电化学发光原理及应用

本书主要介绍了电化学发光原理、无机电化学发光体系、有机电化学发光体系、聚集诱导电化学发光、电化学发光分析传感器、电化学发光免疫分析、电化学发光细胞传感器、电化学发光基因传感器等。具体包括国内外电化学发光技术的研究进展，新型电化学发光系统、新型传感机制、电化学发光的应用策略以及典型的传感应用等。
本书可供从事电化学发光研究和应用的各类技术人员参考，也可作为相关学校的教材。

电化学发光，又称电致化学发光，是指在电极表面产生的物质经过电子转移反应，形成激发态而发光的过程。由于电化学发光是通过电生成自由基的双分子重组而发光的，其发光机制可根据自由基的来源分为两类，即湮灭机制和协同反应机制。前者是由单个发射体产生的自由基，而后者是发射体与合适的共聚物之间的一组双分子电化学反应。发射体在电能向辐射能的转化中起着关键作用。总体来看，目前主要有三种类型的电化学发光体，包括钌(II)配合物，发光氨和量子点已被广泛应用于绝大多数的电化学发光研究中。

电化学发光，又称电致化学发光，是指在电极表面产生的物质经过电子转移反应，形成激发态而发光的过程。由于电化学发光是通过电激发生成自由基的双分子重组而发光的，其发光机理可根据自由基的来源分为两类，即湮灭型机理和共反应型机理。前者是由单个发光体产生的自由基，而后者是发光体与共聚物之间的一组双分子电化学反应。发光体在电能向辐射能的转化中起着关键作用。总体来看，目前主要有三种类型的电化学发光体，包括钌(Ⅱ)配合物、发光氨和量子点，已被广泛应用于绝大多数的电化学发光研究中。
从某种意义上说，电化学发光是电化学和光谱学的完美结合。一方面，电化学发光不仅具有传统化学发光的灵敏度和宽动态范围，而且具有电化学方法简单、稳定、方便等优点。另一方面，电化学发光作为一种发光技术，与光致发光和化学发光等其他发光方法相比，具有独特的优势。具体而言，与化学发光相比，电化学发光具有更短的光发射时间和更好的空间控制能力。此外，电化学发光中没有激发光，保证了接近零背景，而光致发光则受到非选择性光激发诱导背景的影响。因此，电化学发光现在已经成为一种强大的分析技术，并被广泛应用于环境、食品、水质和免疫传感分析中，实现了从基础研究到传感痕量目标分子的实际应用。 
尽管如此，目前国内尚缺乏系统介绍电化学发光及其应用的参考书籍。因此，本书汇集了西北师范大学有机电分析化学研究组在电化学发光领域多年的研究积累，查阅和整理了近些年来电化学发光领域的一些重要进展，将其汇编成书，以供读者学习和参考。
本书由西北师范大学化学化工学院的韩振刚、霍淑慧和祝振童等编写。主要分为8章，具体包括第1章引言，第2章无机电化学发光体系，第3章有机电化学发光体系，第4章聚集诱导电化学发光，第5章电化学发光分析传感器，第6章电化学发光免疫分析，第7章电化学发光细胞传感器，第8章电化学发光基因传感器。该书可以作为化学、材料等相关专业本科生和研究生的专业教材，也可供对电化学发光方法和传感器的一般原理感兴趣的读者参考。
由于作者水平有限，本书中难免存在不足，敬请广大读者批评指正。

编者
2024年6月

第1章引言001
1.1电化学发光简介002
1.2电化学发光基本原理002
1.2.1湮灭型机理003
1.2.2共反应型机理004
1.3电化学发光体009
1.3.1无机材料发光体009
1.3.2有机材料发光体012
1.3.3聚集诱导材料发光体013
1.4电化学发光展望016
参考文献017

第2章无机电化学发光体系021
2.1无机材料电化学发光体系简介022
2.2三联吡啶钌电化学发光体系023
2.3无机纳米材料电化学发光体系024
2.4纳米材料促进三联吡啶钌体系的电化学发光028
2.5共振能量转移信号放大030
2.6纳米材料的表面基团增强Ru(bpy)32+电化学发光032
2.7自增强型电化学发光传感系统035
2.8分子内相互作用介导的自增强电化学发光036
2.9展望038
参考文献039

第3章有机电化学发光体系044
3.1鲁米诺衍生物046
3.2噻咯衍生物049
3.3噻吩衍生物050
3.4硼-二吡咯烷衍生物052
3.5香豆素衍生物054
3.69,10-二苯基蒽衍生物055
3.7芴衍生物057
3.81,1,2,2-四苯基乙烯衍生物058
3.9卟啉衍生物060
3.10芘衍生物062
3.11展望063
参考文献066

第4章聚集诱导电化学发光070
4.1聚集诱导电化学发光概述071
4.1.1聚集诱导发光071
4.1.2聚集诱导电化学发光简介072
4.2聚集诱导电化学发光进展与应用075
4.2.1小分子聚集诱导电化学发光体系075
4.2.2大分子和金属团簇的聚集诱导电化学发光体系089
4.3展望095
参考文献096

第5章电化学发光分析传感器101
5.1电化学发光一般分析方法102
5.2新型传感器信号放大策略103
5.2.1利用不同纳米材料的固载与催化104
5.2.2引入生物相关辅助放大策略106
5.2.3探索新型高效的电化学发光试剂和共反应剂107
5.2.4提高发光试剂与共反应剂的固载并改善二者的
作用效率108
5.3电化学发光分析的实际应用109
5.3.1金属离子检测109
5.3.2小分子的检测112
5.4展望122
参考文献123

第6章电化学发光免疫分析129
6.1电化学发光免疫分析概述130
6.2电化学发光免疫分析的原理及优点131
6.2.1电化学发光免疫分析的原理131
6.2.2电化学发光免疫分析的优点132
6.3电化学发光免疫分析的应用132
6.3.1电化学发光免疫分析在医学检测中的应用132
6.3.2电化学发光免疫分析在食品监测中的应用141
6.3.3电化学发光免疫分析在其他检测方面的应用144
6.4展望147
参考文献149

第7章电化学发光细胞传感器154
7.1电化学发光细胞传感器简介155
7.2电化学发光纳米细胞传感系统156
7.2.1纳米标记的电化学发光生物传感平台157
7.2.2比率型纳米标记电化学发光细胞传感平台161
7.2.3新型电化学发光纳米标记的细胞传感器164
7.2.4纳米标记的电化学发光细胞传感器检测细胞凋亡165
7.3无标记电化学发光细胞传感器167
7.3.1无标记纳米电化学发光细胞传感器167
7.3.2无标记电化学发光细胞传感设备169
7.4电化学发光细胞传感器异质性分析171
7.4.1电化学发光细胞传感器成像分析172
7.4.2电化学发光细胞传感器对外泌体的检测174
7.5展望175
参考文献176

第8章电化学发光基因传感器181
8.1电化学发光基因传感器简介182
8.2电化学发光基因传感策略184
8.3电化学发光基因传感器的应用188
8.3.1生物分子布尔逻辑门188
8.3.2纳米材料传感器189
8.3.3纳米复合材料传感器191
8.3.4等离子体传感器193
8.4展望198
参考文献199