メチレンブルー電気化学：電極、レドックスプローブ、センサー

大学院生がグラッシーカーボン電極上でメチレンブルーのサイクリックボルタモグラムを測定し、明瞭な一対のピークを確認して、センサーは完成したと結論づける。1週間後、ピークはずれ、縮小し、または分裂しているが、プロトコルにはその理由が説明されていない。色素は変化していない。測定概念の理解が不完全だった。

メチレンブルーが電気化学で重要な位置を占める理由は3つある。穏やかな電位で可逆的に電子を交換すること、表面に吸着してフィルムへ重合すること、核酸に結合することである。それぞれは別々の概念であり、それぞれ独自の失敗要因を持つ。本レビューでは、それらを分離して説明する：レドックス対、読み出し、修飾電極、メディエーターの役割、そしてそれらを基盤として構築されるセンサー構造である。

1つの対、2つの形態、1つのプロトン

中性pHでの中心反応は通常、1つの酸化型カチオンが2電子と1プロトンを受け取り、還元型で無色のロイコ体になる反応として記述される：

MB+ + H+ + 2e- gives LMB

pH 7におけるメチレンブルーのレドックスポテンシャルは、標準水素電極に対して約+11 mVに位置すると、Chemistry Europeの最近の機構研究で報告されている。2電子に対して1プロトンが伴うため、形式電位はpH単位が1増加するごとに約30 mV負方向へシフトする。この傾きは最初に覚えるべき診断基準である。ピークがpH単位あたり約30 mV移動する場合、予想されるレドックス対を観測している。1単位あたり60 mV移動する場合、プロトン数が変化している。ほとんど移動しない場合、信号は溶解色素ではなく、独自の酸塩基化学を持つ表面フィルム由来である可能性がある。

参照電極について理解することも2つ目の習慣である。Ag/AgCl、SCE、NHEに対して引用された電位は数十〜数百mV異なり、充填溶液によってさらに数値が変化する。本記事内のすべての電位は参照電極を明示している。参照を示さない論文は再利用できない。平坦なカチオンと柔軟な中性分子という2つの形態間の構造的違い自体がこの話の一部であり、レドックス対に関する関連ページで詳細に扱っている。

メチレンブルーのボルタモグラムが実際に示すもの

おおむね中性のリン酸緩衝液中で、清浄な裸のグラッシーカーボン電極上では、溶解メチレンブルーは通常、Ag/AgClに対して負方向約0.15〜0.18 V付近にアノードピーク、同じ参照に対して負方向約0.20〜0.25 V付近にカソードピークを示す。正確な位置はスキャン速度、表面履歴、参照電極の充填溶液によって変化し、裸のグラッシーカーボン電極を用いた最近のオープンアクセス測定では、独自の条件下でpH 7.4におけるカソードピークを負方向約0.18 V付近としている。

この対は準可逆的と表現するのが最も適切である。理想的な2電子可逆対ではピーク間隔は約30 mVになる。メチレンブルーの波形は一般的により広く非対称であり、吸着が状況を複雑にする。この複雑さはノイズではなく診断情報である。スキャン速度に正比例して増加するピーク電流は、吸着した色素を示す。スキャン速度の平方根に比例して増加するピーク電流は、溶液から拡散してくる色素を示す。実際の多くのトレースでは両方が混在するため、同じ溶液でも研磨直後の電極と使用済み電極では異なるピーク高さを示すことがある。

溶存酸素は同じ電位範囲で独自の還元電流を寄与するため、定量測定では通常、脱酸素処理後に行うか、酸素の影響を考慮する。また、メチレンブルーは汚染を引き起こす。吸着した色素は各サイクルで表面を変化させるため、繰り返しスキャンにおけるピークドリフトは分析対象物ではなく電極についての情報である。