CN102749323A - 一种电致化学发光成像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电致化学发光成像系统，包括电化学反应池、电致化学发光成像池、稳压直流电源以及CCD成像单元，所述电化学反应池通过至少一个双极电极与电致化学发光成像池电连接，所述双极电极的一极设置于电化学反应池内，另一极设置于电致化学发光成像池内，两极通过导线相连接；所述电化学反应池和电致化学发光成像池内还分别设置有一驱动电极，两驱动电极分别通过导线与稳压直流电源的正负两极相连接；所述CCD成像单元记录电致化学发光成像池中的电致化学发光现象。本发明具有仪器简单、成本低、检测灵敏度高、快速和高能量的优点，对促进基础电化学科学研究、高通量、高灵敏地分析检测和燃料电池中电催化剂的筛选技术的发展具有重要意义。

Description

一种电致化学发光成像系统
技术领域
本发明涉及一种电致化学发光成像系统，特别适用于电化学分析、燃料电池中电催化剂筛选。
背景技术
电致化学发光成像法可以很好地观察电极表面电致化学发光强度的分布情况，而电致化学发光强度对电极表面的活性具有很大的依赖性，因此利用电致化学成像法可以很形象、直观地看到电极表面的电活性区域以及活性物质在电极表面的分布状态，为微观上研究电致化学发光反应历程和检测提供了便利。目前有一种电致化学发光成像技术是在同一个电解池中使用长条双极电极，可实验电流与电致化学发光强度的转换，但这种设计的电致化学发光成像系统存在以下的缺点：（1）双电极通常是放置在同个电化学池中，致使电化学反应物质与电致化学发光发应物质之间互相干扰。（2）电化学反应的介质跟电致化学发光反应的介质一样，使得电化学发光反应与电致化学发光反应无法在各自最佳条件下工作，这就限制了这项ECL成像技术的灵敏度及在实应用。（3）长条双电极放置与电场平行，因此电极电位和发光强度依赖于双电极的长度和位置，使电化学反应的电位难以控制，并且难以进行电致化学发光图像定量分析。因此本发明设计了一种可以将电化学和电致化学发光电解池隔离开的成像系统，可以使电化学还原反应和电致化学发光反应处于不同的介质中，可使电化学反应电位容易控制，成像强度可用于定量分析，对推进电化学科学研究、高通量地分析检测和燃料电池中电催化剂的筛选方面具有重要意义。
发明内容
鉴于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电化学反应池和电致化学发光成像池相对独立的电致化学发光成像系统，该电致化学发光成像系统克服了现有电化学成像技术中的电化学反应和电致化学发光成像的反应相互干扰、电极电位和发光强度依赖于双电极的长度和位置、电化学反应的电位不易控制以及难以对电致化学发光图像的定量分析等缺点。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种电致化学发光成像系统，包括电化学反应池、电致化学发光成像池、稳压直流电源以及CCD成像单元，所述电化学反应池通过至少一个双极电极与电致化学发光成像池电连接，所述双极电极的一极设置于电化学反应池内以进行电化学反应，所述双极电极的另一极设置于电致化学发光成像池内以进行电致化学发光反应和成像，所述双极电极的两极通过导线相连接以使得电化学反应池和电致化学发光成像池只进行电子交换而不进行物质交换；所述电化学反应池内还设置有一驱动电极，所述电致化学发光成像池内设置有另一驱动电极，两驱动电极分别通过导线与稳压直流电源的正负两极相连接；所述CCD成像单元记录电致化学发光成像池中的电致化学发光现象。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：（1）电化学电解池与电致化学发光电解池之间只有电子交换而无物质交换的成像系统：电化学反应与电致化学发光成像可以在不同的“地点”（两个电解池），不同的“条件”（不同的电解质溶液）发生不同的事件（一个发生氧化反应，另一个发生还原反应），但是它们又通过电流联系成一个检测系统。（2）定量分析：该电致化学发光成像系统的电化学反应的电流可以通过电致化学发光的强度来表达，通过发光的强度达到对电化学反应的定量分析。（3）仪器组成简单、成本低：只需要一个便宜的稳压直流电源和CCD成像单元。（4）高通量的检测分析：设计成含多个双极电极的电致化学发光成像的阵列，使得在实际应用中可以达到高通量的检测分析。（5）直观、操作简便、重现性好、高信噪比、灵敏度高。
附图说明
图1为电致化学发光成像系统示意图。
图2为阳极微阵列立管的结构示意图。
图中： 1-底板，2、6-中空板，3-螺栓，4-密封垫片，5-透光片，7-环氧树脂，8-立管，A-电化学反应池，B-电致化学发光成像池，C-稳压直流电源，D-CCD成像单元，a-阴极阵列，b-阳极微阵列，c-驱动阳极的铂电极，d-驱动阴极的铂电极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
参考图1~2，一种电致化学发光成像系统，包括电化学反应池A、电致化学发光成像池B、稳压直流电源C以及CCD成像单元D，所述电化学反应池A通过至少一个双极电极与电致化学发光成像池B电连接，所述双极电极的一极设置于电化学反应池A内以进行电化学反应，所述双极电极的另一极设置于电致化学发光成像池B内以进行电致化学发光反应和成像，所述双极电极的两极通过导线相连接以使得电化学反应池A和电致化学发光成像池B只进行电子交换而不进行物质交换，即允许电子流通而不存在电解质溶液之间的物质交换；所述电化学反应池A内还设置有一驱动电极，所述电致化学发光成像池B内设置有另一驱动电极，两驱动电极分别通过导线与稳压直流电源C的正负两极相连接，稳压直流电源C施加一定电压后驱使电化学反应和电致化学发光反应的进行；所述CCD成像单元D记录电致化学发光成像池B中的电致化学发光现象。
在本实施例中，所述电化学反应池A通过由四个双极电极组成的2×2阵列与电致化学发光成像池B电连接，四个双极电极包含2×2阴极阵列a和2×2阳极微阵列b，阴极阵列a由四根直径2mm的玻碳电极组成，阳极微阵列b由四根铂电极组成，四根玻碳电极与四根铂电极一一对应连接以形成2×2双极电极阵列，当然双极电极的个数、排列形式和材质均并不局限于此。所述电化学反应池A内的驱动电极为驱动阳极的铂电极c，所述电致化学发光成像池B内的驱动电极为驱动阴极的铂电极d，所述驱动阳极的铂电极c连接至稳压直流电源C的正极，所述驱动阴极的铂电极d连接至稳压直流电源C的负极，当然驱动电极的驱动极性和材质均并不局限于此。
在本实施例中，所述电化学反应池A由底板1（长3cm×宽3cm×高1cm）及其上方的中空板2（长3cm×宽3cm×高1cm，中空处可以是直径1cm的圆孔）通过四个边角的螺栓3锁紧而成，所述底板1和中空板2之间设置有密封垫片4，所述底板1和中空板2的材质可以采用有机玻璃，所述密封垫片4可以采用四氟乙烯垫片，但不局限于此。所述双极电极的2×2阴极阵列a纵向包埋于底板1中心并通过打磨以露出该极的上端面；所述电化学反应池A内的驱动电极水平穿设于池底并以环氧树脂或其他胶粘物胶粘固定。
在本实施例中，所述电致化学发光成像池B由透光片5及其上方的中空板6（长3cm×宽3cm×高1cm，中空处可以是直径1cm的圆孔）通过环氧树脂7或其他胶粘物胶粘而成，所述透光片5可以采用石英载玻片，所述中空板6的材质可以采用有机玻璃，但不局限于此。所述双极电极的2×2阳极微阵列b由环氧树脂固定于立管8内并露出该极的下端面，所述立管垂直竖立于电致化学发光成像池B内，所述立管8的材质可以采用有机玻璃，但不局限于此；所述电致化学发光成像池B内的驱动电极水平穿设于池底并以环氧树脂或其他胶粘物胶粘固定。具体是，先将四根直径0.2mm的铂丝按四方形排列于立管8中，然后往里面灌环氧树脂使得四根铂电极之间互相绝缘、固定，最后通过打磨以露出铂面构成2×2阳极微阵列b，并垂直竖立于电致化学发光成像池B内。
特别需要说明的是，虽然在本实施例中将双极电极的阴极阵列a用于电化学反应、其阳极微阵列b用于电致化学发光成像池B，但是也可以将双极电极的阴极阵列a用于电致化学发光成像池B而其阳极微阵列b用于电化学反应，此时两驱动电极的驱动极性则相反。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种电致化学发光成像系统，其特征在于：包括电化学反应池、电致化学发光成像池、稳压直流电源以及CCD成像单元，所述电化学反应池通过至少一个双极电极与电致化学发光成像池电连接，所述双极电极的一极设置于电化学反应池内以进行电化学反应，所述双极电极的另一极设置于电致化学发光成像池内以进行电致化学发光反应和成像，所述双极电极的两极通过导线相连接以使得电化学反应池和电致化学发光成像池只进行电子交换而不进行物质交换；所述电化学反应池内还设置有一驱动电极，所述电致化学发光成像池内设置有另一驱动电极，两驱动电极分别通过导线与稳压直流电源的正负两极相连接；所述CCD成像单元记录电致化学发光成像池中的电致化学发光现象。
2.根据权利要求1所述的一种电致化学发光成像系统，其特征在于：所述电化学反应池通过由多个双极电极组成的阵列与电致化学发光成像池电连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种电致化学发光成像系统，其特征在于：所述电化学反应池由底板及其上方的中空板通过螺栓锁紧而成，所述底板和中空板之间设置有密封垫片。
4.根据权利要求3所述的一种电致化学发光成像系统，其特征在于：所述双极电极的一极纵向包埋于底板中心并露出该极的上端面；所述电化学反应池内的驱动电极水平穿设于池底并胶粘固定。
5.根据权利要求1或2所述的一种电致化学发光成像系统，其特征在于：所述电致化学发光成像池由透光片及其上方的中空板胶粘而成。
6.根据权利要求5所述的一种电致化学发光成像系统，其特征在于：所述双极电极的另一极固定于立管内并露出该极的下端面，所述立管垂直竖立于电致化学发光成像池内；所述电致化学发光成像池内的驱动电极水平穿设于池底并胶粘固定。
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