Elektrohemiluminiscencija

Elektrohemiluminiscencija ili elektrogenerirana hemiluminiscencija (EC) je vrsta luminiscencija koja nastaje tokom elektrohemijskih reakcija u rastvorima. U elektrogeneriranoj hemiluminiscenciji, elektrokemijski generirani intermedijeri podliježu visokoj eksergonskoj reakciji da bi proizveli elektronski pobuđeno stanje koje zatim emituje svjetlost, nakon relaksacije u stanje nižeg nivoa. Ova talasna dužina dozvoljenog fotona svetlosti odgovara energetskom jazu između ova dva stanja.^[1]^[2] Ekscitacija ECL-a može biti uzrokovana energetskim prijenosom elektrona (redoks) reakcijama elektrogeneriranih vrsta. Takva luminiscencijska ekscitacija je oblik hemiluminiscencije, gdje se jedan/svi reaktanti proizvode elektrohemijski na elektrodama.^[3]

ECL se obično primjećuje tokom primjene potencijala (nekoliko volti) na elektrode elektrohemijske ćelije koja sadrži rastvor luminiscentnih vrsta policikličkih aromatskih ugljikovodika, metalnih kompleksa, kvantnih tačaka ili nanočestica^[4]) u aprotonskom organskom rastvaraču (ECL sastav).

U organskim rastvaračima i oksidirani i reducirani oblici luminiscentnih vrsta mogu se proizvesti na različitim elektrodama istovremeno ili na jednoj, tako što se njen potencijal prebacuje između oksidacije i redukcije. Energija pobude dobija se rekombinacijom oksidiranih i reduciranih vrsta.

U vodenom mediju, koji se najčešće koristi za analitičke primjene, teško je postići istovremenu oksidaciju i redukciju luminiscentnih vrsta, zbog elektrohemijskog cijepanja same vode pa se koristi ECL reakcija sa koaktantima. U potonjem slučaju luminiscentne vrste oksidiraju na elektrodi zajedno sa koaktantom koji nakon nekih hemijskih transformacija daje snažno redukcijsko sredstvo (mehanizam oksidativne redukcije).

Aplikacije

ECL se pokazao vrlo korisnim u analitičkim aplikacijama, kao visoko osjetljiv i selektivan metod.^[7] Kombinira analitičke prednosti hemiluminiscentne analize (odsustvo pozadinskog optičkog signala) sa lahkoćom kontrole reakcije primjenom elektrodnog potencijala. Kao analitička tehnika, ima izvanredne prednosti u odnosu na druge uobičajene analitičke metode zbog svoje svestranosti, pojednostavljenog optičkog podešavanja u poređenju sa fotoluminiscencijom (PL) i dobre vremenske i prostorne kontrole u poređenju sa hemiluminiscencijom (CL). Povećana selektivnost ECL analize postiže se varijacijom elektrodnog potencijala, čime se kontroliraju vrste koje se oksidiraju/reduciraju na elektrodi i učestvuju u ECL reakciji^[8] (vidi elektrohemijska analiza).

Obično koristi komplekse rutenija, posebno Ru(bpy)₃²⁺ (bpy = 2,2'-bipiridin) koji oslobađa foton na ~620 nm, regenerirajući s TPrA (tripropilamin) u tečnoj fazi ili na interfejsu tečnost-čvrsta materija. Može se koristiti kao monosloj imobiliziran na površini elektrode (napravljen npr. od nafiona ili specijalnih tankih filmova napravljenih Langmuir–Blogettovom tehnikom ili tehnikom samosastavljanja) ili kao korektant ili češće kao oznaka i koristi se u HPLC, Ru označena antitijela zasnovana na imunoesejoma, Ru označene DNK sonde za PCR itd., NADH ili H₂O₂, biosenzori zasnovani na generaciji, detekcija oksalata i organskih amina i mnoge druge aplikacije i mogu se detektovati od pikomolarne osjetljivosti do dinamičkog raspona od više od šesto redne magnitude. Detekcija fotona vrši se pomoću fotomultiplikcijskih cijevi (PMT) ili silicijskih fotodioda ili pozlaćenih optičkih senzora. Važnost detekcije ECL tehnika za aplikacije povezane s biološkim problemima je dobro utvrđena.^[9] ECL se intenzivno koristi komercijalno za mnoge kliničke laboratorijske aplikacije.^[10]^[11]^[12]

Također pogledajte

Reference

^ Forster RJ, Bertoncello P, Keyes TE (2009). "Electrogenerated Chemiluminescence". Annual Review of Analytical Chemistry. 2: 359–85. Bibcode:2009ARAC....2..359F. doi:10.1146/annurev-anchem-060908-155305. PMID 20636067.
^ Valenti G, Fiorani A, Li H, Sojic N, Paolucci F (2016). "Essential Role of Electrode Materials in Electrochemiluminescence Applications". ChemElectroChem. 3 (12): 1990–1997. doi:10.1002/celc.201600602.
^ Electrogenerated Chemiluminescence, Edited by Allen J. Bard, Marcel Dekker, Inc., 2004
^ Valenti G, Rampazzo R, Bonacchi S, Petrizza L, Marcaccio M, Montalti M, Prodi L, Paolucci F (2016). "Variable Doping Induces Mechanism Swapping in Electrogenerated Chemiluminescence of Ru(bpy)32+ Core−Shell Silica Nanoparticles". J. Am. Chem. Soc. 138 (49): 15935–15942. doi:10.1021/jacs.6b08239. PMID 27960352.
^ Miao W, Choi J, Bard A (2002). "Electrogenerated Chemiluminescence 69: The Tris(2,2′-bipyridine)ruthenium(II), (Ru(bpy)₃2+)/ Tri-n-propylamine (TPrA) System RevisitedsA New Route Involving TPrA•+ Cation Radicals" (PDF). J. Am. Chem. Soc. 124 (48): 14478–14485. doi:10.1021/ja027532v.
^ Valenti G, Zangheri M, Sansaloni S, Mirasoli M, Penicaud A, Roda A, Paolucci F (2015). "Transparent Carbon Nanotube Network for Efficient Electrochemiluminescence Devices". Chemistry: A European Journal. 21 (36): 12640–12645. doi:10.1002/chem.201501342. PMID 26150130.
^ Zanut, A.; Fiorani, A.; Canola, S.; Saito, T.; Ziebart, N.; Rapino, S.; Rebeccani, S.; Barbon, A.; Irie, T.; Josel, H.; Negri, F.; Marcaccio, M.; Windfuhr, M.; Imai, K.; Valenti, G.; Paolucci, F. (2020). "Insights into the mechanism of coreactant electrochemiluminescence facilitating enhanced bioanalytical performance". Nat. Commun. 11: 2668. doi:10.1038/s41467-020-16476-2. PMC 7260178.
^ Fähnrich, K.A.; Pravda, M.; Guilbault, G. G. (May 2001). "Recent applications of electrogenerated chemiluminescence in chemical analysis" (PDF). Talanta. 54 (4): 531–559. doi:10.1016/S0039-9140(01)00312-5. PMID 18968276.^{[trajno mrtav link]}
^ Miao, Wujian (2008). "Electrogenerated Chemiluminescence and Its Biorelated Applications". Chemical Reviews. 108 (7): 2506–2553. doi:10.1021/cr068083a. PMID 18505298.
^ Lee, Won-Yong (1997). "Tris (2,2′-bipyridyl)ruthenium(II) electrogenerated chemiluminescence in analytical science". Microchimica Acta. 127 (1–2): 19–39. doi:10.1007/BF01243160.
^ Wei, Hui; Wang, Erkang (2008-05-01). "Solid-state electrochemiluminescence of tris(2,2′-bipyridyl) ruthenium". TrAC Trends in Analytical Chemistry. 27 (5): 447–459. doi:10.1016/j.trac.2008.02.009.
^ Wei, Hui; Wang, Erkang (2011-03-01). "Electrochemiluminescence of tris(2,2′-bipyridyl)ruthenium and its applications in bioanalysis: a review". Luminescence (jezik: engleski). 26 (2): 77–85. doi:10.1002/bio.1279. ISSN 1522-7243. PMID 21400654.

[Forster-1] Forster RJ, Bertoncello P, Keyes TE (2009). "Electrogenerated Chemiluminescence". Annual Review of Analytical Chemistry. 2: 359–85. Bibcode:2009ARAC....2..359F. doi:10.1146/annurev-anchem-060908-155305. PMID 20636067.

[Valenti-2] Valenti G, Fiorani A, Li H, Sojic N, Paolucci F (2016). "Essential Role of Electrode Materials in Electrochemiluminescence Applications". ChemElectroChem. 3 (12): 1990–1997. doi:10.1002/celc.201600602.

[3] Electrogenerated Chemiluminescence, Edited by Allen J. Bard, Marcel Dekker, Inc., 2004

[Nanoparticles-4] Valenti G, Rampazzo R, Bonacchi S, Petrizza L, Marcaccio M, Montalti M, Prodi L, Paolucci F (2016). "Variable Doping Induces Mechanism Swapping in Electrogenerated Chemiluminescence of Ru(bpy)32+ Core−Shell Silica Nanoparticles". J. Am. Chem. Soc. 138 (49): 15935–15942. doi:10.1021/jacs.6b08239. PMID 27960352.

[TPAMechanism-5] Miao W, Choi J, Bard A (2002). "Electrogenerated Chemiluminescence 69: The Tris(2,2′-bipyridine)ruthenium(II), (Ru(bpy)₃2+)/ Tri-n-propylamine (TPrA) System RevisitedsA New Route Involving TPrA•+ Cation Radicals" (PDF). J. Am. Chem. Soc. 124 (48): 14478–14485. doi:10.1021/ja027532v.

[Electrode-6] Valenti G, Zangheri M, Sansaloni S, Mirasoli M, Penicaud A, Roda A, Paolucci F (2015). "Transparent Carbon Nanotube Network for Efficient Electrochemiluminescence Devices". Chemistry: A European Journal. 21 (36): 12640–12645. doi:10.1002/chem.201501342. PMID 26150130.

[7] Zanut, A.; Fiorani, A.; Canola, S.; Saito, T.; Ziebart, N.; Rapino, S.; Rebeccani, S.; Barbon, A.; Irie, T.; Josel, H.; Negri, F.; Marcaccio, M.; Windfuhr, M.; Imai, K.; Valenti, G.; Paolucci, F. (2020). "Insights into the mechanism of coreactant electrochemiluminescence facilitating enhanced bioanalytical performance". Nat. Commun. 11: 2668. doi:10.1038/s41467-020-16476-2. PMC 7260178.

[8] Fähnrich, K.A.; Pravda, M.; Guilbault, G. G. (May 2001). "Recent applications of electrogenerated chemiluminescence in chemical analysis" (PDF). Talanta. 54 (4): 531–559. doi:10.1016/S0039-9140(01)00312-5. PMID 18968276.^{[trajno mrtav link]}

[9] Miao, Wujian (2008). "Electrogenerated Chemiluminescence and Its Biorelated Applications". Chemical Reviews. 108 (7): 2506–2553. doi:10.1021/cr068083a. PMID 18505298.

[10] Lee, Won-Yong (1997). "Tris (2,2′-bipyridyl)ruthenium(II) electrogenerated chemiluminescence in analytical science". Microchimica Acta. 127 (1–2): 19–39. doi:10.1007/BF01243160.

[11] Wei, Hui; Wang, Erkang (2008-05-01). "Solid-state electrochemiluminescence of tris(2,2′-bipyridyl) ruthenium". TrAC Trends in Analytical Chemistry. 27 (5): 447–459. doi:10.1016/j.trac.2008.02.009.

[12] Wei, Hui; Wang, Erkang (2011-03-01). "Electrochemiluminescence of tris(2,2′-bipyridyl)ruthenium and its applications in bioanalysis: a review". Luminescence (jezik: engleski). 26 (2): 77–85. doi:10.1002/bio.1279. ISSN 1522-7243. PMID 21400654.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]