基于一種增強型光譜電化學裝置

光譜電化學（SEC）測量在分析化學中起著至關重要的作用，利用透明或半透明電極對電化學過程進行光學分析。電化學讀數提供了有關電極狀態的信息，而透射光譜的變化有助于識別電化學反應的產物。

據麥姆斯咨詢報道，近日，波蘭華沙理工大學（Warsaw University of Technology）的研究人員開發了一種增強型光譜電化學裝置，其中，基于雙域（光學和電化學）光纖的傳感器直接用作工作電極，同時像光譜電化學一樣單獨測量分析物的光學特性。該傳感器采用反射（探針狀）配置，其中只有短纖芯部分涂有氧化銦錫（ITO）并浸入分析物中。對ITO納米涂層的性能進行了優化，以滿足在期望的反射光譜范圍內獲得損失模式共振（LMR）的條件?；贚MR和分光光度計的測量在單獨的光路中進行。這產生了一種具有電化學激活的兩個垂直定向光譜通道的新形式。相關研究成果以“Enhanced spectroelectrochemistry with lossy-mode resonance optical fiber sensor”為題發表在Scientific Reports期刊上。

在這項工作中，ITO-LMR傳感器是基于聚合物包層的石英（PCS，芯徑?=?380 μm）多模光纖。由于傳感器設計為反射（探針狀）配置以有效地引導在光纖端面之一處反射的光，因此使用直流磁控濺射技術在其中一個光纖端面上沉積一層鋁膜。必須注意的是，只有當LMR傳感器用作工作電極時，傳感器/電極的光學詢問（通道2中的光學測量）才是可能的，而當使用鉑網或ITO涂覆的載玻片時則不可能。

增強型SEC裝置（LMR傳感器作為工作電極）的示意圖

增強型SEC裝置提供了三種類型的詢問讀數：電化學測量、與分析物體積相對應的光譜分析（類似于標準SEC）、反映傳感器/電極表面狀態的LMR光譜分析。在每個詢問路徑中，分別用鐵氰化鉀和亞甲基藍兩種氧化還原反應探針進行循環伏安法（CV）實驗。隨后，在傳感器的計時電流（CA）測量期間進行同步測量，并檢查讀數之間的相互關系。

（A）鐵氰化鉀和亞甲基藍溶液中LMR傳感器的CV掃描；（B）LMR光譜的演變，其中施加電壓以誘導氧化還原探針的氧化和還原；（C）計時電流響應，顯示LMR傳感器在亞甲基藍溶液中的可重復響應。

LMR傳感器支持的增強型SEC配置中的多步電流法測量結果（鐵氰化鉀作為氧化還原探針）

LMR傳感器支持的增強型SEC配置中的多步電流法測量結果（亞甲基藍作為氧化還原探針）

總而言之，研究人員開發了一種基于ITO的損失模式共振光纖傳感器的增強型光譜電化學測量系統。由于ITO膜的優化厚度和光學性質，在光學域中觀察到了LMR，而ITO的電學性質允許將傳感器也用作電化學裝置中的工作電極。通過檢測兩種氧化還原探針，即鐵氰化鉀和亞甲基藍，證明了該方法。由于LMR強烈地依賴于外部介質的屬性和傳感器表面發生的變化，因此外加電壓的變化會引起共振波長的移動以及特定波長的透射。此外，外加電壓引起的變化具有高度可逆性。與標準工作電極相比，“針狀”形式的傳感器結構緊湊，因此在測量系統內傳感器的放置方面提供了很大的靈活性，并能夠減小分析樣品的體積。此外，這種傳感器的制造具有可擴展性，高度可重復性和低成本。利用ITO-LMR增強型光譜電化學裝置，增加了關于工作電極表面狀態、氧化還原反應本身的信息，并交叉驗證了獲得的結果，從而提高了分析的靈敏度。這種三通道系統將來可以應用于其他分析，也可以應用于需要使用便攜式系統的傳感應用。

審核編輯：彭菁