CN102207481A - 具有连续波长扫描及三维谱功能的光致电化学分析仪的研制 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种具有连续波长扫描功能的光电化学仪器，可用于光电化学检测分析。氙灯光源配备光谱仪可调节激发光波长，对光电活性物质在200～1000nm范围内连续扫描，找到最佳激发波长。电化学检测系统采用电荷积分测试技术，提高微弱电流的检测灵敏度，检测下限可达1pA。同时，本仪器可通过连续改变激发波长和电极电位，连续记录电流得到三维关系谱，用于光致循环伏安等新方法探索研究。

Description

具有连续波长扫描及三维谱功能的光致电化学分析仪的研制

技术领域

研制具有连续波长扫描功能及三维谱功能的光电化学仪器，可对光电活性物质进行全波长扫描，得到光电流-波长扫描谱，确定最佳激发波长，用于光致电化学分析检测。

背景技术

光致电化学是指光电活性物质通过光激发后，其外层电子从基态跃迁到激发态，激发态分子进一步将电子转移到电极上，产生电流，从而实现光致电化学分析检测的目的。由于在检测中由于光激发过程与电流检测分步进行，可降低背景噪音，因而可提高其灵敏度，有望成为一种适用于化学及生物样品检测的简单、快速、灵敏的分析方法。但目前的光致电化学分析研究工作主要采用现有仪器组装而成，仅有德国Zahner公司通过在IM6ex电化学工作站上连接一个“光致电效应测试系统”附件，能够进行光致电化学测试，该仪器仅能发射固定的三个波长的激发光，适用的光电活性物质的种类有限。仪器的限制大大阻碍了光电化学在分析检测领域的应用。国内的郭良宏等人曾利用组装的单色仪或滤光器研究了波长在400～800nm区间的光致电化学现象。与本发明的区别在于其是在一定波长范围内，选取若干个点进行测量，然后根据测量结果绘制一定波长范围段的光电信号相应。而本发明目标在于实现在全波长范围内的连续扫描。

发明内容

本发明的目的是研制一种具有连续波长扫描功能的光电化学仪器，该仪器同时具有三维扫描功能，可应用于光致电化学分析检测。

光致电化学分析仪系统组成：激发光源系统，电化学检测系统，软件系统。本发明的装置包括如下仪器：光源电源，氙灯光源，光谱仪，电化学工作站。

1)激发光源：仪器增加波长扫描功能，采用氙灯光源内部安装高压短弧球形氙灯，在高频高压激发下形成弧光放电。实现激发光波长在200～1000nm范围内连续扫描。

光源设计在半椭球反射镜内部，光照射在半椭球反射镜的冷反射面上，使光以平行光的方式照射到凸透镜上，凸透镜焦点在单色器的入射狭缝处，基本没有光的散失。这样，在不增加光源效率的情况下，可收集光源发出的绝大部分的光能，提高光的收集效率，使可利用的光强度大大提高，同时还克服了由耗散的光能量被仪器吸收而转换成的热能，降低了仪器的热噪声。

2)单色器：单色器装置要解决的主要问题是：计算机对波长驱动机构控制的实现。包括：波长扫描的硬件执行机构；控制驱动机构的接口技术；波长扫描与光电流变化的有机统一。

3)电化学检测系统采用电荷积分测试技术，提高微弱电流的检测灵敏度，检测下限可达1pA。

4)软件系统：通过标准的数据接口和文件格式，进行数据的切割、存储、输入、输出等操作。此外，输出的标准数据文件，可以在其他专业数据处理软件(例如Origin)中，进行更为复杂和专业的处理和谱图的二次成像。

6)光致电化学分析方法的建立：采用本仪器，可获得如下关系谱图：(1)波长-电流二维关系谱。固定电极电位，连续改变激发波长，研究电流随激发波长变化进行分析的方法；(2)电极电位-电流二维关系谱。固定激发波长，连续改变电极电位，研究电流随激发电极电位变化进行分析的方法；(3)波长-电极电位-电流三维关系谱。连续改变电极电位和激发波长，研究电流随激发波长和电极电位变化进行分析的方法；(4)瞬态电流-时间分析方法。固定激发波长和电极电位，研究光激发及暗态下瞬态电流与时间变化关系进行分析的方法；(5)光致光致循环伏安、恒电位法、计时电流法、计时电量法、线性扫描伏安法、开路电压-时间曲线、间歇循环伏安法、阶跃脉冲法分析。

附图说明

图1为光致电化学分析仪结构框图；

图2为激发光源系统示意图；

图3为CdSe纳米离子组装ITO电极的光电流全波长扫描；

图4为CdSe纳米离子组装ITO电极的描瞬态电流-时间关系二维谱；

图5为CdSe纳米离子组装ITO电极的波长-电极电位-电流三维关系谱。

具体实施方式

以下为实施本发明的具体示例，其作用在于进一步阐明本发明的内容，使阅读者更容易理解，但不构成对本发明要求的保护范围的限定或限制。

实施例一CdSe纳米离子组装ITO电极的全波长扫描

所用仪器如前所述。

在ITO电极表面先吸附一层阳离子聚合物聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐(PDDA)，再通过静电吸附组装一层巯基乙酸修饰的CdSe纳米离子。将该电极放插入含有0.1M的抗坏血酸的PBS溶液(0.1M，pH＝7.4)，在波长200～1000nm间，扫描光电流随激发波长的变化。扫描结果如图3所示。

实施例二测定CdSe纳米离子组装ITO电极的瞬态电流-时间关系二维谱。

采用上述修饰电极，在380nm波长处，于相同电解质溶液中扫描瞬态电流-时间关系二维谱。扫描结果如图4所示。

实施例三测定CdSe纳米离子组装ITO电极的波长-电极电位-电流三维关系谱。

采用上述修饰电极，在相同电解质溶液中扫描瞬态波长-电极电位-电流三维关系谱。扫描结果如图5所示。

Claims (8)

1.研制具有连续波长扫描功能的光电化学仪器，其特征在于：

将氙灯光源与光谱仪，电化学工作站有机结合，制备商品化的光电化学仪器。

2.按照权利要求1所述制备光电化学仪，其特征在于实现光源发射波长的连续调节，可对光电活性物质进行全波长扫描，确定最佳激发波长。

3.按照权利要求1所述制备光电化学仪，特征在于采用电荷积分测试技术，提高微弱电流的检测灵敏度，电流测量下限可达到1.0pA。

4.按照权利要求1所述制备光电化学仪，其特征在于采用本仪器可获得波长-电流二维关系谱。固定电极电位，连续改变激发波长，研究电流随激发波长变化进行分析的方法。

5.按照权利要求1所述制备光电化学仪，其特征在于可获得电极电位-电流二维关系谱。固定激发波长，连续改变电极电位，研究电流随激发电极电位变化进行分析的方法。

6.按照权利要求1所述制备光电化学仪，其特征在于可获得波长-电极电位-电流三维关系谱。连续改变电极电位和激发波长，研究电流随激发波长和电极电位变化进行分析的方法。

7.按照权利要求1所述制备光电化学仪，其特征在于能够进行瞬态电流-时间分析方法。固定激发波长和电极电位，研究光激发及暗态下瞬态电流与时间变化关系进行分析的方法。

8.按照权利要求1所述制备光电化学仪，其特征在于能够进行光致循环伏安、恒电位法、计时电流法、计时电量法、线性扫描伏安法、开路电压-时间曲线、间歇循环伏安法、阶跃脉冲法分析。

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