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電化學(xué)發(fā)光是化學(xué)發(fā)光方法與電化學(xué)方法相互結(jié)合的產(chǎn)物，是指通過(guò)電化學(xué)方法來(lái)產(chǎn)生一些特殊的物質(zhì)，然后這些電生的物質(zhì)之間或電生物質(zhì)與其它物質(zhì)之間進(jìn)一步反應(yīng)而產(chǎn)生的一種發(fā)光現(xiàn)象。
電化學(xué)發(fā)光保留了化學(xué)發(fā)光方法所具有的靈敏度高、線(xiàn)性范圍寬、觀察方便和儀器簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)；同物時(shí)具有許多化學(xué)發(fā)光方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，如重現(xiàn)性好、試劑穩(wěn)定、控制容易和一些試劑可以重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于生物、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、臨床、環(huán)境、食品、免疫和核酸雜交分析和工業(yè)分析等領(lǐng)域。在21世紀(jì)中必將繼續(xù)為解決人類(lèi)面臨的各種重大問(wèn)題發(fā)揮更加顯著的作用。因此有必要對(duì)電化學(xué)發(fā)光在分析中的應(yīng)用有更加全面的了解。
利用電化學(xué)發(fā)光成像法可以很好地觀察電極表面電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的分布情況，而電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度對(duì)電極表面的活性具有很大的依賴(lài)性，因此利用電化學(xué)發(fā)光成像法可以直觀地反映電極表面活性分布。
該方法是由Engstrom等于1987年提出的，他們觀察到在新拋光的玻碳電極上電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度分布十分均勻，而在環(huán)氧樹(shù)脂浸漬過(guò)的網(wǎng)狀玻碳電極上，電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的分布不均勻，通過(guò)與其它方法相對(duì)照，發(fā)現(xiàn)電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度分布能夠很好地反映出電極表面活性分布，并且具有微米級(jí)的空間分辨能力。在此基礎(chǔ)上，他們把電化學(xué)發(fā)光成像法用于研究碳糊電極表面活性點(diǎn)的分布，觀察到碳糊電極表面存在。著活性區(qū)域和非活性區(qū)域，對(duì)于了解碳糊電極的電化學(xué)行為具有一定的意義。
由于電化學(xué)發(fā)光成像法具有直觀和簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，許多科學(xué)工作者先后將該方法用于表征化學(xué)修飾電極表面的活性分布。如Hopper等用該方法研究了電極表面的電荷對(duì)電子轉(zhuǎn)移性質(zhì)的影響；Pantano等用該方法研究了電極表面羧基的分布對(duì)電子轉(zhuǎn)移性質(zhì)的影響；ShuItz等用該方法研究了聚合物在電極上的附著情況。從上面的文獻(xiàn)可以看出，電化學(xué)發(fā)光成像法對(duì)于了解電極表面的活性分布及其與電極性能之間的關(guān)系，進(jìn)而制備出具有特定功能的電極具有較好的參考價(jià)值。
1998年Bard研究組研究了工作電極與對(duì)電極之間的距離對(duì)電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與電極之間的距離在一定范圍內(nèi)呈線(xiàn)性關(guān)系。基于該實(shí)驗(yàn)結(jié)果，他們提出了利用電化學(xué)發(fā)光方法來(lái)表征電極表面粗糙度的新方法。該方法是通過(guò)精密的儀器控制超微電極在所研究的電極上掃描，并記錄電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與電極所處位置的關(guān)系，根據(jù)電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度變化的情況間接地反映出電極表面的粗糙度?？赡苁怯捎谠摲椒ㄟ€很不成熟，還存在著許多尚待克服的困難，如由于激發(fā)態(tài)的電化學(xué)發(fā)光試劑在溶液中擴(kuò)散所造成的空間分辨能力相對(duì)較差等問(wèn)題，目前還未見(jiàn)其它的文獻(xiàn)報(bào)道。
由于電化學(xué)發(fā)光試劑是在電極上產(chǎn)生的，因此通過(guò)電化學(xué)發(fā)光成像法對(duì)電化學(xué)發(fā)光過(guò)程進(jìn)行跟蹤，了解電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度分布隨時(shí)間變化的情況，就可以在一定程度上推斷出在電極上產(chǎn)生的試劑的走向，為考察微區(qū)中溶液的流動(dòng)情況提供一種簡(jiǎn)單的新方法。
例如采用電化學(xué)發(fā)光方法可以觀察兩個(gè)靠得很近的電極施加電位時(shí)兩電極間溶液的流動(dòng)情況。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)薄層池中電極上的電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度并不象在溶液體積較大的常規(guī)電化學(xué)發(fā)光池中所觀察到的那樣均勻地分布，而是按明暗相間的順序有規(guī)則地排列。據(jù)此他們認(rèn)為這是由于兩電極靠的很近，限制了溶液的流動(dòng)，當(dāng)施加一定的電位時(shí)，在電場(chǎng)的作用下溶液被迫發(fā)生流動(dòng)，而兩電極之間流動(dòng)的空間又很小，當(dāng)溶液沿著平行于電極方向流動(dòng)時(shí)要受到很大的阻力，因此溶液很難沿下圖中A的方式分成一個(gè)個(gè)微區(qū)循環(huán)流動(dòng)。
當(dāng)在兩電極上施加足夠的電位時(shí)，化，產(chǎn)生帶正電荷的自由基R+，該自由基和四丁基胺陽(yáng)離子在電場(chǎng)的作用下向電位較負(fù)的電極移動(dòng)，當(dāng)碰到電位較負(fù)的電極時(shí)，帶正電荷的自由基R+被還原，產(chǎn)生電化學(xué)發(fā)光。同樣地，當(dāng)紅熒烯在電位較負(fù)的電極上被還原，產(chǎn)生帶負(fù)電荷的自由基R，該自由基和六氟磷酸根陰離子在電場(chǎng)的作用下向電產(chǎn)生電化學(xué)發(fā)光。位較正的電極移動(dòng)，當(dāng)碰到電位較正的電極時(shí)，帶負(fù)電荷的自由基R-被氧化，
當(dāng)一個(gè)電極上產(chǎn)生的紅瑩烯離子流到另一個(gè)電極上時(shí)產(chǎn)生電化學(xué)發(fā)光在固態(tài)電子傳輸研究中，通過(guò)電化學(xué)發(fā)光成像法可以直觀地了解電子的傳輸過(guò)程。可采用電化學(xué)發(fā)光來(lái)研究固體電解質(zhì)中的導(dǎo)電行為，他們根據(jù)不同電位下電化學(xué)發(fā)光情況的不同認(rèn)為電。當(dāng)電壓大于2.6V時(shí)，電流較大，同時(shí)在兩個(gè)電極之間還有一個(gè)電化學(xué)發(fā)光區(qū)，是通過(guò)二價(jià)的吡啶釕與三價(jià)的吡啶釕之間的電子跳躍、二價(jià)的吡啶釕與一價(jià)的吡啶釕之間的電子跳躍和一價(jià)的吡啶釕與三價(jià)的吡啶釕之間的電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)導(dǎo)電的。
將電化學(xué)發(fā)光用于研究電化學(xué)發(fā)光反應(yīng)動(dòng)力學(xué)是由Nieman研究組提出的。一種方法是通過(guò)對(duì)電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與時(shí)間之間的暫態(tài)關(guān)系曲線(xiàn)進(jìn)行擬合，計(jì)算出反應(yīng)的速率常數(shù)。第二種方法是通過(guò)觀察電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與時(shí)間之間的暫態(tài)關(guān)系曲線(xiàn)的形狀來(lái)初步估計(jì)反應(yīng)的快慢。一般情況下，達(dá)到最大電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的時(shí)間越短，電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度與時(shí)間之間的暫態(tài)關(guān)系曲線(xiàn)越尖銳，電化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的速率就越大。
第三種方法是通過(guò)電化學(xué)發(fā)光成像法與流動(dòng)注射相結(jié)合的辦法來(lái)初步反映電化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的快慢。通常在流速一定的條件下，電化學(xué)發(fā)光的區(qū)域越小，電化學(xué)發(fā)光反應(yīng)就越快。比如，吡啶釕與草酸反應(yīng)產(chǎn)生的電化學(xué)發(fā)光圖象，圖像有一個(gè)較小的尾巴。而吡啶釕與三丙胺反應(yīng)產(chǎn)生的電化學(xué)發(fā)光圖像如圖3B所示，圖像有一個(gè)較長(zhǎng)的尾巴。據(jù)此，可以推斷前者反應(yīng)較慢，而后者反應(yīng)相對(duì)較快。
大部分酶一般不直接參與電化學(xué)發(fā)光，它們的活性主要是通過(guò)酶的底物或產(chǎn)物的量的多少來(lái)判斷。另外由于NADH是Liang等人利用乳胺酶水解吡啶釕標(biāo)記的盤(pán)尼西林來(lái)測(cè)定乳胺酶的活性許多酶反應(yīng)的輔酶而且能夠與吡啶釕發(fā)生電化學(xué)發(fā)光，可以用于相關(guān)酶如葡萄糖脫氫酶、乙醇脫氫酶和蘋(píng)果酸脫氫酶等酶的活性的測(cè)定。對(duì)于參與生物發(fā)光的酶在一定條件下可以通過(guò)電極電位的調(diào)節(jié)來(lái)考察其活性變化情況。
例如，酶的反應(yīng)往往很容易受到溶液酸度的影響，因此通過(guò)電化學(xué)方法可以改變電極表面的酸度來(lái)改變酶的催化性能，進(jìn)而改變電化學(xué)發(fā)光的強(qiáng)度。反過(guò)來(lái)，從電化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的變化可以反映酶的活性情況。如熒光素酶在中性溶液中主要以EH的形式存在，該形式的熒光素酶可以催化生物發(fā)光；在酸性條件下獲得一個(gè)氫離子以EH2的形式存在，在堿性條件下失去一個(gè)氫離子以E的形式存在，后面這兩種形式均無(wú)法催化生物發(fā)光。由于電極表面的酸度可以通過(guò)改變電位來(lái)改變，因此通過(guò)改變電位就可以改變修飾在電極表面上酶的活性，來(lái)影響生物發(fā)光。然后通過(guò)發(fā)光強(qiáng)度隨電位循環(huán)掃描的變化情況從一個(gè)特殊的側(cè)面觀察酶的活性與酸度的變化關(guān)系。
近些年來(lái)，一方面許多新的電化學(xué)發(fā)光體系相繼被發(fā)現(xiàn)；另一方面流動(dòng)注射分析、高效液相色譜和毛細(xì)管電泳在電化學(xué)發(fā)光分析中得到廣泛應(yīng)用，使得電化學(xué)發(fā)光在分析中日益受到關(guān)注，如芳香烴的電；魯米諾的電化學(xué)發(fā)光用于過(guò)氧化氫、酶和各種離子的測(cè)定；吡啶化學(xué)發(fā)光用于芳香烴的測(cè)定釕的電化學(xué)發(fā)光用于無(wú)機(jī)離子、有機(jī)酸、有機(jī)胺、免疫分析72和酶分析DNA分析。其中，吡啶釕的電化學(xué)發(fā)光以其電化學(xué)發(fā)光試劑穩(wěn)定、線(xiàn)性范圍寬、靈敏度高和抗干擾能力強(qiáng)等等突出的優(yōu)點(diǎn)而在免疫分析和DNA分析倍受重視。
從上面的應(yīng)用中可以看出，電化學(xué)發(fā)光由于結(jié)合化學(xué)發(fā)光方法和電化學(xué)方法的優(yōu)點(diǎn)，一方面可以從光學(xué)和電化學(xué)兩個(gè)側(cè)面對(duì)一些體系進(jìn)行更全面的研究，這樣可以更加有利于揭示許多單獨(dú)用一種方法難以深入了解的問(wèn)題。另外一方面，電化學(xué)發(fā)光分析方法的靈敏度常常只取決于電極表面附近分析物的濃度，極大地方便了分離與富集，使電化學(xué)發(fā)光分析方法迅速發(fā)展成為未來(lái)免疫分析和DNA分析最具競(jìng)爭(zhēng)力的方法之一。因此我們完全有理由相信：電化學(xué)發(fā)光方法將成為一個(gè)獨(dú)具魅力的研究方向。今后電化學(xué)發(fā)光研究的熱點(diǎn)主要有下面幾個(gè)方向：
（1）電化學(xué)發(fā)光生物芯片的研究與開(kāi)發(fā)。主要要解決以下幾個(gè)問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題是DNA在電極上的固定。第二個(gè)問(wèn)題是高效的電化學(xué)發(fā)光探針的制備。第三個(gè)問(wèn)題是電化學(xué)發(fā)光儀器的微型化，智能化和遙控化。
（2）繼續(xù)完善現(xiàn)有的電化學(xué)發(fā)光免疫分析方法，使該方法成為一種常規(guī)的分析方法。
（3）電化學(xué)發(fā)光方法與其它分離技術(shù)的聯(lián)用與開(kāi)發(fā)。使電化學(xué)發(fā)光方法成為一種廣譜的分析方法。特別是將吡啶釕電化學(xué)發(fā)光用于氨基酸等胺類(lèi)物質(zhì)的測(cè)定。
（4）具有特異性的電化學(xué)發(fā)光傳感器的研究。如尋找專(zhuān)一性的電化學(xué)發(fā)光體系或?qū)﹄姌O進(jìn)行化學(xué)修飾。
（5）電化學(xué)發(fā)光器件的研究。主要是提高電化學(xué)發(fā)光效率、降低激發(fā)電位和提高制作電化學(xué)發(fā)光器件的工藝水平。電化學(xué)發(fā)光機(jī)理的研究。為提高電化學(xué)發(fā)光效率提供理論基礎(chǔ)。
