一種在液液界面上用于檢測(cè)連續(xù)多步電子轉(zhuǎn)移的薄層循環(huán)伏安法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在液液界面上用于檢測(cè)連續(xù)多步電子轉(zhuǎn)移的薄層循環(huán)伏安法，屬于物理化學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]液/液界面電化學(xué)是70年代中期發(fā)展起來的介于經(jīng)典的電化學(xué)與化學(xué)傳感器之間的一種新的電化學(xué)方法，可用于模擬生物膜模型，考察生物膜的電荷轉(zhuǎn)移過程機(jī)理，以及對(duì)生命非常重要的藥物的轉(zhuǎn)移行為的研宄。電子在液/液界面上的轉(zhuǎn)移過程也是最基本的物理化學(xué)過程之一。它不僅與許多重要的生物、化學(xué)體系，如化學(xué)傳感器，藥理學(xué)中的藥物釋放，相轉(zhuǎn)移催化的研宄有關(guān)，還與模擬生物膜的研宄密切相關(guān)。同時(shí)，液/液界面作為最簡單的模擬生物膜模型，可以模擬并研宄生命體中電子傳遞過程，從而達(dá)到篩選最佳藥物分子，控制電子傳遞過程等目的。因此，研宄液/液界面上電荷轉(zhuǎn)移過程，建立合理完善的界面過程動(dòng)力學(xué)理論，對(duì)于認(rèn)識(shí)、理解許多生理過程，揭示生命過程的奧秘具有重要的意義。進(jìn)行液/液界面電化學(xué)研宄的主要方法有:微管技術(shù)，微滴電化學(xué)方法，光譜電化學(xué)方法，掃描電化學(xué)顯微鏡(SECM)，薄層循環(huán)伏安法(TLCV)，二次諧波生成法(SHG)，總頻率生成法(SFG)，微液/液界面和計(jì)算機(jī)模擬等手段。其中，由Anson等人1998年提出來的薄層循環(huán)伏安法(Thin-Layer Cyclic Voltammetry, TLCV)，因其簡便、快速、易操作等優(yōu)點(diǎn)成為研宄L/L界面上電荷轉(zhuǎn)移過程的新方法。而在現(xiàn)有的報(bào)道中，未見到應(yīng)用薄層循環(huán)伏安法在液液界面上用于檢測(cè)連續(xù)多步電子轉(zhuǎn)移。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的缺陷，提供了一種在液液界面上用于檢測(cè)連續(xù)多步電子轉(zhuǎn)移的薄層循環(huán)伏安，該方法具有簡便、快速、易操作等優(yōu)點(diǎn)的。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案:
[0005]一種測(cè)定液液界面上連續(xù)多步電子轉(zhuǎn)移的薄層循環(huán)伏安法，包括以下步驟:
[0006]⑴采用三氧化二鋁懸濁液對(duì)熱解石墨電極進(jìn)行拋光處理；
[0007]⑵以步驟⑴處理后的熱解石墨電極為工作電極、以鉑為對(duì)電極、以Ag/AgCl為參比電極的三電極體系進(jìn)行循環(huán)伏安掃描；
[0008]⑶測(cè)試表征好的裸的熱解石墨電極的循環(huán)伏安圖，獲得伏安響應(yīng)峰；
[0009](4)在熱解石墨電極上引入NB薄層，在- 0.4?0.2V的電位范圍內(nèi)掃描獲得循環(huán)伏安圖；
[0010](5)在NB(硝基苯)中溶有CoTPP和TBAClO4，然后滴加到熱解石墨電極上得到CoTPP在NB中的伏安響應(yīng)圖；
[0011](6)在水相中加入Ru (NH3) 6C13，其它同步驟(5)，測(cè)有機(jī)相中CoTPP與水相中Ru (NH3)6Cl3的循環(huán)伏安圖；
[0012](7)從循環(huán)伏安圖中讀取不同水相Ru (NH3) 6(:13濃度時(shí)得到的平臺(tái)電流值，作
1bs_C H2oS ;
[0013](8)作(1bs) -Lf.) ―1圖，進(jìn)行線性擬合，得到三步電子轉(zhuǎn)移速率常數(shù)值，即按照所述步驟⑴中應(yīng)用薄層循環(huán)伏安法及相應(yīng)的速率常數(shù)計(jì)算公式分別計(jì)算出連續(xù)多步電子轉(zhuǎn)移的迀移速率常數(shù)。
[0014]在上述方案的基礎(chǔ)上，步驟⑴具體為將熱解石墨電極依次用0.3 μπι、0.05 μπι的三氧化二鋁懸濁液拋光成鏡面，再依次經(jīng)體積分?jǐn)?shù)為95 %的乙醇、二次蒸餾水超聲清洗后，得到處理后的石墨電極。
[0015]在使用任何固體電極之前都必須清潔其表面，以便清除表面上玷污或吸附雜質(zhì)造成的污染。電極表面易生成氧化層。石墨電極作為工作電極，電極表面發(fā)生氧化后，會(huì)產(chǎn)生各種含氧基團(tuán)(如醇、酚、羧基、酮醌和酸酐等)，從而使電極的重現(xiàn)性、穩(wěn)定性變差，靈敏度下降，失去應(yīng)有的選擇性。
[0016]在上述各方案的基礎(chǔ)上，步驟⑵具體為將步驟⑴處理后的石墨電極經(jīng)氮?dú)?純度為99.999% )吹干后，插入盛有ImM鐵氰化鉀的摩爾濃度為0.1M的氯化鉀電解質(zhì)溶液中，并采用以熱解石墨電極為工作電極、以鉑為對(duì)電極、以Ag/AgCl為參比電極的三電極體系進(jìn)行循環(huán)伏安掃描。
[0017]該步驟的目的是使用三電極體系表征裸的石墨電極是否打磨干凈。
[0018]在上述各方案的基礎(chǔ)上，步驟⑶具體為將表征好的裸的熱解石墨電極倒置于1mM Ru(NH3)6C1#，測(cè)其循環(huán)伏安圖，得到Ru 3+/2+的伏安響應(yīng)峰，其中支持電解質(zhì)為0.1MNaC104+0.1M NaCl。
[0019]該步的目的是獲得水相中Ru (NH3) 6C13氧化還原物質(zhì)的伏安響應(yīng)峰，支持電解質(zhì)的起到導(dǎo)電的作用，此外還可以維持穩(wěn)定的離子強(qiáng)度，增加溶液的導(dǎo)電性，對(duì)化學(xué)過程沒有很大的干擾。
[0020]在上述各方案的基礎(chǔ)上，步驟⑷具體為在熱解石墨電極上滴加1.5 yL硝基苯薄層，水相Ru(NH3)6Cl3濃度不變，在-0.4?0.2V的電位范圍內(nèi)掃描獲得的循環(huán)伏安圖，在引入NB薄層后，因水相中的Ru (NH3)6ClJ能到達(dá)EPG電極表面，峰電流消失。
[0021]該步的目的是在工作電極上加入有機(jī)相薄層(此時(shí)薄層中不含有機(jī)相反應(yīng)物)，水相含有相應(yīng)的氧化還原電對(duì)，作循環(huán)伏安圖，觀察有機(jī)相薄層是否將EPG電極表面與水相隔開(如果薄層已完全覆蓋電極表面，則在CV圖上觀察不到水相反應(yīng)物的氧化還原峰，CV圖的氧化電流和還原電流平行)，說明薄層已經(jīng)成功地掛在工作電極表面，并且可以阻斷水相反應(yīng)物到達(dá)電極表面。
[0022]在上述各方案的基礎(chǔ)上，步驟(5)具體為在NB中溶有ImM CoTPP和1mM TBAClO4,水相不含Ru (NH3)6ClJt，將溶有CoTPP的硝基苯溶液滴加到熱解石墨電極上得到CoTPP在NB中的伏安響應(yīng)圖，在電壓為0.318V和0.582V和0.963V位置上分別產(chǎn)生了三對(duì)氧化還原峰，表明在電極表面發(fā)生了 CoTPP的三步一電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)。
[0023]該步的目的是事先在有機(jī)相中加入相應(yīng)的反應(yīng)物及支持電解質(zhì)，將其引入電極表面形成薄層。與上一步不同的是水相不含有反應(yīng)物，只含有支持電解質(zhì)。此時(shí)的CV圖屬于有機(jī)相反應(yīng)物的氧化還原峰，由此可以確定有機(jī)相反應(yīng)物的氧化還原電位。與第一步相比，它們的參比電極和對(duì)電極都位于水相中，而工作極在兩相界面上，所以第三步所測(cè)的電位實(shí)際上已包含了液/液界面電位差。比較第一步和第三步所得的CV圖，如果相對(duì)于兩相反應(yīng)物的半反應(yīng)形成的界面反應(yīng)，具有較高的電位差，則界面反應(yīng)可以發(fā)生。
[0024]在上述各方案的基礎(chǔ)上，步驟(6)具體為水相中加入1mM Ru(NH3)6C13，其它同(5)，測(cè)有機(jī)相中CoTPP與水相中Ru (NH3)6Clj^循環(huán)伏安圖，CoTPP的氧化峰電流急劇升高，出現(xiàn)平臺(tái)電流，這表明當(dāng)水相含有Ru (NH3)6ClJt，在每一步ET反應(yīng)過程中，隨著電壓的逐漸增大，有機(jī)相中的CoTPP+、CoTPP2+和CoTPP3+在界面上均被水相中的Ru (NH3) 6C13還原為CoTPP、CoTPP+和CoTPP 2+，所生成的CoTPP、CoTPP+和CoTPP 2+再擴(kuò)散至電極表面使氧化電流增加，得到了 CoTPP、CoTPP+和CoTPP 2+擴(kuò)散控制的三步穩(wěn)態(tài)循環(huán)過程。
[0025]該步的目的是在兩相中都加入相應(yīng)的反應(yīng)物(有機(jī)相反應(yīng)物濃度恒定，水相反應(yīng)物濃度不斷變化)，會(huì)發(fā)現(xiàn)對(duì)應(yīng)于有機(jī)相反應(yīng)物的出峰位置，將出現(xiàn)平臺(tái)電流(對(duì)應(yīng)不同的研宄體系，平臺(tái)電流可能出現(xiàn)在氧化峰的位置，也可能出現(xiàn)在還原峰的位置)，這說明界面反應(yīng)發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，如果有機(jī)相中某種價(jià)態(tài)的反應(yīng)物濃度恒定，薄層中出現(xiàn)了循環(huán)過程。這個(gè)過程中反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了由有機(jī)相反應(yīng)物擴(kuò)散控制的界面反應(yīng)(一般認(rèn)為反應(yīng)物在不同價(jià)態(tài)時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)相同)，而且隨著水相反應(yīng)物濃度的增加，平臺(tái)電流也會(huì)不斷變大。
[0026]在上述各方案的基礎(chǔ)上，步驟(7)具體為從循環(huán)伏安圖中讀取不同水相Ru(NH3)6Cl3濃度時(shí)得到的平臺(tái)電流值，作‘-c:圖，曲線擬合發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Ru (NH3)6Cl3濃度逐漸增大時(shí)，1^趨近于某一恒定的值，與水相中的Ru (NH 3) 6C13濃度無關(guān)。
[0027]薄層伏安法在研宄液/液界面電子轉(zhuǎn)移方面已具有一定的定量分析理論基礎(chǔ)，可由觀測(cè)到的穩(wěn)態(tài)平臺(tái)電流(U計(jì)算相應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移速率常數(shù)。平臺(tái)電流主要由穩(wěn)態(tài)極限擴(kuò)散電流(iD)和界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)電流(irt)組成，關(guān)系如式(I)所示:
[0028](