电化学传感器PPT课件
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(优质)电化学传感器PPT课件
通过电极间连接的电阻器，与被测气浓度成正比的电流会在正、负极间 流动。测量该电流即可确定气体浓度。在实际中，由于电极表面连续发生电 化发应，传感电极电势并不能保持恒定，在经过一段较长时间后，它会导致 传感器性能退化。为改善传感器性能，人们引入了参考电极。参考电极安装 在电解质中，与传感电极邻近。固定的稳定恒电势作用于传感电极。参考电 极可以保持传感电极上的这种固定电压值。参考电极间没有电流流动。气体 分子与传感电极发生反应，同时测量反电极，测量结果通常与气体浓度直接 相关。施加于传感电极的电压值可以使传感器针对目标气体。
二、分类
电化学传感器的分类方法很多,按照其输出 信号的不同可以分为电位型传感器、电流型传 感器和电导型传感器。而按照电化学传感器所 检测的物质不同,电化学传感器主要可以分为 离子传感器、气体传感器和生物传感器。
三、原理
电位型传感器是将溶解于电解质溶液中的 被测物质作用于电极而产生的电动势作为传感 器的输出,从而实现对被测物质的检测；电流 型传感器是在保持电极和电解质溶液的界面为 一恒定的电位时，将被测物直接氧化或还原， 并将流过外电路的电流作为传感器的输出，从 而实现对被测物质的检测；电导型传感器是将 被测物氧化或还原后电解质溶液电导的变化作 为传感器的输出从而实现被侧物质的检测。
D. 过滤器：有时候传感器前方会安装洗涤式过滤器以滤 除不需要的气体。过滤器的选择范围有限，每种过滤器 均有不同的效率度数。多数常用的滤材是活性炭。活性 炭可以滤除多数化学物质，但不能滤除一氧化碳。通过 选择正确的滤材，电化学传感器对其目标气体可以具有 更高的选择性。
4.2 应用实例
CO气体传感器与报警器配套使用，是报警器中的核心检 测元件，它是以定电位电解为基本原理。当CO扩散到气 体传感器时，其输出端产生电流输出，提供给报警器中 的采样电路，起着将化学能转化为电能的作用。当气体 浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正比 变化，经报警器的中间电路转换放大输出，以驱动不同 的执行装置，完成声、光和电等检测与报警功能，与相 应的控制装置一同构成了环境检测或监测报警系统。 当CO通过外壳上的气孔经透气膜扩散到工作电极表 面上时，在工作电极的催化作用下，一氧化碳气体在工 作电极上发生氧化。其化学反应式为：
二、分类
电化学传感器的分类方法很多,按照其输出 信号的不同可以分为电位型传感器、电流型传 感器和电导型传感器。而按照电化学传感器所 检测的物质不同,电化学传感器主要可以分为 离子传感器、气体传感器和生物传感器。
三、原理
电位型传感器是将溶解于电解质溶液中的 被测物质作用于电极而产生的电动势作为传感 器的输出,从而实现对被测物质的检测；电流 型传感器是在保持电极和电解质溶液的界面为 一恒定的电位时，将被测物直接氧化或还原， 并将流过外电路的电流作为传感器的输出，从 而实现对被测物质的检测；电导型传感器是将 被测物氧化或还原后电解质溶液电导的变化作 为传感器的输出从而实现被侧物质的检测。
D. 过滤器：有时候传感器前方会安装洗涤式过滤器以滤 除不需要的气体。过滤器的选择范围有限，每种过滤器 均有不同的效率度数。多数常用的滤材是活性炭。活性 炭可以滤除多数化学物质，但不能滤除一氧化碳。通过 选择正确的滤材，电化学传感器对其目标气体可以具有 更高的选择性。
4.2 应用实例
CO气体传感器与报警器配套使用，是报警器中的核心检 测元件，它是以定电位电解为基本原理。当CO扩散到气 体传感器时，其输出端产生电流输出，提供给报警器中 的采样电路，起着将化学能转化为电能的作用。当气体 浓度发生变化时，气体传感器的输出电流也随之成正比 变化，经报警器的中间电路转换放大输出，以驱动不同 的执行装置，完成声、光和电等检测与报警功能，与相 应的控制装置一同构成了环境检测或监测报警系统。 当CO通过外壳上的气孔经透气膜扩散到工作电极表 面上时，在工作电极的催化作用下，一氧化碳气体在工 作电极上发生氧化。其化学反应式为：
《电化学传感器》PPT课件
❖为了缩短传感器的响应时间，一般采用多 孔的透气膜来研制气体扩散电极，此时气 体在催化剂外表液膜中的扩散将代替气体 在透气膜中的扩散而成为电极反响的控制 步骤。尽管液膜很薄，但由于气体在液相 中的扩散速度较慢，液膜便成为缩短传感 器响应时间的主要障碍。对于电流型气体 传感器这是无法抑制的缺点。目前90％该 类型传感器的响应时间在30s以内。
所以，当前传感器开发研究的重要之 一就是开发具有识别分子功能的优良 材料。
❖ 化学传感器依据其原理可分为：
(1)电化学式，(2)光学式，(3)热学式，(4) 质量式。
❖ 电化学传感器是化学传感器的一种。
电化学传感器分为电位型、电流型和 电导型三类。
§7.1 电位型传感器
❖电位型传感器通过测定电极平衡电位的值来确 定物质的浓度。
❖如将离子选择性电极与甘汞电极组成电池， 那么电池电动势为：
❖根据7-3式，只要配制一系列浓度的标准溶 液，并以测得的电动势E值与相应的浓度 〔对数〕值绘制校正曲线，即可按一样步骤 求得未知溶液中待测离子的浓度。
❖ 对于电位-PH计，只是把所有过程完成后， 直接显示酸度。
❖电流型电化学气体传感器有许多种已经商 品化，用于检测20余种气体。例如，煤矿 瓦斯、酒精、锅炉尾气〔排放是否达标、 燃烧是否充分〕等等。
2．控制电位电解型(电流型)气体传感器的工作 原理
〔1〕通过测定一定电位下的电流，间接测定 电解质溶液中待测气体的溶解浓度
〔2〕待测气体在一定条件下在这种电解质溶 液中的溶解度与其分压相关，从而得到这种 气体的浓度〔分压〕。
灵敏度是电化学传感器的一个重要的特性指 标，一些特殊行业如室内空气监测，海关 检查走私、违禁物品(药品，炸弹或其他易 燃易爆品)时，要求能检测10-9~10-12数 量级，甚至更低的物质浓度。电化学传感 器的灵敏度受许多因素的影响：
电化学免疫传感器 ppt课件
厚德 笃学 崇实 尚新
电位型免疫传感器
电位型免疫传感器是基于测量电位变化来进行免疫分析的生物传
感器,集酶联免疫分析的高灵敏度和离子选择电极、气敏电极的高
选择性于一体,直接或者间接用于各种抗原、抗体的检测,它具有可
实时监测、响应时间较快等特点。根据不同的传感器原理发展了
基于膜电位测量和基于离子电极电位测量两种电化学免疫传感器。
GCE
PB
PB/GCE
GE
氯金酸
抗体
GE/PB/GCE
GNPS/GE/PB/GCE
BSA
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16
厚德 笃学 崇实 尚新
Self-assembled graphene platelet-glucose oxidase nanostructures for glucose biosensing
传感器响应电流与葡萄糖浓度在 2~22 mM 范围内有良好的线性关系，R2=0. 9987，在信噪比为3的时候检出限为20μM
导电率测量法可大量用于化学系统中，因为许多 化学反应都产生或消耗多种离子体，从而改变溶液的 总导电率。通常是将一种酶固定在某种贵重金属电极 上（如金、银、铜、镍、铬），在电场作用下测量待
测物溶液中导电率的变化。
ppt课件
5
厚德 笃学 崇实 尚新
电流型免疫传感器
电流型免疫传感器测量的是恒定电压下通过电化学室的电流，待测物 通过氧化还原反应在传感电极上产生的电流与电极表面的待测物浓度 成正比。此类系统有高度的敏感性，以及与浓度线性相关性等优点。 原理主要有竞争法和夹心法两类。前者是用酶标抗原与样品中的抗原 竞争结合氧电极上的抗体,催化氧化还原反应,产生电活性物质而引起电 流变化,从而测定样品中的抗原浓度;后者则是在样品中的抗原与氧电极 上的抗体结合后,再加酶标抗体与样品中的抗原结合,形成夹心结构,从而 催化氧化还原反应,产生电流值变化。
电化学酶生物传感器ppt课件
28
电化学酶生物传感器
2014年5月于青岛
1
电化学酶传感器的原理
电化学酶传感器是由生物酶膜与各种电极如离子选择电极、气敏电极、 氧化还原电极等电化学电极组合而成或将酶膜直接固定在基体电极上制 成的生物传感器。根据输出信号的不同酶电极可分为电流型和电位型两 种类型。
2
5.2.1 电流型酶传感器
电流型酶电极传感器将酶催化反应产生的物质发生电极反应 所产生的电流响应作为测量信号，在一定条件下，利用测得的 电流信号与被测物活度或浓度的函数关系，来测定样品中某一 生物组分的活度或浓度。
i
Δi
2）抑制型 2
有机磷农药
Δi
26
3）直接型
OPH
– ℮– OH–
27
8. HIV–1型蛋白酶电化学传感器
A. 传感器在(a)40 nM, (b)60 nM，©100 nM HIV－1型蛋白酶及 (d)未修饰金电极在 100 nM蛋白酶溶液中 的循环伏安图; B. 电位与蛋白酶浓度 的关系； C. 峰电流密度与蛋白 酶浓度的关系
中国正常人血清的总胆固醇量约为:3.0~5.20mmol/L。血 液中胆固醇含量过高，表示胆固醇代谢可能发生障碍。冠 状动脉粥样硬化患者的血清胆固醇含量往往偏高。因此临 床化验上测定血清胆固醇含量将有助于诊断某些疾病。
19
测定胆固醇的原理
4-胆甾烯酮胆ຫໍສະໝຸດ 固 醇 胆固醇 酯 酶 氧化酶20
基于蛋白质直接电子转移的全胆固醇传感器
响应 机理
C6H12O6 + O2 + H2O GOD C6H12O7 + H2O2
检测氧的消耗或过氧化氢的生成
9
第二代葡萄糖传感器-电子媒介体型
电化学酶生物传感器
2014年5月于青岛
1
电化学酶传感器的原理
电化学酶传感器是由生物酶膜与各种电极如离子选择电极、气敏电极、 氧化还原电极等电化学电极组合而成或将酶膜直接固定在基体电极上制 成的生物传感器。根据输出信号的不同酶电极可分为电流型和电位型两 种类型。
2
5.2.1 电流型酶传感器
电流型酶电极传感器将酶催化反应产生的物质发生电极反应 所产生的电流响应作为测量信号，在一定条件下，利用测得的 电流信号与被测物活度或浓度的函数关系，来测定样品中某一 生物组分的活度或浓度。
i
Δi
2）抑制型 2
有机磷农药
Δi
26
3）直接型
OPH
– ℮– OH–
27
8. HIV–1型蛋白酶电化学传感器
A. 传感器在(a)40 nM, (b)60 nM，©100 nM HIV－1型蛋白酶及 (d)未修饰金电极在 100 nM蛋白酶溶液中 的循环伏安图; B. 电位与蛋白酶浓度 的关系； C. 峰电流密度与蛋白 酶浓度的关系
中国正常人血清的总胆固醇量约为:3.0~5.20mmol/L。血 液中胆固醇含量过高，表示胆固醇代谢可能发生障碍。冠 状动脉粥样硬化患者的血清胆固醇含量往往偏高。因此临 床化验上测定血清胆固醇含量将有助于诊断某些疾病。
19
测定胆固醇的原理
4-胆甾烯酮胆ຫໍສະໝຸດ 固 醇 胆固醇 酯 酶 氧化酶20
基于蛋白质直接电子转移的全胆固醇传感器
响应 机理
C6H12O6 + O2 + H2O GOD C6H12O7 + H2O2
检测氧的消耗或过氧化氢的生成
9
第二代葡萄糖传感器-电子媒介体型
电化学生物传感器PPT课件
• 酶电极电化学电极顶端紧贴一层酶膜
第9页/共21页
酶的固定化技术
惰性载体物理吸附法
离子载体交换法
物理T包e埋xt法
酶分子通过极性 键、氢键、疏水力 或π电子相互作用 等吸附于不溶性载 体上。
选用具有离子交
换剂的载体，在适 宜的pH下，使酶分 子与离子交换剂通 过离子键结合起来， 形成固定化酶。
将酶分子包埋 在凝胶的细微格 子里制成固定化。
第2页/共21页
二.电化学生物传感器的信号转换器
电 电化学参比电极 极
电位型电极
➢离子选择电 极
➢氧化还原电 极
第3页/共21页
电. 流型电极
➢氧电极
1、电位型电极
离子选择电极 离子选择电极是一类对特定的阳离子或阴离子呈选择性响应的电极，具有快速、 灵敏、可靠、价廉等优点。在生物医学领域常直接用它测定体液中的一些成分 （例如H+，K+，Na+，Ca2+等）。
目前生物传感器主要还处在实验室研究阶段，仍需要较长的一段时间才能实现产 业化。比如，大多数电化学酶传感器只是对单一组分中的污染物具有响应，而传感器 应用于监测实际样品中污染物仍有许多亟待解决的实际问题。
生物传感器是一项崭新的技术手段，它在发展中难免会遇到各种问题，但是它 的应用前景和自身优势毋庸置疑。可以预见，未来的电化学生物传感器将实现功能多 样化、微型化、智能化、集成化等特点。相信随着大量资金的涌入和多学科的融入， 这些问题都将迎刃而解。
1
2
Hale Waihona Puke 优点：酶活与性酶较电极酶相的比稳定
离析酶高 性增大
3
材料易于 获得
第17页/共21页
应用
细胞传感器可用于诊断早期癌症，用人类脐静脉内皮细胞通过三乙酸纤维素膜 固定在离子选择性电极上作为传感器，肿瘤细胞中VEGF刺激细胞使电极电位发生变 化从而测得VEGF浓度来诊断癌症。
第9页/共21页
酶的固定化技术
惰性载体物理吸附法
离子载体交换法
物理T包e埋xt法
酶分子通过极性 键、氢键、疏水力 或π电子相互作用 等吸附于不溶性载 体上。
选用具有离子交
换剂的载体，在适 宜的pH下，使酶分 子与离子交换剂通 过离子键结合起来， 形成固定化酶。
将酶分子包埋 在凝胶的细微格 子里制成固定化。
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二.电化学生物传感器的信号转换器
电 电化学参比电极 极
电位型电极
➢离子选择电 极
➢氧化还原电 极
第3页/共21页
电. 流型电极
➢氧电极
1、电位型电极
离子选择电极 离子选择电极是一类对特定的阳离子或阴离子呈选择性响应的电极，具有快速、 灵敏、可靠、价廉等优点。在生物医学领域常直接用它测定体液中的一些成分 （例如H+，K+，Na+，Ca2+等）。
目前生物传感器主要还处在实验室研究阶段，仍需要较长的一段时间才能实现产 业化。比如，大多数电化学酶传感器只是对单一组分中的污染物具有响应，而传感器 应用于监测实际样品中污染物仍有许多亟待解决的实际问题。
生物传感器是一项崭新的技术手段，它在发展中难免会遇到各种问题，但是它 的应用前景和自身优势毋庸置疑。可以预见，未来的电化学生物传感器将实现功能多 样化、微型化、智能化、集成化等特点。相信随着大量资金的涌入和多学科的融入， 这些问题都将迎刃而解。
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2
Hale Waihona Puke 优点：酶活与性酶较电极酶相的比稳定
离析酶高 性增大
3
材料易于 获得
第17页/共21页
应用
细胞传感器可用于诊断早期癌症，用人类脐静脉内皮细胞通过三乙酸纤维素膜 固定在离子选择性电极上作为传感器，肿瘤细胞中VEGF刺激细胞使电极电位发生变 化从而测得VEGF浓度来诊断癌症。
电化学免疫传感器的应用课件课件
G,Nitti C D , et al . Highly sensitive amperometric enzyme immunoassay for α-fetoprotein in human serum[ J ] . J Immunol Methods ,1996 ,193(1) :51-62.)
性的生物催化剂(如乳糖酶)来标记抗胰岛素抗体。与固定在电极
上的胰岛素特异性结合，乳糖酶催化电极上氧的电还原反应，从而
使电极上电位增加，其增加值与溶液中游离抗原(胰岛素)浓度有 比例关系。检测胰岛素,获得了很宽的线性范围(300 mV) （Direct electron transfer catalyzed by enzymes : application for biosensor development[J ] .Biosens Bioelectron ,2000 ,28(2) :84－89）
电极表面微环境的改变，宏观上则表现为电流、电压、电 导率等电化学信息的变化
第27页，幻灯片共32页
• Louis等在用巯基烷烃保护金电极减少杂蛋白的非特异吸附又不降低其 导电能力的同时,用含巯基的硅烷作偶联剂将链霉亲合素定向固定在金 电极表面的SiO2 层,使之能够与生物素化抗原精确结合,效果很好。
第9页，幻灯片共32页
用戊二醛交联法在铂或银电极上固定IgG抗体,电位差△E 与抗原浓度C之间存在着良好的线性关系,回收率高,使用仪器装置简单,可重 复使用（孙宝元 杨宝清主编.传感器及其应用手册.北京：机械工业出
版社，2004 ：348）
第10页，幻灯片共32页
2.1.2 酶标记电位型免疫传感器
γ at the attomolar level [J ] . Anal Chem,2001 ,73 (3) :901-907)
性的生物催化剂(如乳糖酶)来标记抗胰岛素抗体。与固定在电极
上的胰岛素特异性结合，乳糖酶催化电极上氧的电还原反应，从而
使电极上电位增加，其增加值与溶液中游离抗原(胰岛素)浓度有 比例关系。检测胰岛素,获得了很宽的线性范围(300 mV) （Direct electron transfer catalyzed by enzymes : application for biosensor development[J ] .Biosens Bioelectron ,2000 ,28(2) :84－89）
电极表面微环境的改变，宏观上则表现为电流、电压、电 导率等电化学信息的变化
第27页，幻灯片共32页
• Louis等在用巯基烷烃保护金电极减少杂蛋白的非特异吸附又不降低其 导电能力的同时,用含巯基的硅烷作偶联剂将链霉亲合素定向固定在金 电极表面的SiO2 层,使之能够与生物素化抗原精确结合,效果很好。
第9页，幻灯片共32页
用戊二醛交联法在铂或银电极上固定IgG抗体,电位差△E 与抗原浓度C之间存在着良好的线性关系,回收率高,使用仪器装置简单,可重 复使用（孙宝元 杨宝清主编.传感器及其应用手册.北京：机械工业出
版社，2004 ：348）
第10页，幻灯片共32页
2.1.2 酶标记电位型免疫传感器
γ at the attomolar level [J ] . Anal Chem,2001 ,73 (3) :901-907)
电化学免疫传感器简介ppt课件
电流型免疫传感器是测定恒定电位下通过电极的电 流信号来检测抗体或抗原的免疫生物传感器，待测 物通过氧化还原反应在电极上产生的电流与电极表 面待测物的浓度成正比。
优点：灵敏度高，重现性良好，非特异性影响小， 选择性高以及待测物浓度与电流信号线性相关性等。
由于抗原一抗体生物分子本身不具备电活性，电流 型免疫传感器一般需要标记抗原/抗体，标记物一般 用酶。
一、免疫传感器
免疫传感器是将高灵敏度的传感技术与特异 性免疫反应结合起来，用以监测抗原抗体反 应的生物传感器 电化学
免疫传感器
光学 免疫传感器
免疫传感器
质量检测 免疫传感器
热量检测 免疫传感器
二、电化学免疫传感器
电化学免疫传感器是将免疫分析与电化学传 感技术相结合而构建的一类新型生物传感器， 应用于痕量免疫原性物质的分析研究。
Thanks
电导型免疫传感器
电导型免疫传感器是通过测量免疫反应引起的溶液 或薄膜的电导变化来进行分析的生物传感器。电导 型免疫传感器通过使用酶作为标记物，酶催化其底 物发生反应，导致离子种类或离子浓度发生变化， 从而使得溶液导电率发生改变。 构造简单，使用方便，但是这类传感器受待测样品离 子强度以及缓冲液容积影响很大，另一方面在这类传 感器的应用中非特异性问题也很难得到有效解决，因 此电导型免疫传感器发展比较缓慢
电位型免疫传感器存在的主要问题是非特异性吸附和 背景干扰，一般来说，生物分子的电荷密度相对于溶 液背景来说比较低，这使得电位型传感器的信噪比一 般都较低，同时，生物样品中干扰组分在电极表面的 非特异吸附会带来干扰，影响了测定的可靠性，这些 缺陷成为了电位型传感器应用于实际的障碍。
电流型免疫传感器
电容型免疫传感器一般是通过一定的方法将抗体固 定于电极表面，当样品中存在抗原时，由于免疫反 应的发生，使得抗原结合于电极表面，电容随之降 低，根据电容的改变值就可以检测出抗原的浓度。
优点：灵敏度高，重现性良好，非特异性影响小， 选择性高以及待测物浓度与电流信号线性相关性等。
由于抗原一抗体生物分子本身不具备电活性，电流 型免疫传感器一般需要标记抗原/抗体，标记物一般 用酶。
一、免疫传感器
免疫传感器是将高灵敏度的传感技术与特异 性免疫反应结合起来，用以监测抗原抗体反 应的生物传感器 电化学
免疫传感器
光学 免疫传感器
免疫传感器
质量检测 免疫传感器
热量检测 免疫传感器
二、电化学免疫传感器
电化学免疫传感器是将免疫分析与电化学传 感技术相结合而构建的一类新型生物传感器， 应用于痕量免疫原性物质的分析研究。
Thanks
电导型免疫传感器
电导型免疫传感器是通过测量免疫反应引起的溶液 或薄膜的电导变化来进行分析的生物传感器。电导 型免疫传感器通过使用酶作为标记物，酶催化其底 物发生反应，导致离子种类或离子浓度发生变化， 从而使得溶液导电率发生改变。 构造简单，使用方便，但是这类传感器受待测样品离 子强度以及缓冲液容积影响很大，另一方面在这类传 感器的应用中非特异性问题也很难得到有效解决，因 此电导型免疫传感器发展比较缓慢
电位型免疫传感器存在的主要问题是非特异性吸附和 背景干扰，一般来说，生物分子的电荷密度相对于溶 液背景来说比较低，这使得电位型传感器的信噪比一 般都较低，同时，生物样品中干扰组分在电极表面的 非特异吸附会带来干扰，影响了测定的可靠性，这些 缺陷成为了电位型传感器应用于实际的障碍。
电流型免疫传感器
电容型免疫传感器一般是通过一定的方法将抗体固 定于电极表面，当样品中存在抗原时，由于免疫反 应的发生，使得抗原结合于电极表面，电容随之降 低，根据电容的改变值就可以检测出抗原的浓度。
电化学传感器PPT课件
编辑版pppt
5
二、电化学分析法分类
电位分析法（电极电位）
直接电位法: 电极电位与溶液中电活性物质 的活度有关。
电位滴定: 用电位测量装置指示滴定分析过 程中被测组分的浓度变化。
研制各种高灵敏度、高选择性的 电极是电位分析法最活跃的研究 领域之一。
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6
电解与库仑分析法（电量）
电解分析:
7
极谱与伏安分析(电流－电压曲线)
伏安分析：通过测定特殊条 件下的电流—电压曲线来分析 电解质的组成和含量的一类分 析方法的总称。
极谱法：使用滴汞电极的一 种特殊的伏安分析法。
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8
循环伏安法（CV）
• 循环伏安法可用于研究化合物电极过程的机理、双电层、吸附现象 和电极反应动力学．成为最有用的电化学方法之一。
• 对于符合Nernst方程的可逆电极反应，在25℃时：
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11
电导分析法（电导）
普通电导法：高纯水质测定，弱酸测定 高频电导法：电极不与试样接触
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12
计时分析法(chronoanalysis)
在电分析化学中，记录电流或电极电势等与时间的关系 曲线的方法称为计时分析法．
• 记录电流一时间的关系方法，称为计时电流法． • 记录电势一时间的关系方法，称为计时电势法。 • 记录电量一时间关系的方法，称为计时库仑法。 是研究电极过程和吸附的极好方法。
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18
如何实现信号转化
电化学传感器就是将分析对象的化学信息转换成电 信号的传感装置。从1906年第一支化学传感器产生 以来，大半个世纪中化学传感器的信号转换均集中 在将化学信息直接以电信号（如电流、电位、电阻 等）表达的方式上。
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.
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有机物的氧化电位测定
Current density/mA*cm-2
4.5
4.0 Blank-solution
3.5
Dye-solution
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
-0.5
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
Potential(vs. SCE)/V
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• 两个峰电流值及其比值，两个峰电位值及其差值 是循环伏安法中最为重要的参数。
极谱法：使用滴汞电极的一 种特殊的伏安分析法。
.
循环伏安法（CV）
• 循环伏安法可用于研究化合物电极过程的机理、双电层、吸附现象 和电极反应动力学．成为最有用的电化学方法之一。 • 扫描电压呈等腰三角形。如果前半部扫描(电压上升部分)为去极化剂 在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物 重新被氧化的阳极过程。因此．一次三角波扫描完成一个还原过程和氧 化过程的循环，故称为循环伏安法。
度。安装这样的传感器可有效地防止一氧化碳中毒。
.
如何实现信号转化
电化学传感器就是将分析对象的化学信息转换成电 信号的传感装置。从1906年第一支化学传感器产生 以来，大半个世纪中化学传感器的信号转换均集中 在将化学信息直接以电信号（如电流、电位、电阻 等）表达的方式上。
直到最近30多年，随着光纤通信技术和物理传感 器（如石英晶体微天平、压电表面声波器件等）的 发展，化学家们才将化学传感器的信号转换由单纯 的电信号拓展到光信号、热信号、质量信号等多个 领域。
.
• 计时电流法和计时库仑法
计时电流法是一种控制电位的分析方法，电位是控制的对象，电流是被测定 的对象，记录的是i—t曲线。
电位阶跃产生极限电流，对于平面电极的线性扩散，其极限扩散电流可用 Cottrell方程式表示:
如电位阶跃未达到极限电流，则：
如对电流积分：
.
.
三电极体系
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人的味觉
.
在人类的感觉中，视觉、听觉和触觉获取的是物理信息，与 之相关的传感器被分类为物理传感器.嗅觉、味觉获取的是化 学信息，称为化学传感器。
电化学传感器
.
一、 概 述 一、电化学分析法概述
什么是电化学分析 ?
定义: 应用电化学的基本原理和实验技术，依据 物质的电化学性质(电流、电位、电导、电量)，在 溶液中有电流或无电流流动的情况下，来测定物质 组成及含量的分析方法称之为电化学分析或电分析 化学。
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电化学分析法的特点:
灵敏度、准确度高，选择性好，应用广泛。 被测物质的最低量可以达到10-12 mol/L数量级。 电化学仪器装置较为简单，操作方便,尤其适合于 化工生产中的自动控制和在线分析。 适用范围广（无机离子的分析；有机电化学分析 ；药物分析；应用于活体分析）
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几个概念
• 氧化还原电对：氧化剂与它的还原产物及还原剂与它 的氧化产物组成，简称为电对。
• 电极：相应的氧化还原电对构成电极
• 电对表示方法：氧化型物质在左侧，还原型物质在右 侧，中间用斜线“／”隔开，即Ox／Red。
Zn电极： Zn 2 Zn
Cu电极： Cu 2 Cu
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• 电极反应（半电池反应）：分别在两个半电池 中发生的氧化反应或还原反应。
• 电池反应：原电池的两极所发生的总的氧化还 原反应。在原电池中，流出电子的电极称为负 极，流入电子的电极称为正极。原电池的正极 发生还原反应，负极发生氧化反应。
• 对于符合Nernst方程的可逆电极反应，在25℃时：
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电导分析法（电导）
普通电导法：高纯水质测定，弱酸测定 高频电导法：电极不与试样接触
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计时分析法(chronoanalysis)
在电分析化学中，记录电流或电极电势等与时间的关系 曲线的方法称为计时分析法． • 记录电流一时间的关系方法，称为计时电流法． • 记录电势一时间的关系方法，称为计时电势法。 • 记录电量一时间关系的方法，称为计时库仑法。 是研究电极过程和吸附的极好方法。
根据信号转换技术的不同，可将化学传感器分为
电化学传感器、光化学传感器、质量化学传感器和
热化学传感器。
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三、电化学分析法原理
• 化学电池与电化学分析装置 • 相间电位和液间电位 • 电池电动势与电极电位 • 电极类型
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1、化学电池与电化学分析装置
化学电池：原电池 和电解电池。 电化学基本装置： 两支电极、盐桥、电 源、记录装置
人的嗅觉和味觉，即人的化学感觉有种种局限,它对许多有味 物质的感觉比较迟钝同时能感觉的化学对象的种类亦有局限. 比如人的嗅觉不能识别有毒的一氧化碳,因而常常在不知不觉 中中毒。
种类繁多的化学传感器的出现，突破了人的感官的局限，使 人类的化学感觉在广度上和深度上都得到了延伸。简单而言， 化学传感器是模仿人类化学感觉器官的人造仪器。例如，半导 体气味传感器对人鼻嗅之无味的一氧化碳，其检测灵敏度可低 至百万分之几，这一数值远低于空气中允许存在的一氧化碳浓
极上析出，实现定量分离测定目的的方法。
电重量分析法:
电解过程中在阴极上析出的物质量通常可以
用称重的方法来确定。
库仑分析法:
依据法拉第电解定律，由电解过程中电极上
通过的电量来确定电极上析出的物质量。
电流滴定或库仑滴定：
在恒电流下，电解产生的滴定剂与被测物作
用。
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极谱与伏安分析(电流－电压曲线)
伏安分析：通过测定特殊条 件下的电流—电压曲线来分析 电解质的组成和含量的一类分 析方法的总称。
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二、电化学分析法分类
电位分析法（电极电位）
直接电位法: 电极电位与溶液中电活性物质 的活度有关。 电位滴定: 用电位测量装置指示滴定分析过 程中被测组分的浓度变化。 研制各种高灵敏度、高选择性的 电极是电位分析法最活跃的研究 领域之一。
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电解与库仑分析法（电量）
电解分析:
在恒电流或控制电位的条件下，被测物在电
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二、电化学分析法分类
根据所测电物理量不同分： • 电位分析法 • 电解与库仑分析法 • 极谱与伏安分析法 • 电导分析法
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电化学传感器
• 由膜电极和电解液灌封而成。 • 浓度（气体）信号将电解液分解成阴阳带
电离子，通过电极将信号传出。 • 它的优点是：反映速度快、准确（可用于
ppm级），稳定性好、能够定量检测，但 寿命较短（大于等于两年）。 • 它主要适用于毒性气体的检测。目前国际 上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有机物的氧化电位测定
Current density/mA*cm-2
4.5
4.0 Blank-solution
3.5
Dye-solution
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
-0.5
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
Potential(vs. SCE)/V
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• 两个峰电流值及其比值，两个峰电位值及其差值 是循环伏安法中最为重要的参数。
极谱法：使用滴汞电极的一 种特殊的伏安分析法。
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循环伏安法（CV）
• 循环伏安法可用于研究化合物电极过程的机理、双电层、吸附现象 和电极反应动力学．成为最有用的电化学方法之一。 • 扫描电压呈等腰三角形。如果前半部扫描(电压上升部分)为去极化剂 在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物 重新被氧化的阳极过程。因此．一次三角波扫描完成一个还原过程和氧 化过程的循环，故称为循环伏安法。
度。安装这样的传感器可有效地防止一氧化碳中毒。
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如何实现信号转化
电化学传感器就是将分析对象的化学信息转换成电 信号的传感装置。从1906年第一支化学传感器产生 以来，大半个世纪中化学传感器的信号转换均集中 在将化学信息直接以电信号（如电流、电位、电阻 等）表达的方式上。
直到最近30多年，随着光纤通信技术和物理传感 器（如石英晶体微天平、压电表面声波器件等）的 发展，化学家们才将化学传感器的信号转换由单纯 的电信号拓展到光信号、热信号、质量信号等多个 领域。
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• 计时电流法和计时库仑法
计时电流法是一种控制电位的分析方法，电位是控制的对象，电流是被测定 的对象，记录的是i—t曲线。
电位阶跃产生极限电流，对于平面电极的线性扩散，其极限扩散电流可用 Cottrell方程式表示:
如电位阶跃未达到极限电流，则：
如对电流积分：
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三电极体系
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人的味觉
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在人类的感觉中，视觉、听觉和触觉获取的是物理信息，与 之相关的传感器被分类为物理传感器.嗅觉、味觉获取的是化 学信息，称为化学传感器。
电化学传感器
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一、 概 述 一、电化学分析法概述
什么是电化学分析 ?
定义: 应用电化学的基本原理和实验技术，依据 物质的电化学性质(电流、电位、电导、电量)，在 溶液中有电流或无电流流动的情况下，来测定物质 组成及含量的分析方法称之为电化学分析或电分析 化学。
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电化学分析法的特点:
灵敏度、准确度高，选择性好，应用广泛。 被测物质的最低量可以达到10-12 mol/L数量级。 电化学仪器装置较为简单，操作方便,尤其适合于 化工生产中的自动控制和在线分析。 适用范围广（无机离子的分析；有机电化学分析 ；药物分析；应用于活体分析）
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几个概念
• 氧化还原电对：氧化剂与它的还原产物及还原剂与它 的氧化产物组成，简称为电对。
• 电极：相应的氧化还原电对构成电极
• 电对表示方法：氧化型物质在左侧，还原型物质在右 侧，中间用斜线“／”隔开，即Ox／Red。
Zn电极： Zn 2 Zn
Cu电极： Cu 2 Cu
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• 电极反应（半电池反应）：分别在两个半电池 中发生的氧化反应或还原反应。
• 电池反应：原电池的两极所发生的总的氧化还 原反应。在原电池中，流出电子的电极称为负 极，流入电子的电极称为正极。原电池的正极 发生还原反应，负极发生氧化反应。
• 对于符合Nernst方程的可逆电极反应，在25℃时：
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电导分析法（电导）
普通电导法：高纯水质测定，弱酸测定 高频电导法：电极不与试样接触
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计时分析法(chronoanalysis)
在电分析化学中，记录电流或电极电势等与时间的关系 曲线的方法称为计时分析法． • 记录电流一时间的关系方法，称为计时电流法． • 记录电势一时间的关系方法，称为计时电势法。 • 记录电量一时间关系的方法，称为计时库仑法。 是研究电极过程和吸附的极好方法。
根据信号转换技术的不同，可将化学传感器分为
电化学传感器、光化学传感器、质量化学传感器和
热化学传感器。
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三、电化学分析法原理
• 化学电池与电化学分析装置 • 相间电位和液间电位 • 电池电动势与电极电位 • 电极类型
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1、化学电池与电化学分析装置
化学电池：原电池 和电解电池。 电化学基本装置： 两支电极、盐桥、电 源、记录装置
人的嗅觉和味觉，即人的化学感觉有种种局限,它对许多有味 物质的感觉比较迟钝同时能感觉的化学对象的种类亦有局限. 比如人的嗅觉不能识别有毒的一氧化碳,因而常常在不知不觉 中中毒。
种类繁多的化学传感器的出现，突破了人的感官的局限，使 人类的化学感觉在广度上和深度上都得到了延伸。简单而言， 化学传感器是模仿人类化学感觉器官的人造仪器。例如，半导 体气味传感器对人鼻嗅之无味的一氧化碳，其检测灵敏度可低 至百万分之几，这一数值远低于空气中允许存在的一氧化碳浓
极上析出，实现定量分离测定目的的方法。
电重量分析法:
电解过程中在阴极上析出的物质量通常可以
用称重的方法来确定。
库仑分析法:
依据法拉第电解定律，由电解过程中电极上
通过的电量来确定电极上析出的物质量。
电流滴定或库仑滴定：
在恒电流下，电解产生的滴定剂与被测物作
用。
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极谱与伏安分析(电流－电压曲线)
伏安分析：通过测定特殊条 件下的电流—电压曲线来分析 电解质的组成和含量的一类分 析方法的总称。
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二、电化学分析法分类
电位分析法（电极电位）
直接电位法: 电极电位与溶液中电活性物质 的活度有关。 电位滴定: 用电位测量装置指示滴定分析过 程中被测组分的浓度变化。 研制各种高灵敏度、高选择性的 电极是电位分析法最活跃的研究 领域之一。
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电解与库仑分析法（电量）
电解分析:
在恒电流或控制电位的条件下，被测物在电
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二、电化学分析法分类
根据所测电物理量不同分： • 电位分析法 • 电解与库仑分析法 • 极谱与伏安分析法 • 电导分析法
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电化学传感器
• 由膜电极和电解液灌封而成。 • 浓度（气体）信号将电解液分解成阴阳带
电离子，通过电极将信号传出。 • 它的优点是：反映速度快、准确（可用于
ppm级），稳定性好、能够定量检测，但 寿命较短（大于等于两年）。 • 它主要适用于毒性气体的检测。目前国际 上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。