表面等离子体共振光谱技术与电化学方法联用及其应用.pdf

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1、第19卷第1期电化学VOl_19NO．12013年2月JOURNALOFELECTROCHEMISTRYFeb．2013文章编号：1006—3471(2013)01—0017—12表面等离子体共振光谱技术与电化学方法联用及其应用包宇，毛燕一，王伟，李正刚，牛利(1．中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室现代分析技术工程实验室，吉林长春130022；2．中国科学院研究生院，北京100049)摘要：表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance，SPR)技术是利用金属薄膜光学耦合产生的物理光学现象建立的一种非

2、常灵敏的光学分析手段．近年发展的电化学表面等离子体共振(ElectrochemicalSurfacePlasmonResonance。EC．SPR)是将时间分辨表面等离子体共振光谱技术与电化学方法联用的一种新技术．本文介绍了SPR和EC．SPR的基本原理，并重点阐述了时间分辨SPR光谱技术与电化学方法联用及应用．该技术已广泛地应用于反应动态过程研究、生物化学传感器、电极／溶液界面的表征、动力学常数的测定以及生物分子相互作用等领域．关键词：表面等离子体共振；高时间分辨表面等离子体共振光谱技术；电化学；电化学表面等离子体共振中图分类号：06

3、46．9文献标识码：A表面等离子体共振(SurfacePlasmonReso-主要介绍高时间分辨表面等离子体共振光谱技术nance，SPR)技术是一种产生表面等离子体波(Sur-与电化学方法联用及其应用．facePlasmonWave，SPW)以探测传感介质表面物1SPR技术的基本原理质光学参数的方法．SPR技术利用了金属薄膜光学SPR技术利用金属薄膜／介质界面光的全反耦合产生的一种物理光学现象．1902年，Wood~]采射引起的物理光学现象以分析分子相互作用．SPR用多色光研究金属光栅衍射，其衍射光谱呈现窄黑技术检测原理如图lA所示，

4、平行于表面的p．偏振带，首次发现表面等离子体共振现象．1982年，Ny-光以大于临界角的入射角入射至棱镜和金层界landerI]和Liedberg[]等将SPR技术应用于化学传面上，光线会发生全内反射，即全部返回到棱镜中，感器领域。并实时监测分析气体及与抗原抗体相互尔后从棱镜的另一侧面折射出．在全内反射条件作用，继而研制出第一台表面等离子体共振气体及下，电场在金属和棱镜的界面处并没有立即消失。生物传感器。为探索生物分子相互作用奠定了基而是形成向金属介质传输的消失波，其振幅呈指数础．由于SPR技术突出的技术特点，如分析样品不衰减．该消失波

5、可与金属薄膜中的自由电子相互作需纯化、生物样品无需标记、灵敏度较高以及无背用，使其形成一种在金属表面振荡的电磁波(Sur．景干扰等[，目前已广泛地应用于生物检测[、薄facePlasmon，SP)．据电磁波理论，当两个电磁波具膜监测l7]、环境监测[。和食品安全⋯等领域．有相同的频率和波矢时，就会发生共振现象．由于1980年，Gorden等[12-13]首次采用SPR技术研消失波触发的表面等离子体频率和消失波的一致，究了电化学界面的性质．随后，SPR技术和电化学也就是说，只要满足k：的条件(、分别对方法联用也倍受关注，其应用范围逐渐扩大

6、，并深应于消失波和表面等离子体沿轴方向传播且与人至实时监测反应的动态过程]、生物化学传感表面平行的波矢分量)，消失波和表面等离子体就器[17-19]、电极／溶液界面的表征[、动力学常数测会发生共振．此时，在棱镜与金属界面处的全内反定[必]及生物分子相互作用[s]等研究领域．本文射条件被破坏，产生衰减全内反射现象．由此，入射收稿日期：2011-l1·09，修订日期：2012—03—19通讯作者，Tel：(86．431)85262425，E-mail：lniu@ciac．j1．en国家自然科学基金委仪器专项(No．20827004)资助第1

7、期包宇等：表面等离子体共振光谱技术与电化学方法联用及其应用此．电化学数据和SPR数据同时可控、即时采集是阳极扫描)和去掺杂(～0．6V，阴极扫描)的起始电电化学方法与SPR技术联用的先决条件．也就是位．可以观察到P3T反射率有较大变化，这说明说．电化学波形实时发送、电化学输出结果实时采P3T层的介电常数在掺杂／去掺杂过程中有剧烈的集、SPR光强度信号和SPR角度变化都能够同时变化．而P．CBZ的反射率在掺杂／去掺杂过程变化采集．当进行电化学快速电位扫描时，对SPR信号较小，这可能也与其电荷数量相关，在PCBZ的掺的高时间分辨即时数据采集

8、能力提出了更高的要杂／去掺杂过程中只有较少的电荷转移．其共聚物求．目前Autolab和Thermo公司生产的高时间分的反射率变化介于P3T和P—CBZ之间．因而P3T辨率的SPR技术电化学方法联用仪，已广泛