酪氨酸电氧化的信息分析

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现代的科学技术为获取待研究系统的信息提供了前所未有的便利,然而其信息数据的识别、挖掘、筛选与整合等信息处理方法的研究却明显滞后。鉴于此,本学位论文以酪氨酸电氧化系统为研究载体,以动电势扫描和交流阻抗测试技术为测试手段,工作的重心则定位于信息数据处理方法的研究。开展电化学信息数据处理方法的研究,需要学习新的数学方法,需要解决数学方法的有效运用问题,也需要了解并掌握优秀数学软件的使用方法。本学位论文的主要工作和基本结论是: 一、通过阅读有关文献及专著,对所涉及的材料进行分析、综合与评价的基础上,理顺思路,确定了论文的工作梗概及顺序。 二、采用循环伏安方法对酪氨酸在1mol/LH2SO4、不同pH的B-R缓冲溶液(恒离子强度I=0.5)中,在玻碳电极上的电氧化行为研究。对其伏安响应谱加以分析,得到的基本结论是: 1、酪氨酸在玻碳电极上的电氧化为不可逆电荷传递反应。 2、在上述溶液体系中,酪氨酸都能够吸附到玻碳电极上,而且其吸附作用为弱吸附。 3、溶液pH值对酪氨酸在玻碳电极上的电氧化行为有显著影响。 三、电活性物质吸附量的定量分析方法研究。采用循环伏安法对电活性物质弱吸附的吸附量进行定量计算是较为困难的。原则上,若电势扫描速率v足够高,以至ip与v呈现成正比关系,则可以对电活性物质的吸附量做出定量估计。然而,电势扫描速率越高,充电电流的干扰就越大,溶液的IR电势降也将越大,这些干扰因素的存在直接影响到后续的数据处理,不仅使参数解析变得十分复杂,而且会降低定量分析结果的置信度。显然,如何利用较低电势扫描速率条件下的伏安响应数据对电活性物质吸附量做作出定量估计,即寻求一种新的定量化处理的研究方法是十分必要的。这部分工作以电化学的基本理论为基础,确立进行信息数据处理所依据的基本数学模型;以数值计算方法为基础,确立软件设计的基本逻辑,编制出数据处理软件。为此,引入了具有较强鲁棒性的遗传算法,信息数据的处理软件则采用倍受科技界欢迎的MATLAB来编写。主要工作和基本结论是: 1、计算机模拟研究。计算机模拟研究的主要目的,是对数学模型的适用性、算法设计的合理性和软件整体运行的可靠性加以考察。 模拟研究的结果表明,利用较低电势扫描速率条件下的伏安响应数据而定量获取表面覆盖度e和吸附量户时,最为适宜的数学模型是伏安响应峰电流的对数模型;将遗传算法应用于定量解析e和户具有可行性。与非线性回归算法相比,遗传算法所给出的结果可以被控制在一个合乎逻辑的取值范围内,即算法的有效性更强。 2、酪氨酸的表面畏盖度及吸附量的定量化处理。依据较低电势扫描速率条件下所获取的氏,v]数据集,并借助于遗传算法进行定量化处理,以便获取酪氨酸在玻碳电极上的表面覆盖度e及吸附量护。 定量分析的结果表明,酪氨酸在玻碳电极上的吸附作用还是较为明显的,其吸附量护,随着溶液PH值增加而减小,而溶液pH值的变化对酪氨酸在玻碳电极上的表面覆盖度的影响不大,e值处于0.585刁.750之间。当实验数据集本身的测试误差较大时,遗传算法仍然可以给出合乎逻辑的分析结果,而采用非线性GaU阶-N ewton算法则可能给出错误的分析结果。 四、酪氨酸电氧化体系的交流阻抗谱的信息分析。对其交流阻抗谱数据进行拟合处理的基础上,选出合适的等效电路。利用EQU软件进行阻抗谱的数据处理。研究结果表明: l、适合于该电氧化反应体系的等效电路中包含有表征电活性物质吸附的电容性元件。若舍弃或以其它非电容性元件来替代这样的一个元件,则难以找寻到能获得良好拟合效果的等效电路。 2、解析出相应电极等效电路中的各种参数,并对模型结果的适用性傲出评价。进而对有关信息加以分析与处理,并着重对酪氮酸在玻碳电极上的吸附行为进行探讨,得到酪氮酸电氧化历程所涉及到的一些更为精细的过程信息: l)电路中参数与直流极化电势关系。 2)吸附量户、表面反应吸附历程的速率常数及,、k一1与直流极化电 势的关系。
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