一種雙極電極耦合電化學反應裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電化學技術領域，具體涉及一種新型的雙極電極耦合電化學反應裝置及方法。
【背景技術】
[0002]充電電流所產(chǎn)生的背景信號是限制伏安分析方法靈敏度的主要因素。目前脈沖伏安分析技術能極大的消除充電電流的干擾，提高伏安分析的靈敏度。但脈沖伏安分析速度慢及復雜的儀器硬件要求等使得脈沖伏安分析難以得到更廣泛的應用；此外，雖然各種光譜電化學技術如熒光光譜電化學、電化學發(fā)光等分析方法可基于電化學產(chǎn)物光譜信號的檢測，消除充電電流的干擾、提高電分析方法的靈敏度。但電極表面不但是電化學反應的場所，也是電生物質(zhì)產(chǎn)生化學發(fā)光反應的場所。因此，兩者的許多物理化學要求會產(chǎn)生矛盾，在一定程度上限制了電化學發(fā)光的分析特性。
[0003]近年來，雖然雙極電極電化學發(fā)光分析方法能使電化學反應和相應的電化學發(fā)光反應在空間上分隔，在各自的最佳條件下完成、優(yōu)化分析特性。但雙極電極表面電位的精確控制面臨許多干擾，使雙極電極電化學發(fā)光方法的選擇性面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。
[0004]因此，發(fā)展新方法與新技術來克服上述問題，即不但要有常規(guī)三電極電化學發(fā)光體系的選擇性，也要有雙極電極電化學反應與電化學發(fā)光反應空間分隔特點的方法與技術就具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述電化學發(fā)光方法的缺點，本發(fā)明設計了一種新的雙極電極耦合電化學反應裝置，不但保留了伏安分析的選擇性，還實現(xiàn)了電化學發(fā)光高靈敏傳感伏安分析信號的尚靈敏性。
[0006]本發(fā)明還提供了一種用雙極電極耦合電化學反應裝置的電化學反應方法，其過程簡單且將分析物和發(fā)光試劑單獨放置，有效避免試劑污染。
[0007]本發(fā)明為了實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案是:該電化學反應裝置包括用于盛放待測溶液的安培池，將雙極電極的陰極端封裝在安培池的內(nèi)腔、陽極端延伸至安培池外的發(fā)光池中，置于安培池內(nèi)的工作電極、參比電極與雙極電極的陰極端在安培池內(nèi)形成三電極電解體系，置于發(fā)光池中的輔助電極與延伸至安培池外的雙極電極陽極端在發(fā)光池中形成兩電極電解體系，通過雙極電極使三電極電解體系與兩電極電解體系串聯(lián)構成具有雙信號功能的電化學反應裝置。
[0008]本發(fā)明還提供了一種用上述的雙極電極耦合電化學反應裝置實現(xiàn)的雙極電極耦合電化學反應方法，其是向電化學反應裝置的安培池中注入電解液及待測組分、發(fā)光池中注入發(fā)光試劑溶液，并在該電化學體系施加電化學激發(fā)信號，則在三電極電解體系中會產(chǎn)生相應的安培信號；同時，工作電極和輔助電極之間形成的偏壓驅(qū)動三電極電解體系和兩電極電解體系間的雙極電極兩端發(fā)生電化學反應，使兩電極電解體系和三電極電解體系串聯(lián)，并使置于發(fā)光池中的雙極電極陽極端發(fā)生氧化反應、誘導發(fā)光試劑產(chǎn)生電化學發(fā)光信號，從而使該裝置能同時產(chǎn)生定量相關的電化學和電化學發(fā)光響應雙信號。
[0009]本發(fā)明的雙極電極耦合電化學反應裝置及方法具有以下優(yōu)點:
[0010]1、本發(fā)明新型的雙極電極耦合電化學反應裝置中，保留了常規(guī)三電極體系的電化學性質(zhì)，就安培池而言，施加電壓后如果工作電極上發(fā)生氧化反應，那么還原反應就會發(fā)生在封裝于玻璃管的內(nèi)部的雙極電極上，也就是三電極體系中的輔助電極上；相對應的，在封閉電極的另一端也就是暴露于玻璃管外插在發(fā)光池中的一端，會發(fā)生氧化反應，同時發(fā)光池中的輔助電極石墨上發(fā)生還原反應，即在本發(fā)明的實驗裝置中會同時發(fā)生兩個氧化反應和兩個還原反應，既保留了常規(guī)三電極體系的電化學性質(zhì)，同時分析物和發(fā)光試劑分別處在安培池和發(fā)光池中，避免了分析物和發(fā)光試劑的混合所帶來的污染。
[0011]2、本裝置中的三電極和兩電極體系屬于串聯(lián)體系，給溶液的物質(zhì)施加相應的電壓發(fā)生氧化還原反應時，溶液中的雜質(zhì)也可能在此電壓下發(fā)生氧化還原發(fā)應，從而產(chǎn)生干擾信號，而在本發(fā)明中，由于三電極和兩電極體系屬于串聯(lián)體系，所以安培池內(nèi)的氧化還原反應會以電子傳遞的形式轉移到發(fā)光池中，從而產(chǎn)生相應的發(fā)光信號，即能同時產(chǎn)生定量相關的電化學和電化學發(fā)光雙信號響應，且靈敏度較高，同時避免其他混合物質(zhì)的干擾。
【附圖說明】
[0012]圖1為實施例1中的電化學反應裝置的結構示意圖。
[0013]圖2為是常規(guī)三電極體系中工作電極4的電化學行為循環(huán)伏安曲線和本發(fā)明實施例I的工作電極4的電化學行為循環(huán)伏安曲線對比圖。
[0014]圖3為電化學反應裝置的安培響應圖。
[0015]圖4為電化學反應裝置的電化學發(fā)光圖。
【具體實施方式】
[0016]現(xiàn)結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行進一步說明，但是本發(fā)明不僅限于下述的實施情形。
[0017]實施例1
[0018]由圖1可知，本發(fā)明的雙極電極耦合電化學反應裝置是由安培池2、工作電極4、參比電極5、雙極電極7、發(fā)光池I以及輔助電極6組成。其中，安培池2用固定夾固定在支架上，用于盛放電解液及待測組分，本實施例采用直徑為5mm的玻璃管，其頂部敞口上安裝有橡膠塞、底部開有通孔，與工作站3連接的工作電極4和參比電極5并列插在橡膠塞上并延伸至安培池2內(nèi)腔，在安培池2的底部通孔上安裝有雙極電極7，該雙極電極7的上端陰極端延伸至安培池2內(nèi)封裝在安培池2、下端陽極端延伸至安培池2外，本實施例的雙極電極7陰極端與陽極端長度相等，工作電極4、參比電極5與雙極電極7的陰極端在安培池2內(nèi)形成一個三電極電解體系。
[0019]在上述安培池2的下方安裝有一個用于盛放發(fā)光試劑溶液的發(fā)光池1，安培池2的底部延伸至發(fā)光池I內(nèi)，在發(fā)光池I內(nèi)還設置有與工作站3連接的輔助電極6，與安培池2底部的雙極電極7的陽極端在發(fā)光池I中形成兩電極電解體系，通過雙極電極7使三電極電解體系與兩電極電解體系串聯(lián)親合，產(chǎn)生相應的電化學和電化學發(fā)光雙信號響應。
[0020]本實施例中的參比電極5采用Ag/AgCl電極，工作電極4采用鉑絲電極，雙極電極7也是截取1mm的鉑絲，5mm封裝在安培池2玻璃管中，余下5mm延伸至玻璃管外，輔助電極6采用石墨電極，將參比電極5、工作電極4以及輔助電極6分別與電化學工作站3連接起來，該電化學工作站3采用CHI 660B電化學工作站3 (上海辰華儀器公司)，再用MP1-A/B型多功能化學發(fā)光檢測器(西安瑞邁分析儀器有限公司)對發(fā)光池I中的發(fā)光信號強度進行米集并處理。
[0021]用上述的雙極電極耦合電化學反應裝置實現(xiàn)的雙極電極7耦合電化學反應方法是由下述步驟組成:
[0022]向安培池2中注入2mL濃度為10_3mol/L的鐵氰化鉀溶液作為電解液，該鐵氰化鉀溶液是用磷酸鹽緩沖溶液配置的含氯化鉀的鐵氰化鉀溶液，其中KCl