生物電分析考試大綱

1、1.當(dāng)兩個組成或濃度不同的電解質(zhì)溶液相接觸時，由于正負(fù)離子擴(kuò)散速度不同，有微小的電位差產(chǎn)生液接電位或擴(kuò)散電位。由于擴(kuò)散速度不同產(chǎn)生的液接電位，可用鹽橋來消除或減小到忽略不計。鹽橋是“連接”和“隔離”不同電解質(zhì)的重要裝置 鹽橋是一個盛滿飽和KCl溶液和3%瓊脂的U形管，用鹽橋?qū)扇芤哼B接，飽和KCl溶液的濃度很高（一般為）。（1）作用 接通電路，消除或減小液接電位。（2）使用條件 a.鹽橋中電解質(zhì)不含被測離子。 b.電解質(zhì)的正負(fù)離子的遷移速率應(yīng)基本相等。常用作鹽橋的電解質(zhì)有: KCl, NH4Cl, KNO3等。 c.要保持鹽橋內(nèi)離子濃度的離子強(qiáng)度510倍于被測溶液。2.極化與過電位 極化電流通

2、過電極與溶液界面時，電極電位偏離平衡電位（即能斯特公式計算的電位）的現(xiàn)象。 電極電位與平衡電位之差稱為過電位 h 一般陽極極化，電極電位更正，陰極極化，電極電位更負(fù)。利用過電位h的大小評價電極的極化程度。 極化產(chǎn)生的原因：濃差極化和電化學(xué)極化1濃差極化 電解過程中，電極表面附近溶液的濃度與主體溶液的濃度差別引起的。 電極表面與溶液主體間形成的濃度梯度引起偏離平衡電位的現(xiàn)象。 減小濃差極化的方法：增大電極面積、減小電流密度、提高溫度、攪拌溶液等。2. 電化學(xué)極化電極反應(yīng)速率慢引起的 很多電極反應(yīng)是分步進(jìn)行的，某一步反應(yīng)慢就限制整個電極反應(yīng)的速率。 以陰極反應(yīng)還原為例，若電極反應(yīng)較慢，離子來不及與

3、電極表面上過剩的電子結(jié)合，使電子積聚起來，使電位更負(fù)。3.詞根含義實例安電流“安（培）”計測量電流強(qiáng)度計時時間計時電流測量電流隨時間的變化庫倫電量庫侖計測量通過的電量圖曲線圖伏安圖表示電流隨電位變化的曲線圖電位電位電位計：用于測量電位的高內(nèi)阻儀器電位滴定：以電位的變化作為終點的滴定伏安電位與電流伏安圖表示電流隨電位變化的函數(shù)曲線圖4.電子傳輸路徑還原反應(yīng)：電子由電源出發(fā)，通過電極，穿過電極-溶液界面，傳遞給溶液中的電活性物質(zhì)。氧化反應(yīng)：電子進(jìn)行反方向傳輸，由溶液中的電活性物質(zhì)提供電子，在電子傳遞反應(yīng)發(fā)生時穿過電極-溶液界面。a.電子流經(jīng)電極，不管是從界面流入還是流出； b.溶液中待反應(yīng)的電活性

4、物質(zhì)在界面上的傳輸； c.電子穿過界面過程，即電極反應(yīng)本身。5.遷移： 荷電物質(zhì)在電場作用下的運(yùn)動最小化遷移的方法：加入惰性鹽KCl或KNO3；降低電極電位（很少用）。對流：含有電活性物質(zhì)的物理運(yùn)動引起因素：機(jī)械攪拌（水動力學(xué)控制）；當(dāng)有電流通過電極時，使得與電極接觸部分的溶液變熱，其密度變小，引起對流。擴(kuò)散：最重要的物質(zhì)傳輸方式通量：單位時間內(nèi)接觸電極表面的物質(zhì)的多少。Fick第一定律：電活性物質(zhì)的通量與距離電極表面x處的物種i的濃度c的變化成正比。Fick第二定律描述濃度隨時間變化的定量關(guān)系擴(kuò)散是熵驅(qū)動作用，故體系有降低濃度梯度、增加混亂度的趨勢。6. 離子-離子相互作用簡述遵循Debye

5、-Hückel理論，討論的活度定律是建立在靜電作用的基礎(chǔ)上，適用于在溶液中的離子，其能量服從Maxwell-Boltzman定律。Debye-Hückel理論表明吸引力越強(qiáng)，在離子氛中出現(xiàn)帶相反電荷離子的可能性越大。與其他離子相結(jié)合，對電極而言，該離子是被屏蔽的，這就意味著不能“感覺到”其帶電程度：陽離子被陰離子包圍，陰離子本身又被陽離子包圍，從而電荷被彼此“抵消”了。7.平均離子活度系數(shù)通常是無法獲知的，該如何處理活度因子的問題？ 離子強(qiáng)度的變化是很重要的考慮因素，因此最好在離子強(qiáng)度已知并可控的情況下進(jìn)行電位分析。 測定標(biāo)準(zhǔn)曲線的過程，即測定標(biāo)準(zhǔn)電極電位也應(yīng)該在相同的離子

6、強(qiáng)度的溶液中進(jìn)行。 假設(shè)I總是高于分析物的濃度，分析物濃度對總的離子強(qiáng)度貢獻(xiàn)很小，可以忽略其對活度因子帶來的波動。 如果保持溶液的離子強(qiáng)度恒定來測定標(biāo)準(zhǔn)曲線，那么活度和濃度可以毫無阻礙地相互轉(zhuǎn)換。離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑 離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)緩沖液TISABs 8. 電極的面積為100m2或更小時，稱為微電極。 由于電極小，電極周圍的分析物耗盡層遠(yuǎn)薄于傳統(tǒng)電極。耗盡層薄意味著電極表面和溶液主體之間濃度梯度大，因此，向微電極傳質(zhì)的速率明顯高于正常尺寸的電極。快速傳質(zhì)使得法拉第電量的成分變大，非法拉第電流不受其影響。第六章：動力學(xué)測量分析 A：擴(kuò)散控制的系統(tǒng)1.各種伏安實驗都是在電極電位變化的同時監(jiān)測電流的變化。2

7、.極化是指電極電位偏離其平衡值。3.三電極體系介紹4.計時電流法：電流隨時間變化原理：向工作電極施加單電位階躍或雙電位階躍后，測量電流響應(yīng)與時間的函數(shù)關(guān)系。 5.應(yīng)用循環(huán)伏安法時氧化還原電對電化學(xué)可逆性判據(jù)Ipc=Ipa峰電位值Epc和Epa與掃描速率無關(guān)E位于Epc和Epa中間，即E=(Epc+Epa)/2Ip與½成正比對于n電子轉(zhuǎn)移過程，Epc和Epa之間的距離為59mV/n 循環(huán)伏安法中，可逆的含義電對氧化態(tài)和還原態(tài)的活度比與工作電極電位滿足Nernst方程。電子轉(zhuǎn)移速率ket非?？??！翱臁笔窍鄬τ诜治鑫飩鞯胶碗x開電極的擴(kuò)散速度而言。6.在普通極譜法中，影響靈敏度的主要因素是充

8、電電流，脈沖極譜法是在研究消除充電電流方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新極譜技術(shù)，它具有靈敏度高，分辨力強(qiáng)等特點。7. 溶出伏安法以電解富集和電解溶出測定相結(jié)合的一種電化學(xué)測定方法 溶出伏安法包含電解富集和電解溶出兩個過程電解富集：首先將工作電極固定，在產(chǎn)生極限電流電位上進(jìn)行電解，使待測物質(zhì)富集在電極上，經(jīng)過一段時間的富集后，停止攪拌。 電解溶出：再逐漸反方向改變電極電位，使富集在電極上的物質(zhì)重新溶出，記錄所得的電流電位曲線，尖峰狀。峰高與待測物濃度、電解富集時間、溶液攪拌速度、電極面積及溶出時電位變化速度等因素有關(guān)，當(dāng)這些因素都固定時，峰高與待測物的濃度呈線性關(guān)系。第七章：動力學(xué)測量分析B:對流控

9、制系統(tǒng)1.為什么要用大面積的對電極在旋轉(zhuǎn)圓盤電極體系中？對流是一種高效的傳質(zhì)形式，因此在RDE上分析物的流量會很高。如果IRDE很大，則ICE也會很大。電流密度i=I/A，則A越大，i越小。任意電極都存在著固有的、能允許通過的最大電流密度。RDE分析中的CE通常以鉑網(wǎng)制成，并同心地置于圓盤電極周圍。2. 溶液流過RDE表面時的重現(xiàn)性如何？RDE表面正確放置于溶液中；RDE繞其中軸同心旋轉(zhuǎn)，即不會“搖擺”對電極比較大，并且并不置于靠近RDE邊緣的地方，以免引起溶液流動的紊亂。3. 將環(huán)和盤一起使用的實驗優(yōu)勢：RRDE是測定溶液內(nèi)快速反應(yīng)的速率常數(shù)（k）的最佳方式之一。 RRDE是如何測量速率的？

10、分析物在圓盤中心形成，并且因為圓盤旋轉(zhuǎn)，這些反應(yīng)物被向外拋開，通過環(huán)電極回到本體溶液。因為環(huán)與圓盤是同心的，分析物必會掠過環(huán)，而環(huán)電位已經(jīng)預(yù)先設(shè)好，從而可以通過安培法確使用RRDE時有兩種電流，每一種都對應(yīng)于一種濃度：圓盤電流ID與形成多少分析物有關(guān)，而環(huán)電流IR與有多少分析物還原到起初的原料有關(guān)定分析物的殘留值。第八章 其他方法1在進(jìn)行光譜電化學(xué)分析時，有兩個與分析物濃度相關(guān)的定律：Lambert-Beer定律，將吸光度和發(fā)色團(tuán)的濃度相關(guān)聯(lián)，即Ac分析物法拉第定律，將生成物質(zhì)的數(shù)量（n）與生成該物質(zhì)通過的電量（Q）相關(guān)聯(lián)。2.什么是阻抗？ 在電池或樣品上施加一個微小的擾動電位。 與電位分析法

11、相比，其優(yōu)勢是產(chǎn)生了電流，這是因為電位偏離了平衡電位即存在過電位。 與電流分析法相比，其優(yōu)勢在于電位僅僅是“擾動”，因此電池內(nèi)或樣品的如何濃度變化都被最小化了。3.超微電極的基本特性超微電極表面的擴(kuò)散呈非線性超微電極易于達(dá)到穩(wěn)定電流雙電層充電電流小時間常數(shù)RC小iR降低4.化學(xué)修飾電極的定義是由導(dǎo)體和半導(dǎo)體制成的電極，在電極的表面涂敷了單分子的、多分子的、離子的和聚合物的化合物薄膜，借 Faladay(電荷消耗)反應(yīng)而呈現(xiàn)出此修飾薄膜化學(xué)的、電化學(xué)的以及或光學(xué)的性質(zhì)。 5.鑒定固體電極表面的電化學(xué)方法：玻碳電極在含0.1M的KCl的5mM的鐵氰化鉀溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描；金電極在0.1M的硫酸

12、溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描生物傳感器1.生物傳感器的原理生物傳感器:一種裝置,其采用某種生物敏感元件與轉(zhuǎn)換器相連接.檢測物質(zhì)也可以是純化化學(xué)物質(zhì),識別元件是生物物質(zhì)分子識別元件（生物敏感膜）：酶、全細(xì)胞、組織、細(xì)胞器、免疫物質(zhì)、具有生物親和能力的物質(zhì)、核酸、模擬酶生物活性材料：各種酶電極、細(xì)菌，真菌，動物，植物的細(xì)胞、動物、植物的組織切片、線粒體，葉綠體、抗體，抗原，酶標(biāo)抗原等、配體，受體、寡聚核苷酸、高分子聚合物2. 酶電極的優(yōu)點（1）它既有不溶于酶體系的優(yōu)點，又具有電化學(xué)系統(tǒng)的高靈敏性；（2）由于酶的專屬反應(yīng)性，使其具有很高的選擇性，能夠直接在復(fù)雜試樣中進(jìn)行測定。3.電勢型酶電極電勢信號大小與

13、底物濃度的對數(shù)值呈線性關(guān)系。所用的基礎(chǔ)電極主要有：pH電極、氨氣敏電極、CO2電極、離子選擇性電極或場效應(yīng)管等。電流型酶電極電流信號大小與被測物濃度呈線性關(guān)系。所用的基礎(chǔ)電極主要有：氧電極、過氧化氫電極、金屬電極、碳材料電極等（1）第一代（2）第二代（3）第三代以葡萄糖氧化酶（GOD）催化葡萄糖為例介紹以上三代電流型酶電極4.某些物質(zhì)能通過靜電吸附或共價鍵合固定在固-液、固-氣界面上，自發(fā)地組裝成一種熱力學(xué)穩(wěn)定且高度有序的單分子層，這一現(xiàn)象被稱為表面分子自組裝。含硫化合物在金表面、硅烷在二氧化硅或其他氧化物電極表面自組裝過程可以使固體表面帶上所需的官能團(tuán)，實現(xiàn)修飾電極功能的多樣化，提高檢測的靈

14、敏度和選擇性，為生物傳感器的制備提供了好的途徑。不同的官能團(tuán)對蛋白質(zhì)在電極表面上的結(jié)構(gòu)及吸附取向具有不同的影響5. 納米金加快氧化還原蛋白質(zhì)與電極之間電子傳遞的原因（1）納米金具有很高的比表面積、表面能和活性，能與蛋白質(zhì)分子發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用。（2）小尺寸的納米金（約30nm）能給蛋白質(zhì)分子提供更自由的取向，增加了蛋白質(zhì)的磷酸鹽骨架靠近金屬離子表面的可能性，縮短了蛋白質(zhì)分子與金屬離子表面之間的電子傳遞距離，從而有利于電子傳遞反應(yīng)的發(fā)生。（3）納米金粒子能夠充當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)分子的磷酸鹽骨架與電極表面之間的電子傳輸通道，因而加快了電子傳遞的過程。（4）蛋白質(zhì)與納米金表面的強(qiáng)烈的相互作用將導(dǎo)致納米金表面上

15、吸附的蛋白質(zhì)的表面密度增加，以至于一些本來受到限制的方位也能適合于蛋白質(zhì)分子與導(dǎo)電性物質(zhì)表面的直接電子傳遞。6. DNA電化學(xué)性質(zhì)在中性pH條件下，ssDNA和RNA中的胞嘧啶C和腺嘌呤A可以在汞電極上還原，產(chǎn)生的還原峰接近-1.4V。胸腺嘧啶T和尿嘧啶U僅僅能在非水介質(zhì)中很負(fù)的電勢下發(fā)生還原。鳥嘌呤G的還原產(chǎn)物在-0.3V左右產(chǎn)生一個氧化峰。DNA的固定方法 吸附法 自組裝膜法 電聚合法 親和素生物素反應(yīng)體系固定法 共價鍵合法離子鍵合法DNA雜交檢測 （1）電活性雜交指示劑有機(jī)染料 過渡金屬配合物 金屬納米粒子 （2）無指示劑 利用DNA中堿基的電化學(xué)氧化，或者雜交前后電極的界面性質(zhì)，如電子

16、轉(zhuǎn)移電阻和界面電容的變化直接進(jìn)行檢測 抗體固定模式一、生物素-（鏈霉）親和素相互作用二、抗體結(jié)合蛋白三、導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物，如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等，已廣泛應(yīng)用于免疫分析體系中捕獲抗體的固定，可用于電流型、電位型及阻抗型免疫分析體系。利用導(dǎo)電聚合物固定抗體的方法通常是將抗體包埋于聚合鏈中。另一種方法是先將導(dǎo)電聚合物膜修飾到電極上，利用其活性基團(tuán)共價鍵合抗體。細(xì)胞內(nèi)電子傳遞的統(tǒng)一性1、建立細(xì)胞內(nèi)電場在電子受體的作用下，電子脫離氫核的束縛，在代謝系統(tǒng)中，電子與質(zhì)子分別按各自專有的途徑傳輸。由于電子傳輸比質(zhì)子快得多，使體系得到極化，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)局部電場的建立。細(xì)胞內(nèi)部無數(shù)局部電場的建立有機(jī)地影響細(xì)

17、胞的電化學(xué)行為。2、生命體內(nèi)電子傳導(dǎo)的重要性在于深刻地認(rèn)識生命活動的原動力。3、不僅在線粒體膜體系，在細(xì)胞質(zhì)膜體系、細(xì)胞核膜體系及細(xì)胞表面膜等非線粒體膜體系中也存在著電子傳遞。腫瘤細(xì)胞電化學(xué)行為及其應(yīng)用1、與正常細(xì)胞相比，腫瘤細(xì)胞的介電行為、界面阻抗、電泳速度等電化學(xué)行為發(fā)生明顯改變。腫瘤細(xì)胞的識別可建立腫瘤組織的電化學(xué)療法定量分析藥物對腫瘤細(xì)胞的作用鑒定細(xì)胞是否發(fā)生癌變、區(qū)分正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞、判斷正常細(xì)胞的活力強(qiáng)弱2、腫瘤細(xì)胞特殊的電化學(xué)行為可用于腫瘤及癌癥活體組織離體及在體的臨床診斷。分析圖譜一電極過程由表面吸附電極過程控制，峰電流與掃速成正比可以證明二峰電勢隨著pH值的增加右移，說明有質(zhì)子參與反應(yīng)三單鏈探針DNA中的堿基呈無序排列，探針DNA關(guān)閉了二茂鐵和電極之間的電子交換，然而當(dāng)探針DNA與待檢測的目標(biāo)序列雜交后，通過互補(bǔ)配對原理生成的有序堿基堆積為電子傳遞開啟了一個通道，雜交后二茂鐵的陽極和陰極峰電流分別增大了3倍以上。四K3Fe（CN）6在不同膜修飾電極表面的阻抗譜圖上圖顯示了K3Fe（CN）6在