[发明专利]单个纳米粒子的电化学阻抗谱测定装置及方法

说明书

本发明公开了单个纳米粒子的电化学阻抗谱测定装置及方法，所述装置包括：单色激光调节模块，用于将单色激光引入暗场成像中并调节所述单波长的范围；粒子激发模块，与所述单色激光调节模块连接，用于激发具有局域等离子共振的贵金属的单个纳米粒子的散射共振，包括平凸透镜和电化学池；电压施加模块，与所述粒子激发模块连接，用于给所述电化学池施加周期性调制电压；粒子散射强度检测模块，与所述电压施加模块和粒子激发模块相连接，包括锁相放大器和光电倍增管；本发明将单色激光引入暗场成像中，在检测器方面将光电倍增管配备锁相放大器，这使得可以在电压调制下通过直接检测单个纳米粒子的散射强度值变化，获得单个纳米粒子的电化学阻抗谱。

技术领域

本发明涉及电化学阻抗谱测定领域，具体涉及一种单个纳米粒子的电化学阻抗谱测定装置及方法。

背景技术

电化学阻抗谱不仅是研究电极表面变化的最有用的电化学方法之一，而且还可以为化学和生物传感器的应用提供一个非常有前景的研发平台。基于电化学阻抗谱的电化学方法已经被广泛地应用于不同领域，例如，从最初的用于测定电极表面的双电层电容发展到如今的可以直接追踪化合物的形成过程、构建新型的免疫学检测方法以及优化设计燃料电池的性能等并且由于电化学阻抗谱对电极表面的变化十分敏感，因此它被广泛用作一个传感平台去研究生物大分子之间的识别和生物传感器的开发。然而，传统电化学阻抗谱方法呈现的是整个电极表面的电化学行为。但是，在实际中，整个电极表面不是均一的，局部区域存在较大差异。

为了使得电化学阻抗谱能研究电极表面局域地方的电化学行为，基于局域的电化学阻抗谱被研发了出来，它可以直接用于对电极局域部分进行成像和交流阻抗分析。虽然这种局域的电化学阻抗谱可以用于研究电极表面不同地方的电化学行为，但是它存在空间分辨率不足的缺陷。为了弥补这个缺陷，基于表面等离子体共振的显微电化学阻抗谱法被研发了出来，该方法不仅可以对电极表面的局部进行阻抗分析，同时它还具备了亚微米级别的空间分辨率，该方法被广泛用于研究单个细胞中的化学反应过程、分子间的识别作用以及小分子物质的检测，但目前鲜有人研究纳米级别的单个纳米粒子的电化学阻抗谱。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种单个纳米粒子的电化学阻抗谱测定装置和方法，其解决了只能针对直流电压即DC模式调控下的纳米粒子的充放电行为和在低频范围会内受到电解质溶液的离子重排影响的问题。

技术方案：本发明所述的单个纳米粒子的电化学阻抗谱测定装置，该装置包括：

单色激光调节模块，用于将单色激光引入暗场成像中并调节所述单色激光的单波长范围。所述声光调节模块包括单色激光光源和声光可调滤波器；

粒子激发模块，与所述声光调节模块连接，用于激发具有局域等离子共振的贵金属的单个纳米粒子发生散射共振，包括平凸透镜和电化学池；

电压施加模块，与所述粒子激发模块连接，用于给所述电化学池施加周期性调制电压；

粒子散射强度检测模块，与所述电压施加模块和粒子激发模块相连接，用于记录所述具有局域等离子共振的贵金属的单个纳米粒子的散射幅值与其对应的相位信息，获得所述单个纳米粒子的电化学阻抗谱，包括锁相放大器和光电倍增管。

优选的，所述单色激光光源和声光可调滤波器连接，所述声光可调滤波器用于单波长的输出。

优选的，所述电化学池的电极表面固定所述具有局域等离子共振的贵金属纳米材料，并加入电解质溶液。

优选的，所述电压施加模块包括函数发生器和电化学工作站，所述函数发生器控制所述电化学工作站给所述电化学池施加调制电压。

优选的，所述粒子激发模块还包括反射模块，所述反射模块包括两块反射镜和夹在两个反射镜之间的狭缝，通过所述狭缝选择所述贵金属的单个纳米粒子。