一种在液液界面上用于检测连续多步电子转移的薄层循环伏安法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在液液界面上用于检测连续多步电子转移的薄层循环伏安法，属于物理化学领域。
【背景技术】
[0002]液/液界面电化学是70年代中期发展起来的介于经典的电化学与化学传感器之间的一种新的电化学方法，可用于模拟生物膜模型，考察生物膜的电荷转移过程机理，以及对生命非常重要的药物的转移行为的研宄。电子在液/液界面上的转移过程也是最基本的物理化学过程之一。它不仅与许多重要的生物、化学体系，如化学传感器，药理学中的药物释放，相转移催化的研宄有关，还与模拟生物膜的研宄密切相关。同时，液/液界面作为最简单的模拟生物膜模型，可以模拟并研宄生命体中电子传递过程，从而达到筛选最佳药物分子，控制电子传递过程等目的。因此，研宄液/液界面上电荷转移过程，建立合理完善的界面过程动力学理论，对于认识、理解许多生理过程，揭示生命过程的奥秘具有重要的意义。进行液/液界面电化学研宄的主要方法有:微管技术，微滴电化学方法，光谱电化学方法，扫描电化学显微镜(SECM)，薄层循环伏安法(TLCV)，二次谐波生成法(SHG)，总频率生成法(SFG)，微液/液界面和计算机模拟等手段。其中，由Anson等人1998年提出来的薄层循环伏安法(Thin-Layer Cyclic Voltammetry, TLCV)，因其简便、快速、易操作等优点成为研宄L/L界面上电荷转移过程的新方法。而在现有的报道中，未见到应用薄层循环伏安法在液液界面上用于检测连续多步电子转移。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种在液液界面上用于检测连续多步电子转移的薄层循环伏安，该方法具有简便、快速、易操作等优点的。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案:
[0005]一种测定液液界面上连续多步电子转移的薄层循环伏安法，包括以下步骤:
[0006]⑴采用三氧化二铝悬浊液对热解石墨电极进行抛光处理；
[0007]⑵以步骤⑴处理后的热解石墨电极为工作电极、以铂为对电极、以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系进行循环伏安扫描；
[0008]⑶测试表征好的裸的热解石墨电极的循环伏安图，获得伏安响应峰；
[0009](4)在热解石墨电极上引入NB薄层，在- 0.4?0.2V的电位范围内扫描获得循环伏安图；
[0010](5)在NB(硝基苯)中溶有CoTPP和TBAClO4，然后滴加到热解石墨电极上得到CoTPP在NB中的伏安响应图；
[0011](6)在水相中加入Ru (NH3) 6C13，其它同步骤(5)，测有机相中CoTPP与水相中Ru (NH3)6Cl3的循环伏安图；
[0012](7)从循环伏安图中读取不同水相Ru (NH3) 6(:13浓度时得到的平台电流值，作
1bs_C H2oS ;
[0013](8)作(1bs) -Lf.) ―1图，进行线性拟合，得到三步电子转移速率常数值，即按照所述步骤⑴中应用薄层循环伏安法及相应的速率常数计算公式分别计算出连续多步电子转移的迀移速率常数。
[0014]在上述方案的基础上，步骤⑴具体为将热解石墨电极依次用0.3 μπι、0.05 μπι的三氧化二铝悬浊液抛光成镜面，再依次经体积分数为95 %的乙醇、二次蒸馏水超声清洗后，得到处理后的石墨电极。
[0015]在使用任何固体电极之前都必须清洁其表面，以便清除表面上玷污或吸附杂质造成的污染。电极表面易生成氧化层。石墨电极作为工作电极，电极表面发生氧化后，会产生各种含氧基团(如醇、酚、羧基、酮醌和酸酐等)，从而使电极的重现性、稳定性变差，灵敏度下降，失去应有的选择性。
[0016]在上述各方案的基础上，步骤⑵具体为将步骤⑴处理后的石墨电极经氮气(纯度为99.999% )吹干后，插入盛有ImM铁氰化钾的摩尔浓度为0.1M的氯化钾电解质溶液中，并采用以热解石墨电极为工作电极、以铂为对电极、以Ag/AgCl为参比电极的三电极体系进行循环伏安扫描。
[0017]该步骤的目的是使用三电极体系表征裸的石墨电极是否打磨干净。
[0018]在上述各方案的基础上，步骤⑶具体为将表征好的裸的热解石墨电极倒置于1mM Ru(NH3)6C1#，测其循环伏安图，得到Ru 3+/2+的伏安响应峰，其中支持电解质为0.1MNaC104+0.1M NaCl。
[0019]该步的目的是获得水相中Ru (NH3) 6C13氧化还原物质的伏安响应峰，支持电解质的起到导电的作用，此外还可以维持稳定的离子强度，增加溶液的导电性，对化学过程没有很大的干扰。
[0020]在上述各方案的基础上，步骤⑷具体为在热解石墨电极上滴加1.5 yL硝基苯薄层，水相Ru(NH3)6Cl3浓度不变，在-0.4?0.2V的电位范围内扫描获得的循环伏安图，在引入NB薄层后，因水相中的Ru (NH3)6ClJ能到达EPG电极表面，峰电流消失。
[0021]该步的目的是在工作电极上加入有机相薄层(此时薄层中不含有机相反应物)，水相含有相应的氧化还原电对，作循环伏安图，观察有机相薄层是否将EPG电极表面与水相隔开(如果薄层已完全覆盖电极表面，则在CV图上观察不到水相反应物的氧化还原峰，CV图的氧化电流和还原电流平行)，说明薄层已经成功地挂在工作电极表面，并且可以阻断水相反应物到达电极表面。
[0022]在上述各方案的基础上，步骤(5)具体为在NB中溶有ImM CoTPP和1mM TBAClO4,水相不含Ru (NH3)6ClJt，将溶有CoTPP的硝基苯溶液滴加到热解石墨电极上得到CoTPP在NB中的伏安响应图，在电压为0.318V和0.582V和0.963V位置上分别产生了三对氧化还原峰，表明在电极表面发生了 CoTPP的三步一电子转移反应。
[0023]该步的目的是事先在有机相中加入相应的反应物及支持电解质，将其引入电极表面形成薄层。与上一步不同的是水相不含有反应物，只含有支持电解质。此时的CV图属于有机相反应物的氧化还原峰，由此可以确定有机相反应物的氧化还原电位。与第一步相比，它们的参比电极和对电极都位于水相中，而工作极在两相界面上，所以第三步所测的电位实际上已包含了液/液界面电位差。比较第一步和第三步所得的CV图，如果相对于两相反应物的半反应形成的界面反应，具有较高的电位差，则界面反应可以发生。
[0024]在上述各方案的基础上，步骤(6)具体为水相中加入1mM Ru(NH3)6C13，其它同(5)，测有机相中CoTPP与水相中Ru (NH3)6Clj^循环伏安图，CoTPP的氧化峰电流急剧升高，出现平台电流，这表明当水相含有Ru (NH3)6ClJt，在每一步ET反应过程中，随着电压的逐渐增大，有机相中的CoTPP+、CoTPP2+和CoTPP3+在界面上均被水相中的Ru (NH3) 6C13还原为CoTPP、CoTPP+和CoTPP 2+，所生成的CoTPP、CoTPP+和CoTPP 2+再扩散至电极表面使氧化电流增加，得到了 CoTPP、CoTPP+和CoTPP 2+扩散控制的三步稳态循环过程。
[0025]该步的目的是在两相中都加入相应的反应物(有机相反应物浓度恒定，水相反应物浓度不断变化)，会发现对应于有机相反应物的出峰位置，将出现平台电流(对应不同的研宄体系，平台电流可能出现在氧化峰的位置，也可能出现在还原峰的位置)，这说明界面反应发生了电子转移反应，如果有机相中某种价态的反应物浓度恒定，薄层中出现了循环过程。这个过程中反应实现了由有机相反应物扩散控制的界面反应(一般认为反应物在不同价态时的扩散系数相同)，而且随着水相反应物浓度的增加，平台电流也会不断变大。
[0026]在上述各方案的基础上，步骤(7)具体为从循环伏安图中读取不同水相Ru(NH3)6Cl3浓度时得到的平台电流值，作‘-c:图，曲线拟合发现，当Ru (NH3)6Cl3浓度逐渐增大时，1^趋近于某一恒定的值，与水相中的Ru (NH 3) 6C13浓度无关。
[0027]薄层伏安法在研宄液/液界面电子转移方面已具有一定的定量分析理论基础，可由观测到的稳态平台电流(U计算相应的电子转移速率常数。平台电流主要由稳态极限扩散电流(iD)和界面反应动力学电流(irt)组成，关系如式(I)所示:
[0028](