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電気化学発光または電気生成化学発光（ECL）は、溶液中の電気化学反応中に生成される発光の一種です。電気生成化学発光では、電気化学的に生成された中間体が高エネルギー反応を起こして電子励起状態を生成し、その後、より低いレベルの状態に緩和する際に光を発します。放出された光子の波長は、これら2つの状態間のエネルギーギャップに対応します。[1] [2] ECL励起は、電気生成種のエネルギー電子移動（酸化還元）反応によって引き起こされる可能性があります。このような発光励起は、1つまたはすべての反応物が電極上で電気化学的に生成される化学発光の一種です。 [3]
ECLは通常、非プロトン性有機溶媒（ECL組成物）中の発光種（多環芳香族炭化水素、金属錯体、量子ドットまたはナノ粒子[4]）の溶液を含む電気化学セルの電極に電位（数ボルト）を印加している間に観察されます。有機溶媒では、異なる電極で同時に、または酸化と還元の間で電位を掃引することにより、単一の電極で、発光種の酸化型と還元型の両方が生成されます。励起エネルギーは、酸化種と還元種の再結合から得られます。
分析用途に主に使用される水性媒体では、水自体の電気化学的分解により発光種の同時酸化と還元を達成することが難しいため、共反応物との ECL 反応が使用されます。後者の場合、発光種は共反応物とともに電極で酸化され、いくつかの化学変換後に強力な還元剤を生成します (酸化還元機構)。
アプリケーション
ECLは、高感度かつ選択的な方法として分析用途に非常に有用であることが証明されています。[7] ECLは、化学発光分析の分析上の利点（バックグラウンド光信号がない）と、電極電位の適用による反応制御の容易さを兼ね備えています。分析技術として、ECLは、その汎用性、光発光（PL）に比べて光学セットアップが簡素化されていること、化学発光（CL）に比べて時間的および空間的な制御が優れていることから、他の一般的な分析方法に比べて優れた利点があります。ECL分析の選択性の向上は、電極電位の変化によって達成され、電極で酸化/還元されてECL反応に参加する種を制御します[8]（電気化学分析を参照）。
一般的にはルテニウム錯体、特に[Ru(bpy) 3 ] 2+ (bpy = 2,2'-ビピリジン) を使用し、液相または液固界面で TPrA (トリプロピルアミン) で再生して約 620 nm で光子を放出します。電極表面 (ナフィオンなどから作られるか、ラングミュア・ブロジェット法または自己組織化法で作られた特別な薄膜) に固定された単分子層として使用することも、共反応物として使用することもできますが、より一般的にはタグとして使用し、HPLC、Ru タグ付き抗体ベースの免疫測定法、 PCRなどの Ru タグ付き DNA プローブ、NADHまたはH 2 O 2生成ベースのバイオセンサー、シュウ酸および有機アミン検出など、多くの用途で使用し、ピコモル感度から 6 桁を超えるダイナミック レンジまで検出できます。光子検出は、光電子増倍管(PMT)、シリコン フォトダイオード、または金コーティングされた光ファイバーセンサーで行います。バイオ関連アプリケーションにおけるECL技術検出の重要性は十分に確立されている。[9] ECLは多くの臨床研究アプリケーションで商業的に広く使用されている。[10] [11] [12]
参照
参考文献
- ^ Forster RJ、Bertoncello P 、 Keyes TE (2009)。「電気生成化学発光」。Annual Review of Analytical Chemistry。2 : 359–85。Bibcode :2009ARAC....2..359F。doi : 10.1146 /annurev-anchem-060908-155305。PMID 20636067 。
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- ^ 電気生成化学発光、アレン・J・バード編、マルセル・デッカー社、2004年
- ^ Valenti G, Rampazzo R, Bonacchi S, Petrizza L, Marcaccio M, Montalti M, Prodi L, Paolucci F (2016). 「Ru(bpy)32+ コア−シェルシリカナノ粒子の電気生成化学発光における可変ドーピングによるメカニズムスワッピングの誘発」J. Am. Chem. Soc . 138 (49): 15935– 15942. Bibcode :2016JAChS.13815935V. doi :10.1021/jacs.6b08239. hdl : 11585/583548 . PMID 27960352.
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