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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