動態電化學阻抗譜測定方法、原理及套用

《動態電化學阻抗譜測定方法、原理及套用》是依託華南理工大學，由王立世擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：動態電化學阻抗譜測定方法、原理及套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王立世
• 依託單位：華南理工大學

項目摘要

電化學阻抗譜是一種重要且套用廣泛的電化學表征方法。然而傳統的電化學阻抗譜是在穩態條件下所測定的一種電化學狀態，而在動態條件下進行阻抗譜的測定（如在循環伏安掃描或者在電極表面發生吸附反應的同時記錄其阻抗譜）可以獲取更豐富的電化學過程信息，因此動態阻抗譜測定的是一種電化學過程。可以預見動態阻抗譜將是電化學阻抗譜未來發展的必然趨勢。進行動態阻抗譜的測定需要高速而且可靠的阻抗測定方法與儀器，其相應的理論基礎，數據處理方法、譜圖解析方法也比傳統阻抗譜更為複雜。本研究擬比較構建出最佳的復頻激發方式，並採用傅立葉變換或小波變換分析電化學回響電流，從而獲得動態電化學阻抗譜測定方法，並將不同動態阻抗譜測定方法分別套用於電極的自組裝、吸附/解吸、免疫感測、電極腐蝕、納米材料電化學合成等過程，尋找針對不同的電化學過程的最佳動態阻抗譜測定方法。

結題摘要

近十年來，由於阻抗生物感測器具有現場檢測的優勢，而受到廣泛的關注。然而,到目前為止市場上少有商用的生物阻抗感測器檢測儀器。主要的障礙可能是生物感測器測定結果的讀出問題，即缺乏高效的電化學阻抗譜(EIS)測量技術和相應的低成本高效益的工具。因此,直到現在電化學阻抗譜技術依然是作為生物阻抗感測器的表征的方法而不是作為日常工作的分析方法套用。 在這個項目中,我們將一個單位脈衝函式(狄拉克d函式)作為電化學池的電位激勵源。同時高速採集電化學池的電流回響，然後對其微分，從而得到等效的單位脈衝回響，用於描述電化學阻抗譜所要求的線性時間不變系統。對上述獲得單位脈衝回響進行傅立葉變換即可以快速地得到電化學系統的阻抗譜。 基於上述研究過程中所采的電位階躍技術的思路,我們將一系列的正弦波與階躍偏置電位連續施加於電化學系統，通過傅立葉變換進行電極回響電流進行解析，可以用於分辨具有非常相近的氧化還原電位的電活性化合物，並將這個新方法命名為階梯正弦伏安法(SC-SV)。通過研究階梯正弦伏安法的諧波相位和直流偏壓(中心電位)之間的關係，發現並直接觀察到氧化還原物質的“指紋”相角，同時我們也探討了電活性物質的“指紋”相角的本質，即相角的細微差異源自電活性物質的半波電位微小差異，而這種微小的差異在傳統伏安法中是無法分辨的。通過研究向量(幅值和相角)對偏置電位曲線，我們發現可以有效地區分結構類似的物質。通過不同電活性物質在相角與直流偏置電位曲線的差異,我們開發出一種新的正弦伏安法提高解析度的方法。 此外,在本項目中,我們還構建了幾個三明治型電化學免疫感測器,用於檢測原降鈣素抗原,艱難梭狀芽胞桿菌毒素B,人類免疫缺陷病毒p24、a-fetoprotein和人類表皮生長因子受體2型，等。通過逐層塗布石墨烯、碳納米管、殼聚糖、戊二醛、1抗等製備的免疫感測器表現出方便、低成本、快速、特異性好,良好的穩定性和重現性。