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选择性和灵敏的检测，各种分析物的快速定量，诊断工具，新方法和传感器的开发等[3]。
光谱电化学（Spectroelectrochemistry, SEC）是一种将电化学与光谱学相结合的成熟分析技术。这种混合技术融合了两种分析方法的优势，能够同时记录光学和电化学信号，从而获取新的数据[1]。本文首先对光谱电化学进行了定义，阐述了其在研究中的特有优势，随后介绍了新的系统和解决方案，这些创新使得光谱电化学在众多应用领域中更加易于操作和实施。
什么是光谱电化学？
光谱电化学是一种多响应的分析方法，它在研究电化学反应的过程中，同时进行光学监测。这种方法可以从单一实验中获取两种独立的信号，这种能力非常强大，能够为研究人员提供关于所研究系统的关键信息。此外，光谱电化学的自动验证特性还可以通过两种不同的途径来验证结果，从而确保数据的准确性和可靠性。
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光谱电化学：一种自动验证的分析技术，能够在单次实验中通过两种不同方法确认结果
光谱电化学的原理是通过分析电磁辐射束与电化学反应中涉及的化合物之间的相互作用来实现的。光学信号和电化学信号的变化能够为电极过程的进展提供深入的洞察。
这种分析技术最早在20世纪60年代得到发展。当时，西奥多·库瓦纳教授利用透明电极研究了同时进行的电化学和光学过程——当光束穿过电极时，同时测量电荷和吸光度[2]。这种所谓的“光学透明电极”（OTE）被开发出来，用于开展结合光学和电化学的实验。不过，值得注意的是，并非所有光谱电化学的配置都需要使用透明电极。
自1964年第一篇关于光谱电化学的论文发表以来，基于该技术的研究和工作数量一直在稳步增长（图1）。
图1.
自20世纪60年代发现该技术以来，光谱电化学出版物显着增加（数据截至2025年1月）
光谱电化学使研究人员能够从电子转移过程中涉及的反应物、中间体和/或产物中获取分子、动力学和热力学信息。因此，光谱电化学可用于研究广泛的分子和多种过程，包括生物复合物、聚合反应、纳米材料表征、分析物检测、腐蚀机制、电催化、环境过程以及存储设备的表征等。
光谱电化学技术分类
光谱电化学分类的依据主要是所使用的光谱范围。不同的光谱范围能够提供不同类型的信息。下图（图2）展示了根据电化学和光谱方法组合进行的分类。通常，这些分类基于光谱技术的类型，包括紫外（UV）、可见（Vis）、光致发光（PL）、红外（IR）、拉曼、X射线、核磁共振（NMR）以及电子顺磁共振（EPR）。
图2.
光谱电化学（SEC）是光谱学和电化学的结合，在这里显示为这两种技术之间的重叠。
例如，紫外/可见（UV/Vis）光谱能够提供与分子电子能级相关的分子信息；近红外（NIR）区域的光谱则可提供与振动能级相关的数据；而拉曼光谱由于其独特的指纹特征，能够提供关于样品结构和组成的非常具体的信息（见图3）。
图3.
电磁波谱图
光谱电化学技术的主要优势如下：
- 它能够在单次实验中同时提供通过电化学和光谱学两种不同技术获得的信息。
- 既能进行定性研究，又能进行定量分析。
- 具有较高的选择性和灵敏度。
- 由于其多功能性，光谱电化学被广泛应用于多个不同领域。
- 新的实验配置提升了光谱电化学实验的性能，节省了时间、样品和成本等资源。
近年来，光谱电化学技术在设计、开发以及仪器设备的可能性方面取得了显著进展。同时，产品和配件之间的组装与连接也得到了优化，使得设备的使用更加便捷。这些改进有助于降低该领域研究和实验的难度与成本，推动光谱电化学技术的广泛应用。
光谱电化学仪器的发展
传统上，光谱电化学分析的配置通常由两台独立的仪器组成：一台用于光谱测量，另一台用于电化学分析（见图4）。这两台仪器分别连接到同一个光谱电化学池，且通常无法实现同步操作。此外，每台仪器都配备有各自独立的（且特定的）控制软件，这意味着需要两个不同的程序来分别处理和解释各自的信号。更复杂的是，还需要额外的外部软件来整合和分析这两套程序所获得的数据。最终，这种配置的缺点是显而易见的：无法保证两台仪器操作的同步性，导致实验和测试过程缓慢、复杂且成本高昂。
图4.
这种分离式的光谱电化学设置凸显了所使用软件和程序的复杂性，表明不同系统之间难以实现真正同步的电化学测量和数据获取。
瑞士万通DropSens抓住机遇，推出了创新产品——SPELEC系列光谱电化学仪器（见图5）。这些仪器是目前非常先进的光谱电化学设备，实现了完全集成和同步操作，为研究人员提供了更高的灵活性和多功能性。该设备集成了使用光谱电化学技术所需的所有组件，以简单易用的方式呈现。它将（双）恒电位仪/恒电流仪、光源和光谱仪（具体配置取决于所选光谱范围）整合到一个系统中。
图5.
瑞士万通DropSens的SPELEC系统由一个集成设备和一套专用软件组成，是一个完整、易用且实用的光谱电化学（SEC）解决方案。
这些设计和配置极大地简化了光谱电化学测量的工作流程，因为用户只需使用一个系统和一个软件即可完成操作。对于SPELEC解决方案，其高级专用软件DropView SPELEC是一个专门的程序，能够控制仪器，同时获取电化学和光谱信号，并允许用户在一个步骤中完成数据的处理和分析。操作起来非常简单！
光谱电化学的未来：SPELEC系统和软件
瑞士万通DropSens SPELEC仅需一台仪器和一个软件，即可满足光谱电化学实验的所有需求，同时节省宝贵的时间和实验室空间。SPELEC仪器能够在一个单一测量中提供电化学以及紫外-可见（UV-Vis）、可见-近红外（Vis-NIR）甚至拉曼光谱分析，具备多种不同的仪器配置选项（详见下文）。所有功能集成于一体，可实现更高效的多光谱测试，搭配全系列配件，为研究人员提供灵活的配置选择，以满足不同光谱范围的需求。
SPELEC: 200–900 nm (UV-VIS)
SPELEC 1050: 350–1050 nm (VIS-NIR)
SPELEC NIR: 900–2200 nm (NIR)
SPELEC RAMAN: 785 nm, 638 nm, or 532 nm laser
DropView SPELEC 是一款专用且直观的软件，便于进行测量、数据处理和分析。通过该程序，用户可以在实时状态下展示电化学曲线和光谱，并根据实验需求选择显示计数、计数减去暗电流、吸光度、透射率、反射率或拉曼位移等数据。在数据处理方面，DropView SPELEC提供了广泛的功能，包括图形叠加、峰值积分与测量、三维绘图以及光谱电影制作等。
布尔戈斯大学对瑞士万通DropSens SPELEC系统的评价。
SPELEC仪器用途广泛，尽管它们是专门用于光谱电化学的设备，但同样可以独立用于电化学或光谱实验。它们能够与各种类型的电极（例如丝网印刷电极、常规电极等）以及不同的光谱电化学池配合使用。在实时/操作/动态配置中，SPELEC仪器可以同时获取光学和电化学信息。
阅读我们的博客文章了解更多相关信息。
广泛的应用领域
光谱电化学凭借其特有的优势，正在多个领域不断拓展新的应用。请继续阅读以下内容，深入了解该技术的多样化功能（点击以展开每个部分）。
研究不同化合物的性质和结构，分析动力学反应，测定电子转移能力等 [4]。
作为腐蚀抑制剂的保护膜的评估、电极稳定性和可逆性的测定、层和亚晶格生成的监测、涂层材料的保护性能的改进等。
监测交换和放电循环、确定氧化/还原水平、表征电池的新电解质、了解太阳能电池中的掺杂和分裂过程等。
表征和比较不同催化剂的电催化活性，鉴定中间物种及其结构变化，阐明反应机理等 [5]。
生物过程的研究，生物技术、生物化学或医学中使用的分子的表征，抗氧化活性的测定等。
农药、染料和污染物的鉴定和量化，降解和过滤过程的监测等[6]。
用于存储器件的新材料的表征，矿物的比较，颜料、油和膏的鉴定等。
下载我们的应用手册，了解更多关于光谱电化学的应用详情。
参考资料
[1] Kaim, W.; Fiedler, J. Spectroelectrochemistry: The Best of Two Worlds. Chem. Soc. Rev. 2009, 38 (12), 3373. DOI:10.1039/b504286k
[2] Kuwana, T.; Darlington, R. K.; Leedy, D. W. Electrochemical Studies Using Conducting Glass Indicator Electrodes. Anal. Chem. 1964, 36 (10), 2023–2025. DOI:10.1021/ac60216a003
[3] Martín-Yerga, D.; Pérez-Junquera, A.; González-García, M. B.; et al. Quantitative Raman Spectroelectrochemistry Using Silver Screen-Printed Electrodes. Electrochimica Acta 2018, 264, 183–190. DOI:10.1016/j.electacta.2018.01.060
[4] Perez-Estebanez, M.; Cheuquepan, W.; Cuevas-Vicario, J. V.; et al. Double Fingerprint Characterization of Uracil and 5-Fluorouracil. Electrochimica Acta 2021, 388, 138615. DOI:10.1016/j.electacta.2021.138615
[5] Rivera-Gavidia, L. M.; Luis-Sunga, M.; Bousa, M.; et al. S- and N-Doped Graphene-Based Catalysts for the Oxygen Evolution Reaction. Electrochimica Acta 2020, 340, 135975. DOI:10.1016/j.electacta.2020.135975
[6] Ibáñez, D.; González-García, M. B.; Hernández-Santos, D.; Fanjul-Bolado, P. Detection of Dithiocarbamate, Chloronicotinyl and Organophosphate Pesticides by Electrochemical Activation of SERS Features of Screen-Printed Electrodes. Spectrochim. Acta. A. Mol. Biomol. Spectrosc. 2021, 248, 119174. DOI:10.1016/j.saa.2020.119174
