La electroquimioluminiscencia o quimioluminiscencia electrogenerada ( ECL ) es un tipo de luminiscencia que se produce durante las reacciones electroquímicas en soluciones. En la quimioluminiscencia electrogenerada, los intermedios generados electroquímicamente experimentan una reacción altamente exergónica para producir un estado excitado electrónicamente que luego emite luz al relajarse a un estado de nivel más bajo. Esta longitud de onda del fotón de luz emitido corresponde a la brecha de energía entre estos dos estados. [1] [2] La excitación ECL puede ser causada por reacciones energéticas de transferencia de electrones (redox) de especies electrogeneradas. Tal excitación de luminiscencia es una forma de quimioluminiscencia.donde uno / todos los reactivos se producen electroquímicamente en los electrodos. [3]
La ECL suele observarse durante la aplicación de potencial (varios voltios) a los electrodos de la celda electroquímica que contiene solución de especies luminiscentes ( hidrocarburos aromáticos policíclicos , complejos metálicos, Quantum Dots o nanopartículas [4] ) en disolvente orgánico aprótico (composición ECL). En los disolventes orgánicos, las formas oxidadas y reducidas de especies luminiscentes se pueden producir en diferentes electrodos simultáneamente o en uno solo barriendo su potencial entre la oxidación y la reducción. La energía de excitación se obtiene de la recombinación de especies oxidadas y reducidas.
En medio acuoso, que se usa principalmente para aplicaciones analíticas, la oxidación y reducción simultáneas de especies luminiscentes es difícil de lograr debido a la división electroquímica del agua, por lo que se usa la reacción ECL con los coreactantes. En el último caso, las especies luminiscentes se oxidan en el electrodo junto con el coreactante que da un agente reductor fuerte después de algunas transformaciones químicas (el mecanismo de reducción oxidativa).
Aplicaciones
ECL demostró ser muy útil en aplicaciones analíticas como método altamente sensible y selectivo. [7] Combina las ventajas analíticas del análisis quimioluminiscente (ausencia de señal óptica de fondo) con la facilidad de control de la reacción mediante la aplicación de potencial de electrodo. Como técnica analítica, presenta ventajas sobresalientes sobre otros métodos analíticos comunes debido a su versatilidad, configuración óptica simplificada en comparación con la fotoluminiscencia (PL) y buen control temporal y espacial en comparación con la quimioluminiscencia (CL). La selectividad mejorada del análisis ECL se alcanza mediante la variación del potencial del electrodo controlando así las especies que se oxidan / reducen en el electrodo y participan en la reacción ECL [8] (ver análisis electroquímico ).
Generalmente utiliza complejos de rutenio, especialmente [Ru (Bpy) 3 ] 2+ (que libera un fotón a ~ 620 nm) que se regenera con TPrA ( tripropilamina ) en fase líquida o interfaz líquido-sólido. Se puede usar como monocapa inmovilizada sobre la superficie de un electrodo (hecha, por ejemplo, de nafión , o películas delgadas especiales hechas con la técnica de Langmuir-Blogett o la técnica de autoensamblaje) o como un coreactante o más comúnmente como una etiqueta y se usa en HPLC , etiquetada con Ru inmunoensayos basados en anticuerpos, sondas de ADN Tagged Ru para PCR etc., NADH o H 2 o 2 biosensores basados generación, oxalato y detección de amina orgánica y muchas otras aplicaciones y puede ser detectada a partir de la sensibilidad picomolar a rango dinámico de más de seis órdenes de magnitud. La detección de fotones se realiza con tubos fotomultiplicadores (PMT) o fotodiodos de silicio o sensores de fibra óptica recubiertos de oro . La importancia de la detección de técnicas ECL para aplicaciones relacionadas con la biología ha sido bien establecida. [9] ECL se utiliza mucho comercialmente para muchas aplicaciones de laboratorio clínico. [10] [11] [12]
Ver también
Referencias
- ^ Forster RJ, Bertoncello P, Keyes TE (2009). "Quimioluminiscencia electrogenerada". Revisión anual de química analítica . 2 : 359–85. Código Bibliográfico : 2009ARAC .... 2..359F . doi : 10.1146 / annurev-anchem-060908-155305 . PMID 20636067 .
- ^ Valenti G, Fiorani A, Li H, Sojic N, Paolucci F (2016). "Papel esencial de los materiales de electrodos en aplicaciones de electroquimioluminiscencia". ChemElectroChem . 3 (12): 1990-1997. doi : 10.1002 / celc.201600602 .
- ^ Quimioluminiscencia electrogenerada, editado por Allen J. Bard, Marcel Dekker, Inc., 2004
- ^ Valenti G, Rampazzo R, Bonacchi S, Petrizza L, Marcaccio M, Montalti M, Prodi L, Paolucci F (2016). "El dopaje variable induce el intercambio de mecanismos en quimioluminiscencia electrogenerada de Ru (bpy) 32+ Nanopartículas de sílice Core-Shell". Mermelada. Chem. Soc . 138 (49): 15935-15942. doi : 10.1021 / jacs.6b08239 . PMID 27960352 .
- ^ Miao W, Choi J, Bard A (2002). "Quimioluminiscencia electrogenerada 69: El sistema Tris (2,2′-bipiridina) rutenio (II), (Ru (bpy) 3 2+ ) / Tri-n-propilamina (TPrA) revisado una nueva ruta que involucra a TPrA • + radicales catiónicos" ( PDF) . Mermelada. 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). "Red de nanotubos de carbono transparente para dispositivos de electroquimioluminiscencia eficientes". Química: una revista europea . 21 (36): 12640–12645. doi : 10.1002 / quím.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). "Información sobre el mecanismo de la electroquimioluminiscencia coreactante que facilita el rendimiento bioanalítico mejorado" . Nat. Comun . 11 : 2668. doi : 10.1038 / s41467-020-16476-2 .
- ^ Fähnrich, KA; Pravda, M .; Guilbault, GG (mayo de 2001). "Aplicaciones recientes de la quimioluminiscencia electrogenerada en el análisis químico" (PDF) . Talanta . 54 (4): 531–559. doi : 10.1016 / S0039-9140 (01) 00312-5 . PMID 18968276 .[ enlace muerto permanente ]
- ^ Miao, Wujian (2008). "Quimioluminiscencia electrogenerada y sus aplicaciones biorrelacionadas". Revisiones químicas . 108 (7): 2506-2553. doi : 10.1021 / cr068083a . PMID 18505298 .
- ^ Lee, Won-Yong (1997). "Quimioluminiscencia electrogenerada de tris (2,2′-bipiridil) rutenio (II) en ciencia analítica". Microchimica Acta . 127 (1–2): 19–39. doi : 10.1007 / BF01243160 .
- ^ Wei, Hui; Wang, Erkang (1 de mayo de 2008). "Electroquimioluminiscencia de estado sólido de tris (2,2′-bipiridil) rutenio". Tendencias de TrAC en Química Analítica . 27 (5): 447–459. doi : 10.1016 / j.trac.2008.02.009 .
- ^ Wei, Hui; Wang, Erkang (1 de marzo de 2011). "Electroquimioluminiscencia de tris (2,2′-bipiridil) rutenio y sus aplicaciones en bioanálisis: una revisión". Luminiscencia . 26 (2): 77–85. doi : 10.1002 / bio.1279 . ISSN 1522-7243 . PMID 21400654 .