→525 nm ： Co2+的掺杂能调整CdSe纳米晶的能带结构 575 nm ： Co2+的掺杂能提高CdSe纳米晶的表面缺陷
[CdSe:Co] (h+) TPrA·+ H+
[CdSe:Co] (h+) + TPrA
[CdSe:Co]*
[CdSe:Co]* + TPrA fragments