生物電化學

第1章緒論
1.1生物電現(xiàn)象1
1.2生物電化學及其研究范疇4
1.3生物電化學的應用現(xiàn)狀及展望9
參考文獻10
第2章電化學理論基礎
2.1電極反應與電極電勢12
2.1.1電極12
2.1.2電極反應13
2.1.3電極電勢14
2.1.4液接界電勢16
2.2雙電層17
2.2.1電極/溶液界面的性質及其研究方法17
2.2.2雙電層的結構20
2.3電化學過程熱力學22
2.3.1Gibbs自由能變與電動勢22
2.3.2可逆電化學過程熱力學23
2.3.3不可逆及準可逆電化學過程熱力學25
2.4電極反應動力學25
2.4.1動力學基本理論25
2.4.2電極過程的ButlerVolmer模型27
2.4.3標準速率常數(shù)和傳遞系數(shù)29
2.4.4交換電流密度30
2.4.5多電子步驟機理31
2.5電極體系中的傳質過程32
2.5.1物質傳遞的形成32
2.5.2物質傳遞普遍方程的推導34
2.5.3擴散36
2.6電極過程動力學44
2.6.1過電勢公式44
2.6.2復雜電極過程47
參考文獻50
第3章電化學技術基礎
3.1電化學測量體系組成52
3.1.1三電極體系52
3.1.2電解質溶液53
3.1.3隔膜54
3.1.4鹽橋54
3.1.5魯金毛細管55
3.1.6電解池58
3.2穩(wěn)態(tài)測量技術61
3.2.1穩(wěn)態(tài)過程61
3.2.2恒電流穩(wěn)態(tài)與恒電勢穩(wěn)態(tài)測量62
3.2.3穩(wěn)態(tài)極化曲線的測定65
3.3暫態(tài)測量技術67
3.3.1暫態(tài)過程67
3.3.2控制電流暫態(tài)測量技術68
3.3.3常見的階躍電流波形69
3.3.4控制電流技術的應用70
3.3.5控制電勢暫態(tài)測量技術72
3.4線性電勢掃描伏安技術75
3.4.1線性電勢掃描過程中相應電流的特點75
3.4.2電化學極化下的動電勢掃描法76
3.4.3循環(huán)伏安法77
3.4.4薄層伏安法80
3.4.5大幅度線性電勢掃描法的特點與應用80
3.5脈沖伏安技術81
3.5.1常規(guī)脈沖伏安法82
3.5.2微分脈沖極譜法83
3.5.3脈沖極譜的充電電流和毛細管噪聲電流84
3.5.4差示脈沖伏安法85
3.5.5旋轉電極脈沖伏安法85
3.5.6方波伏安法86
3.5.7脈沖伏安法的應用87
3.6電化學阻抗譜技術88
3.6.1電化學阻抗譜的基礎知識90
3.6.2復合元件的阻納93
3.6.3電極過程的等效電路99
3.6.4電化學阻抗譜的測量技術101
3.7電化學噪聲技術103
3.7.1電化學噪聲分類104
3.7.2電化學噪聲測定105
3.7.3電化學噪聲分析107
參考文獻110
第4章環(huán)境與生物電化學
4.1生物電化學系統(tǒng)115
4.1.1BES的基本工作原理116
4.1.2BES的產(chǎn)電過程119
4.1.3生物質能源的產(chǎn)生120
4.2微生物燃料電池125
4.2.1微生物燃料電池的發(fā)展歷史126
4.2.2微生物燃料電池的分類127
4.2.3微生物燃料電池的優(yōu)點133
4.2.4微生物燃料電池存在的問題134
4.2.5微生物燃料電池的應用前景136
4.3微生物電解電池138
4.3.1微生物電解電池與微生物燃料電池的差異138
4.3.2微生物電解電池的優(yōu)點139
4.3.3微生物電解電池的局限性139
4.3.4微生物電解電池的研究現(xiàn)狀140
4.4生物電化學與環(huán)境監(jiān)測141
4.4.1生物電化學傳感器與環(huán)境監(jiān)測141
4.4.2生物芯片與環(huán)境監(jiān)測146
4.4.3生物電化學反應器與環(huán)境監(jiān)測147
4.4.4生物電化學的發(fā)展方向147
參考文獻147
第5章電化學聯(lián)用技術
5.1光譜電化學技術154
5.1.1現(xiàn)場光譜電化學技術155
5.1.2非現(xiàn)場光譜技術165
5.1.3現(xiàn)場顯微技術168
5.2電致化學發(fā)光技術168
5.2.1電致化學發(fā)光的特點169
5.2.2電致化學發(fā)光的儀器結構169
5.2.3電致化學發(fā)光的基本反應機理171
5.2.4電致化學發(fā)光的基本類型172
5.2.5電致化學發(fā)光的應用175
5.3掃描電化學顯微鏡179
5.3.1SECM簡介179
5.3.2SECM的實驗裝置179
5.3.3SECM的工作模式181
5.3.4SECM的定量分析理論186
5.3.5SECM的應用186
5.3.6SECM的展望189
5.4電化學石英晶體微天平189
5.4.1石英晶體微天平的基本原理190
5.4.2電化學石英晶體微天平的應用191
5.5其他一些聯(lián)用技術193
5.5.1SECM和其他技術聯(lián)用193
5.5.2壓電、紅外光譜、電化學三維聯(lián)用技術194
5.5.3電化學表面等離子體波共振技術195
5.5.4磁共振方法196
參考文獻198
第6章電化學酶傳感器
6.1酶的化學本質及其組成202
6.1.1酶的化學本質203
6.1.2酶的組成203
6.1.3酶的特點204
6.2酶促反應的電化學研究205
6.2.1酶促反應的特點205
6.2.2酶促反應的影響因素206
6.3酶電化學生物傳感器207
6.3.1酶電化學生物傳感器的工作原理207
6.3.2酶電化學生物傳感器的分類208
6.3.3酶在電極上的固定化方法210
6.3.4酶傳感器的應用現(xiàn)狀212
6.3.5酶傳感器的未來發(fā)展趨勢215
6.4酶基生物燃料電池215
6.4.1酶基生物燃料電池的電極215
6.4.2酶電極的分類216
6.4.3酶的活性中心218
6.4.4外場對酶的影響219
6.4.5催化機理227
6.4.6酶電極的局限性227
參考文獻228
第7章電化學微生物傳感器和DNA傳感器
7.1微生物固定化技術235
7.1.1吸附法236
7.1.2包埋法237
7.1.3交聯(lián)法241
7.1.4微生物固定中的納米材料242
7.2呼吸型電化學微生物傳感器246
7.3代謝型電化學微生物傳感器248
7.4中介型電化學微生物傳感器249
7.5電化學微生物傳感器的換頻方式249
7.5.1電流型微生物傳感器250
7.5.2電位型微生物傳感器251
7.5.3電導型微生物傳感器252
7.5.4微生物燃料電池型傳感器253
7.6電化學微生物傳感器的應用255
7.6.1在食品和發(fā)酵中的應用255
7.6.2環(huán)境監(jiān)測256
參考文獻256
第8章電化學核酸傳感器
8.1核酸探針264
8.1.1核酸簡介264
8.1.2核酸雜交探針266
8.1.3核酸適配子268
8.1.4Gquadruplex核酸探針272
8.2核酸探針在電極表面的固定方法273
8.2.1吸附固定273
8.2.2自組裝274
8.2.3共價鍵合法275
8.2.4生物素親和素結合法275
8.3電化學核酸傳感器的信號檢出276
8.3.1基于電化學活性指示劑的雜交檢測276
8.3.2基于酶聯(lián)反應的信號放大檢測277
8.3.3基于納米材料的信號檢測278
8.3.4基于核酸體外擴增技術的信號放大檢測281
8.4電化學核酸傳感器的應用和發(fā)展趨勢283
參考文獻285
第9章電化學免疫型傳感器
9.1電化學免疫分析291
9.2電化學免疫傳感器293
9.2.1電化學免疫傳感器的原理293
9.2.2電化學免疫傳感器的分類294
9.2.3電化學免疫傳感器中抗原抗體固定方法296
9.2.4電化學免疫傳感器的表征302
9.2.5電化學免疫傳感器的再生及更新302
9.2.6電化學免疫傳感器的信號增強303
9.2.7電化學免疫傳感器的應用317
9.3電化學酶聯(lián)免疫分析320
9.3.1酶聯(lián)免疫分析方法的基本原理321
9.3.2酶聯(lián)免疫分析方法的常見類型321
9.4電化學酶聯(lián)免疫傳感器325
9.4.1電化學酶聯(lián)免疫傳感器的基本原理325
9.4.2電化學酶聯(lián)免疫傳感器的種類325
9.4.3電化學酶聯(lián)免疫傳感器的應用327
9.4.4電化學酶聯(lián)免疫傳感器的前景328
參考文獻328
第10章氧化還原自組裝膜界面電子轉移研究
10.1氧化還原自組裝膜電子傳遞研究的電化學分析方法338
10.1.1自組裝膜338
10.1.2自組裝膜電子傳遞研究的電化學分析方法340
10.1.3自組裝膜長程電子轉移的影響因素342
10.2自組裝膜上的KET電化學測量的氧化還原體系343
10.2.1自組裝膜長程電子轉移理論簡介344
10.2.2標準速率常數(shù)ks的理論計算公式345
10.2.3氧化還原體系K3Fe(CN)6-K4Fe(CN)6和亞甲基藍-無色亞甲基藍的電子轉移速率常數(shù)的測定347
10.3ET動力學的微觀效應351
10.3.1電子轉移機理的基本概念351
10.3.2ET動力學352
10.3.3ET的微觀理論353
10.4氧化還原自組裝單層膜的結構354
10.5卟啉自組裝膜電化學355
10.5.1卟啉自組裝膜的制備355
10.5.2基于金屬卟啉軸向配位的自組裝研究358
10.6SECM表征卟啉自組裝膜在金電極上的成膜過程361
10.6.1H2MPTPP修飾電極的循環(huán)伏安表征361
10.6.2表征卟啉自組裝膜在金電極上的成膜過程363
10.6.3卟啉自組裝單分子膜長程電子轉移過程的SECM的研究366
10.6.4巰基卟啉在金電極表面自組裝過程中的分子定位366
參考文獻368
索引371