极限扩散电流会降低，是因为结合使氧化还原活性物种的移动速度变慢。在扩散控制的伏安法中，阴极极限电流通常与电活性物种的扩散系数成正比。当小型氧化还原化合物与更大的聚合物、蛋白质或DNA分子结合时，形成的复合物具有更大的流体动力学半径，因此扩散系数显著降低，测得的电流通常会降低一个数量级甚至更多。
电流降低主要是由迁移率变化引起的：大分子结合将快速扩散的小分子转变为体积更大、扩散更慢的复合物。因此，测量这种电流变化可以揭示结合强度和复合物稳定性。
结合如何降低扩散电流
电流取决于扩散
对于扩散限制的电化学过程，极限电流取决于氧化还原活性分子到达电极表面的速度。
例如，在常见的伏安法条件下：
[ i_{\text{lim}} \propto D ]
其中，(i_{\text{lim}})为极限电流，(D)为扩散系数。扩散系数越低，单位时间内到达电极的氧化还原活性分子越少，因此电流会降低。
结合复合物的物理尺寸更大
小型氧化还原活性分子可以在溶液中快速移动。与蛋白质、聚合物或DNA链结合后，它实际上会与这个体积大得多的实体一起移动。
更大的复合物会受到溶剂更强的流体动力学阻力。其流体动力学半径增大，平移扩散系数也会相应降低。
电子转移化学过程可能仍然保持完整
当复合物到达电极时，其氧化还原中心仍然可以进行电子转移。观测到的电流降低，是因为复合物到达电极的速度变慢，而不一定是因为氧化还原反应本身在化学上变得不可能。
只要结合态物种仍能接近电极，电化学测量就可以在保留基本氧化还原过程的同时研究结合行为。
电流变化如何揭示结合
游离态和结合态物种的贡献不同
未结合的氧化还原物种通常扩散较快，并产生相对较大的电流。与大分子结合的形式扩散较慢，因此产生较小的扩散电流。
因此，测得的信号与游离态和结合态氧化还原物种之间的分布有关。
结合越强，信号变化越大
随着与大分子结合的氧化还原化合物比例增加，平均扩散系数或表观扩散系数会降低。因此，极限电流会随之下降。
通过测量不同大分子浓度下的电流，研究人员可以估算结合参数，例如缔合常数或稳定性常数。
响应反映有效扩散系数
在许多实验中，游离态和结合态之间的交换速度相对于电化学测量时间尺度而言很快。此时，仪器观测到的可能是按浓度加权的扩散系数或有效扩散系数，而不是两个完全分离的电流。
测得的电流反映了测试期间存在的氧化还原物种的综合行为。
哪些因素控制电流降低的幅度
结合对象的相对尺寸
与小型寡聚体结合可能只会使扩散适度降低。与大型蛋白质、聚合物或DNA链结合则可能导致更明显的降低，因为流体动力学尺寸发生了更大的变化。
结合态物种的比例
电流不仅取决于是否可能发生结合，还取决于在测试条件下有多少氧化还原活性物种处于结合态。
更高的大分子浓度、更强的亲和力或更有利的溶液条件通常会提高结合态比例并降低观测到的电流。
结合位点的可接近性
氧化还原化合物可能结合在一个使其氧化还原中心暴露的位置，也可能部分隐藏在大分子结构内部。如果氧化还原中心更难接近电极，电流降低的原因就可能不仅仅是扩散变慢。
因此，在检查电化学响应之前，不应自动将电流降低解释为纯粹的流体动力学效应。
理解其中的权衡
较低的电流具有信息价值，但不能单独作为唯一诊断依据
极限电流降低与结合导致的扩散变慢相一致，但其他机制也可能产生类似结果。这些机制包括在电极上的吸附、氧化还原动力学变化、聚集、沉淀或电化学活性部分丧失。
需要进行对照实验，以区分结合诱导的扩散变化与这些其他因素。
体系必须保持扩散控制
简单关系式 (i_{\text{lim}} \propto D) 在传质控制极限电流时最为可靠。如果电子转移速度较慢，信号可能会受到电荷转移动力学控制，或同时受到动力学和扩散效应的影响。
因此，实验应验证测得的电流确实受到扩散限制。
结合可能改变的不仅仅是分子尺寸
复合物的形成可能改变氧化还原化合物的电荷、构象、局部环境或其与电极的相互作用。除平移扩散外，这些效应还可能影响迁移、吸附、电子转移速率和信号形状。
可靠的解释应考虑完整的电化学响应，而不能只关注电流大小。
平衡假设并不总是成立
如果结合和解离相对于伏安法时间尺度而言较慢，游离态和结合态物种可能表现为彼此独立的电化学群体。在这种情况下，峰形、峰位置或扫描速率依赖性可能提供重要信息，而单一的极限电流值无法充分反映这些信息。
根据目标作出正确选择
最可靠的解释方式，是将电流变化与扩散联系起来，同时检验其他可能的电化学效应。
- 如果你的主要目标是定量测定结合亲和力：在受控的大分子浓度范围内测量极限电流，并使用适当的结合模型拟合响应。
- 如果你的主要目标是确认扩散控制：改变相关传质条件，例如扫描速率或电极几何结构，并验证电流是否遵循预期的扩散限制行为。
- 如果你的主要目标是区分结合与电极吸附：进行不含大分子的对照实验，并观察信号变化是否可逆、是否依赖浓度以及是否与扩散变化相一致。
- 如果你的主要目标是了解氧化还原可接近性：除极限电流外，还应监测峰位置、峰形和电荷转移行为。
当氧化还原活性分子与大分子结合时，流体动力学尺寸增大，会减慢其向电极的传输，使电流降低成为一种实用的分子相互作用指标。
总结表：
| 因素 | 对极限电流的影响 |
|---|---|
| 与大分子结合 | 电流降低（扩散变慢） |
| 结合对象的尺寸 | 结合对象越大 → 电流降低幅度越大 |
| 结合态比例 | 结合态比例越高 → 电流越低 |
| 结合位点的可接近性 | 如果氧化还原中心受到屏蔽，可能会进一步降低电流 |
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