分析化学新进展

1化学修饰电极如何发展成为电化学生物传感器？（15分）

答：化学修饰电极是70年代中期发展起来的一门新兴的、也是目前最活跃的电化学和电分析化学的前沿领域，目前已应用于生命科学、环境科学、分析科学、材料科学等许多方面。修饰在电极表面的媒介体可加速氧化还原中心在电极表面的电子传递过程以实现电催化反应，化学修饰电极的电催化是化学修饰电极发展的重要推动力，它广泛应用于各种难以实现的电子传递慢过程，例如，生物分子的电催化、有机物的电催化、无机离子的电催化等。近年来化学修饰碳糊电极(C MCPE)用作电化学传感器的研究较多。碳糊电极具有易修饰、制作方便、无毒、应用范围广、使用寿命长等特点。CMCPE具有了一般碳糊电极的特点，同时又因为修饰了特定物质，使CMCPE具有了特定的功能，越来越受到电分析工作者青睐。

电化学生物传感器具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、检测成本低、所需仪器简单、能在复杂体系中进行在线连续检测。易于实现微型化等优点，在生物技术、食品工业、临床检测、医药工业、生物医学、环境分析等领域获得实际应用。生物传感器是指用固定化的生物体成分(酶、抗原、抗体、激素等)或生物体本身(细胞、细胞器、组织等)作为感元件的传感器。电化学生物传感器则是指由生物材料作为敏感元件,电极(固体电极、离子选择性电极、气敏电极等)作为转换元件,以电势或电流为特征检测信号的传感器。从而实现对分析目标进行定量或定性分析的目的。

2.谱学电化学大体包括哪些种类，在电化学研究中的主要作用如何？（15分）答：目前已发展的谱学电化学方法大致分为

(1) 光谱电化学方法: 如现场红外(IR)，拉曼(Raman)，紫外可见(UV-Vis)及非线性光学二次谐波(SHG)谱,(2)波谱电化学方法:如现场顺磁共振(ESR)和核磁共振(NMR)谱,(3)现场X-射线方法:如现场X-射线衍射(XRD),扩展X-射线精细结构谱(EXAFS)和X-射线近边缘结构谱(XANES),(4)现场扫描微探针方法:电化学-电子隧道效应显微镜(CE-STM),原子力显微镜(AFM)和激光扫描光电化学显微谱(L SPEM)等。

从谱学电化学方法发展的最初实验体系看,这些实验体系均选择了反应过程较为简单(如甲醇氧化反应),电极表面结构较为确定(如单晶电极)或特殊的(如经特殊表面粗糙化处理的银电极等)电化学体系。化学电源作为电化学的一个应用分支,其相应的电化学过程有其相应的特殊性:如电极反应体系相应比较复杂, 常常牵涉多个电化学与化学联合过程；在使用化学电源时,又经常需要在大电流与高电位下工作等；在某些场合下,离子扩散与气泡析出等问题可能较为突出, 从而使得谱学电化学方法在化学电源中的直接应用存在一定的困难。因此,在运用现场谱学电化学方法对化学电源体系进行研究时,有针对性地分析技术问题的实质,做好实验方法与实验体系的设计、选择与确定显得尤为重要。

3电化学生物传感器是如何实现灵敏度和选择性的双重提高的？（10分）

答：随着生命科学的飞速发展,人们对生物代谢过程中相关物质的分析检测要求越来越高。为了获得准确、全面的生物信息,急需发展一些具有高灵敏度、高选择性的分析检测方法。生物传感器是一种由生物、化学、物理、医学及微电子技

术等多学科交叉渗透发展起来的检测技术,具有操作简便、灵敏度高、选择性好、分析速度快等特点,受到了人们的高度重视,在生物分析领域具有广泛的应用前景。电极经化学修饰后，不仅能用作一般的电位或者电流传感器，而且将化学修饰用于离子敏感场效应及固定酶电极中也能扩展它们的应用范围，这对于提高传感器的灵敏度及选择性都是很有效的。通过信号扩增，使此传感器的灵敏度大大提高。纳米材料具有介于宏观和微观之间的纳米尺寸结构,呈现出独特的物理化学性能,如：比表面积大、催化活性高、生物兼容性能强等。随着纳米技术的广泛应用,生物传感器的发展迎来了新的机遇。纳米技术的引入能够有效地提高生物传感器的灵敏度、稳定性等性能,极大地促进了生物传感器的发展。另外,随着光电技术的发展,将光电催化反应和电化学生物传感器相结合,构建光电化学生物传感器,能够充分融合两者的优点,实现较高灵敏度和选择性的分析检测。

4室温离子液体是有机阳离子和阴离子形成的缔合物，是什么原因使其成为绿色溶剂的？（15分）

答：室温离子液体作为一种新型的绿色溶剂正在迅速发展，成为科学研究的热点。室温离子液体是指主要由有机阳离子和无机或有机阴离子构成的在室温或近于温下呈液态的盐类，也称室温熔融盐，但是它不同于我们通常所说的离子化合物。传统意义上的离子化合物在室温下一般都是固体，其强大的离子键使阴、阳离子在晶格上只能作振动，不能转动或平动。他们一般都具有较高的熔点、沸点和硬度。然而对于离子液体，如果把阴、阳离子做得很大且又极不对称，由于空间阻碍，强大的静电力无法使阴、阳离子在微观上作紧密堆积，使得阴、阳离子在室温下不仅可以振动，甚至可以转动、平动，整个有序的晶体结构遭到彻底破坏，离子之间作用力减小，晶格能降低，从而使离子化合物的熔点下降，在室温下成为液态。离子液体具有很多传统的分子溶剂不可比拟的独特性能。

传统的有机溶剂萃取分离技术，通常需要使用大量挥发性有机溶剂，容易引起交叉污染和环境污染问题．随着人们环境保护意识的增强，世界范围内对绿色化学的呼声越来越高。水的分离提取只适用于亲水产物的提纯，使用范围非常有限．传为一类新兴的绿色液-液提取介质，离子液体在生物制品的提取、废水净化、油品脱硫、金属离子的萃取和稀土分离等方面已展示出诱人的前景。

离子液体与传统的分子型有机萃取溶剂相比具有独特的理化性能，通常能够与水或有机溶剂形成两相，并利用溶质在两相中的不同分配系数来达到萃取分离的目的。离子液体具有能溶解某些有机化合物、无机化合物和有机金属化合物，而与大量有机溶剂不相混溶的特性。利用离子液体的不挥发性，可通过蒸馏回收的方法使之循环使用，同时又不产生液相和气相污染，为离子液体的绿色化应用奠定了基础。

5.室温离子液体是否能应用于分离和分析领域，举例说明（15分）

答：能，室温离子液体是指室温或接近室温下全部由离子组成的有机液体物质,具有不挥发,不易燃,溶解范围大,对空气和热稳定等特点,作为一种“可设计”型的环境相对友好溶剂,已被成功应用于分离分析领域中。离子液体近年来在毛细管电泳、液相色谱及气相色谱中有着很大层面的的应用。

（1）室温离子液体在毛细管电泳中的应用