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第1章 绪论1

1.1 生物电现象1

1.2 生物电化学及其研究范畴4

1.3 生物电化学的应用现状及展望9

参考文献10

第2章 电化学理论基础12

2.1 电极反应与电极电势12

2.1.1 电极12

2.1.2 电极反应13

2.1.3 电极电势14

2.1.4 液接界电势16

2.2 双电层17

2.2.1 电极/溶液界面的性质及其研究方法17

2.2.2 双电层的结构20

2.3 电化学过程热力学22

2.3.1 Gibbs自由能变与电动势22

2.3.2 可逆电化学过程热力学23

2.3.3 不可逆及准可逆电化学过程热力学25

2.4 电极反应动力学25

2.4.1 动力学基本理论25

2.4.2 电极过程的Butler-Volmer模型27

2.4.3 标准速率常数和传递系数29

2.4.4 交换电流密度30

2.4.5 多电子步骤机理31

2.5 电极体系中的传质过程32

2.5.1 物质传递的形成32

2.5.2 物质传递普遍方程的推导34

2.5.3 扩散36

2.6 电极过程动力学44

2.6.1 过电势公式44

2.6.2 复杂电极过程47

参考文献50

第3章 电化学技术基础52

3.1 电化学测量体系组成52

3.1.1 三电极体系52

3.1.2 电解质溶液53

3.1.3 隔膜54

3.1.4 盐桥54

3.1.5 鲁金毛细管55

3.1.6 电解池58

3.2 稳态测量技术61

3.2.1 稳态过程61

3.2.2 恒电流稳态与恒电势稳态测量62

3.2.3 稳态极化曲线的测定65

3.3 暂态测量技术67

3.3.1 暂态过程67

3.3.2 控制电流暂态测量技术68

3.3.3 常见的阶跃电流波形69

3.3.4 控制电流技术的应用70

3.3.5 控制电势暂态测量技术72

3.4 线性电势扫描伏安技术75

3.4.1 线性电势扫描过程中相应电流的特点75

3.4.2 电化学极化下的动电势扫描法76

3.4.3 循环伏安法77

3.4.4 薄层伏安法80

3.4.5 大幅度线性电势扫描法的特点与应用80

3.5 脉冲伏安技术81

3.5.1 常规脉冲伏安法82

3.5.2 微分脉冲极谱法83

3.5.3 脉冲极谱的充电电流和毛细管噪声电流84

3.5.4 差示脉冲伏安法85

3.5.5 旋转电极脉冲伏安法85

3.5.6 方波伏安法86

3.5.7 脉冲伏安法的应用87

3.6 电化学阻抗谱技术88

3.6.1 电化学阻抗谱的基础知识90

3.6.2 复合元件的阻纳93

3.6.3 电极过程的等效电路99

3.6.4 电化学阻抗谱的测量技术101

3.7 电化学噪声技术103

3.7.1 电化学噪声分类104

3.7.2 电化学噪声测定105

3.7.3 电化学噪声分析107

参考文献110

第4章 环境与生物电化学115

4.1 生物电化学系统115

4.1.1 BES的基本工作原理116

4.1.2 BES的产电过程119

4.1.3 生物质能源的产生120

4.2 微生物燃料电池125

4.2.1 微生物燃料电池的发展历史126

4.2.2 微生物燃料电池的分类127

4.2.3 微生物燃料电池的优点133

4.2.4 微生物燃料电池存在的问题134

4.2.5 微生物燃料电池的应用前景136

4.3 微生物电解电池138

4.3.1 微生物电解电池与微生物燃料电池的差异138

4.3.2 微生物电解电池的优点139

4.3.3 微生物电解电池的局限性139

4.3.4 微生物电解电池的研究现状140

4.4 生物电化学与环境监测141

4.4.1 生物电化学传感器与环境监测141

4.4.2 生物芯片与环境监测146

4.4.3 生物电化学反应器与环境监测147

4.4.4 生物电化学的发展方向147

参考文献147

第5章 电化学联用技术154

5.1 光谱电化学技术154

5.1.1 现场光谱电化学技术155

5.1.2 非现场光谱技术165

5.1.3 现场显微技术168

5.2 电致化学发光技术168

5.2.1 电致化学发光的特点169

5.2.2 电致化学发光的仪器结构169

5.2.3 电致化学发光的基本反应机理171

5.2.4 电致化学发光的基本类型172

5.2.5 电致化学发光的应用175

5.3 扫描电化学显微镜179

5.3.1 SECM简介179

5.3.2 SECM的实验装置179

5.3.3 SECM的工作模式181

5.3.4 SECM的定量分析理论186

5.3.5 SECM的应用186

5.3.6 SECM的展望189

5.4 电化学石英晶体微天平189

5.4.1 石英晶体微天平的基本原理190

5.4.2 电化学石英晶体微天平的应用191

5.5 其他一些联用技术193

5.5.1 SECM和其他技术联用193

5.5.2 压电、红外光谱、电化学三维联用技术194

5.5.3 电化学-表面等离子体波共振技术195

5.5.4 磁共振方法196

参考文献198

第6章 电化学酶传感器202

6.1 酶的化学本质及其组成202

6.1.1 酶的化学本质203

6.1.2 酶的组成203

6.1.3 酶的特点204

6.2 酶促反应的电化学研究205

6.2.1 酶促反应的特点205

6.2.2 酶促反应的影响因素206

6.3 酶电化学生物传感器207

6.3.1 酶电化学生物传感器的工作原理207

6.3.2 酶电化学生物传感器的分类208

6.3.3 酶在电极上的固定化方法210

6.3.4 酶传感器的应用现状212

6.3.5 酶传感器的未来发展趋势215

6.4 酶基生物燃料电池215

6.4.1 酶基生物燃料电池的电极215

6.4.2 酶电极的分类216

6.4.3 酶的活性中心218

6.4.4 外场对酶的影响219

6.4.5 催化机理227

6.4.6 酶电极的局限性227

参考文献228

第7章 电化学微生物传感器和DNA传感器235

7.1 微生物固定化技术235

7.1.1 吸附法236

7.1.2 包埋法237

7.1.3 交联法241

7.1.4 微生物固定中的纳米材料242

7.2 呼吸型电化学微生物传感器246

7.3 代谢型电化学微生物传感器248

7.4 中介型电化学微生物传感器249

7.5 电化学微生物传感器的换频方式249

7.5.1 电流型微生物传感器250

7.5.2 电位型微生物传感器251

7.5.3 电导型微生物传感器252

7.5.4 微生物燃料电池型传感器253

7.6 电化学微生物传感器的应用255

7.6.1 在食品和发酵中的应用255

7.6.2 环境监测256

参考文献256

第8章 电化学核酸传感器264

8.1 核酸探针264

8.1.1 核酸简介264

8.1.2 核酸杂交探针266

8.1.3 核酸适配子268

8.1.4 G-quadruplex核酸探针272

8.2 核酸探针在电极表面的固定方法273

8.2.1 吸附固定273

8.2.2 自组装274

8.2.3 共价键合法275

8.2.4 生物素-亲和素结合法275

8.3 电化学核酸传感器的信号检出276

8.3.1 基于电化学活性指示剂的杂交检测276

8.3.2 基于酶联反应的信号放大检测277

8.3.3 基于纳米材料的信号检测278

8.3.4 基于核酸体外扩增技术的信号放大检测281

8.4 电化学核酸传感器的应用和发展趋势283

参考文献285

第9章 电化学免疫型传感器291

9.1 电化学免疫分析291

9.2 电化学免疫传感器293

9.2.1 电化学免疫传感器的原理293

9.2.2 电化学免疫传感器的分类294

9.2.3 电化学免疫传感器中抗原抗体固定方法296

9.2.4 电化学免疫传感器的表征302

9.2.5 电化学免疫传感器的再生及更新302

9.2.6 电化学免疫传感器的信号增强303

9.2.7 电化学免疫传感器的应用317

9.3 电化学酶联免疫分析320

9.3.1 酶联免疫分析方法的基本原理321

9.3.2 酶联免疫分析方法的常见类型321

9.4 电化学酶联免疫传感器325

9.4.1 电化学酶联免疫传感器的基本原理325

9.4.2 电化学酶联免疫传感器的种类325

9.4.3 电化学酶联免疫传感器的应用327

9.4.4 电化学酶联免疫传感器的前景328

参考文献328

第10章 氧化还原自组装膜界面电子转移研究338

10.1 氧化还原自组装膜电子传递研究的电化学分析方法338

10.1.1 自组装膜338

10.1.2 自组装膜电子传递研究的电化学分析方法340

10.1.3 自组装膜长程电子转移的影响因素342

10.2 自组装膜上的K ET电化学测量的氧化还原体系343

10.2.1 自组装膜长程电子转移理论简介344

10.2.2 标准速率常数k ？s的理论计算公式345

10.2.3 氧化还原体系K3Fe（CN）6-K4Fe（CN）6和亚甲基蓝-无色亚甲基蓝的电子转移速率常数的测定347

10.3 ET动力学的微观效应351

10.3.1 电子转移机理的基本概念351

10.3.2 ET动力学352

10.3.3 ET的微观理论353

10.4 氧化还原自组装单层膜的结构354

10.5 卟啉自组装膜电化学355

10.5.1 卟啉自组装膜的制备355

10.5.2 基于金属卟啉轴向配位的自组装研究358

10.6 SECM表征卟啉自组装膜在金电极上的成膜过程361

10.6.1 H2 MPTPP修饰电极的循环伏安表征361

10.6.2 表征卟啉自组装膜在金电极上的成膜过程363

10.6.3 卟啉自组装单分子膜长程电子转移过程的SECM的研究366

10.6.4 巯基卟啉在金电极表面自组装过程中的分子定位366

参考文献368

索引371