用于测定化学反应速度的电化学方法技术

本发明专利技术涉及对能产生一种电活性反应产物的化学反应进程的测定，然后在电极上通过电流测定或库仑测定检测所述反应产物。该方法可用于需要跟踪一种化学反应进程的场合，特别是用于传感器用途，其中，可以利用一种分析物的反应进程测定该分析物的浓度。在这种用途中的传感器，可以包括安装在一种电绝缘基质（１）上的一个工作电极（２）和一个反电极（３），并且还可以包括在它上面安装有一层化学反应剂（４）的第二种基质（５）。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及对一种能产生电活性反应产物的化学反应进程的测定，然后在电极上通过电流测定或库仑测定检测所述反应产物。该方法可用于需要跟踪一种化学反应进程的用途，特别是用于传感器用途，其中，可以利用一种分析物的反应进程测定该分析物的浓度。
技术介绍
相关技术的说明在电流测定电化学中，可以将电极上的电流用作在工作电极上发生电化学反应的电活性物质浓度的指标。在库仑测定中，随着时间的发展所述电极上的电流会整合成通过的电荷的总量，由此产生在工作电极上起反应的电活性材料量的指标。所述电极上的电流(或任何时间通过的电荷)取决于所述电活性物质向所述工作电极转移的速度。当在所述电极附近存在较大浓度的电活性物质，并且对所述电极施加足以在电极/溶液界面上使所述电活性物质发生电化学反应的电位时，最初会产生一个较大的电流，该电流会随着时间推移而减弱。对于绝缘的电极来说，施加在所述电极上的电位足以使所述电活性物质在达到所述电极之后马上有效发生反应，并且，电活性物质向所述电极的转移是通过扩散控制的。所述电流遵循在本领域中被称为Cottrel公式的曲线。根据该公式，所述电流与时间的平方根成反比例地改变。由此产生一种随着时间推移而衰减的电流，因为在所述电极上发生反应的电活性物质在电极附近被消耗，并且随着时间发展，电活性物质必须从越来越远的地方转移到所述电极。如果除了在所述电极上发生的所述电活性物质的电化学反应之外，所述电活性物质正在通过一种化学反应在所述工作电极附近产生的话，所述电极上电流的形式就会变得复杂。所述电极反应倾向于降低靠近工作电极的电活性物质的浓度，而所述化学反应倾向于提高所述电活性物质在该部位的浓度。因此，这两种过程的时间依赖型行为搅和在一起之后，要通过所述电极上的电流(或通过的电荷)测定所述化学反应动力学是困难的。由于这种原因，在已经公开的文献中，化学反应的速度通常是不能通过电化学方法测定的，除非在特定场合使用特殊设备。所述设备的一个例子是本领域已知的旋转环/片电极。这种装置仅适用于较快的反应动力学，并且需要以已知的受控制的速度旋转，具有业已充分鉴定的液体流体动力学。专利技术概述本专利技术所提供的方法，可以使用一种简单的电化学方法和装置获取化学反应速度信息。在第一方面，提供了一种用于测定一种液体样品的成分与一种试剂之间的能产生一种电活性物质的化学反应速度的方法，该方法包括提供一个电化学电池，该电池具有一个工作电极、一个反电极、以及至少一个壁；大体上将所述试剂固定在所述电化学电池上的距离所述工作电极很小距离的部位，其中，所述距离使得所述电活性物质从所述部位向工作电极的转移是通过扩散控制的；将所述液体样品放入所述电化学电池中，使得所述液体样品与所述试剂、工作电极和反电极接触；让所述成分与所述试剂起反应，以便产生所述电活性物质；在所述工作电极和所述反电极之间施加一个电位，其中，所述电位足以使所述电活性物质在所述工作电极上发生电化学反应；测定通过所述工作电极上的电化学反应所产生的电流，以便获得所述化学反应速度的指数。在该实施方案的一个方面，所述工作电极和反电极的间隔足够大，以便在测定电流时在所述反电极上发生的电化学反应的产物不会达到所述工作电极。所述工作电极和所述反电极的间隔距离可以大于大约500微米；大约500微米-大约5毫米；或大约1毫米-大约2毫米。所述工作电极和反电极可以位于相同平面上。在本实施方案的另一方面，所述部位与所述工作电极的间隔距离最少为大约10微米-大约5毫米；大约50微米-大约500微米；或大约100微米-大约200微米。在本实施方案的另一方面，所述反电极能够起着组合的反电极/参考电极的作用。所述电化学电池还可以包括一个参考电极。在本实施方案的另一方面，所述工作电极起着阳极的作用，并且可以包括铂、钯、碳、与一种或多种惰性粘接剂组合的碳、铱、氧化铟、氧化锡、与氧化锡组合的铟、及其混合物。在本实施方案的另一方面，所述工作电极起着阴极的作用，并且可以包括铂、钯、碳、与一种或多种惰性粘接剂组合的碳、铱、氧化铟、氧化锡、与氧化锡组合的铟、钢、不锈钢、铜、镍、银、铬、及其混合物。在本实施方案的另一方面，所述反电极包括铂、钯、碳、与惰性粘接剂组合的碳、铱、氧化铟、氧化锡、与氧化锡组合的铟、钢、不锈钢、铜、镍、铬、银及其混合物。所述反电极还可以包括用基本上不溶性的银盐包衣的银，如氯化银、溴化银、碘化银、氰亚铁酸银、氰铁酸银。在本实施方案的另一方面，所述部位位于所述反电极上或位于其壁上。所述部位和工作电极可位于相同平面上，或位于朝向并且大体上平行于工作电极的平面上。在本实施方案的另一方面，所述试剂包含在与所述电化学电池表面结合的聚合物基质中；所述基质是通过化学方式连接在所述电化学电池表面上的；通过物理方式连接在所述电化学电池表面上的；或者干燥在所述电化学电池表面上，并且在所述液体样品中具有足够低的迁移率，以便在测定电流时所述试剂不会明显迁移。在本实施方案的另一方面，所述方法还包括一种氧化还原介体。该氧化还原介体可以包括二茂亚铁(ferrocinium)、锇与二吡啶、二苯酮和氰铁酸盐的复合物。在本实施方案的另一方面，所述样品可以包括全血。所述成分可以包括葡萄糖。所述试剂可以包括酶，如PQQ依赖型葡萄糖脱氢酶、NAD依赖型葡萄糖脱氢酶、葡萄糖氧化酶、乳酸脱氢酶和醇脱氢酶。在本实施方案的另一方面，所述电位优选为+50至+500mV，更优选大约+300mV。在第二种实施方案中，提供了一种用于测定全血中葡萄糖和PQQ依赖型葡萄糖脱氢酶之间的化学反应速度的方法，包括提供一种电化学电池，该电池具有一个工作电极、一个反电极、至少一个壁、容纳在所述电化学电池中的包括氰铁酸盐在内的一种氧化还原介体，以及包括PQQ依赖型葡萄糖脱氢酶在内的试剂，所述试剂被基本上固定在所述电化学电池上的距离所述工作电极最小距离的部位上；将所述全血样品放入所述电化学电池中，以便该样品接触所述试剂，所述氧化还原介体，所述工作电极，和所述反电极；让所述葡萄糖与PQQ依赖型葡萄糖脱氢酶起反应，以便产生还原的PQQ依赖型葡萄糖脱氢酶，还原的PQQ依赖型葡萄糖脱氢酶又会与所述氰铁酸盐氧化还原介体起反应，以便形成氰亚铁酸盐；在所述工作电极和反电极之间施加一个电位，其中，所述电位足以使所述氰亚铁酸盐在工作电极上发生电化学反应；并且测定通过所述工作电极上氰亚铁酸盐的电化学反应所产生的电流，其中，所述测定结果是葡萄糖和PQQ依赖型葡萄糖脱氢酶之间的化学反应速度的指标。 附图说明图1表示一种电化学电池，其中，所述试剂位于该电池朝向工作电极的壁上。图2表示一种电化学电池，其中，所述试剂位于反电极上。图3表示用于包括葡萄糖、PQQ依赖型葡萄糖脱氢酶和氰铁酸钾氧化还原介体在内的反应系统的三种全血样品的电流随时间的变化。以上三种血液样品含有分别为20％、42％和65％的血细胞比容水平，其中，血细胞比容是红血细胞在样品中的体积百分比。优选实施方案以下说明和例子详细说明了本专利技术的优选实施方案。本领域技术人员应当理解的是，在本专利技术的范围内包括本专利技术的多种改变和改进。因此，对优选实施方案的说明不应当被视为对本专利技术范围的限定。根据本专利技术，可以用一种电化学电池获得有关能产生至少一种电活性产物的化学反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测定一种液体样品的成分与一种试剂之间的能产生一种电活性物质的化学反应速度的方法，该方法包括：提供一个电化学电池，该电池具有一个工作电极、一个反电极、以及至少一个壁；大体上将所述试剂固定在所述电化学电池上的距离所述工作电极很小 距离的部位，其中，所述距离使得所述电活性物质从所述部位向工作电极的转移是通过扩散控制的；将所述液体样品放入所述电化学电池中，使得所述液体样品与所述试剂、工作电极和反电极接触；让所述成分与所述试剂起反应，以便产生所述电活性物质；在 所述工作电极和所述反电极之间施加一个电位，其中，所述电位足以使所述电活性物质在所述工作电极上发生电化学反应；和测定通过所述工作电极上的电化学反应所产生的电流，以便获得所述化学反应速度的指数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A霍格斯，R查特利尔，
申请(专利权)人：生命扫描有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]