《电化学传感器》PPT课件
完整版课件ppt
10
2、选择性
➢对电位型传感器而言，选择性依赖于被测 溶液和参比溶液之间膜电位的大小，膜电位 要迅速达到平衡，只对所研究的离子有响应 并随浓度线性变化； ➢对电流型传感器，工作时的电极电势和电 催化剂的选择直接影响传感器的选择性。
选择合适的电解液和操作方法、加过滤 器或选择渗透膜可提高传感器的选择性。
完整版课件ppt
16
晶体膜传感器的品种和性能
传感器
F－ Cl－ Br－ I－ CN－ Ag＋, S2－ Cu2＋ Pb2＋
Cd2＋
膜材料
LaF3＋Eu2＋ AgCl＋Ag2S AgBr＋Ag2S AgI＋Ag2S
AgI Ag2S CuS＋Ag2S PbS＋Ag2S
CdS＋Ag2S
线性响应浓度范围 c/(molL－1)
带内参比溶液电极：内 参比电极一般是 Ag|AgCl电极，内参比 溶液一般由电极种类所 决定，如氟电极，一般 用3.0mmol/L NaF
完整版课件ppt
18
无内参比溶液电极：是一种全固 态电极，内参比电极一般使用一 根导体银丝直接与固态膜焊接， 固态压片膜的一个表面加一层银 粉，再将银丝焊接上去。
化学传感器依据其工作原理可以分为：电 化学式、光学式、热学式及质量式等。
完整版课件ppt
3
二、电化学传感器工作原理
电化学传感器：由一个或多个能产生与被 测组分某种化学性质相关电信号的敏感元件所 构成的传感器。
根据检测对象的不同可以分为：离子传感 器、气体传感器、生物传感器
根据工作方式的不同，可以分为电位型 传感器、电流型传感器、电导型传感器
通过测量 电导来测 定化学量
惠斯顿电桥平衡法
Rx
R1 R2
R3
电导型传感器有极高的灵敏度，但几乎没有
选择性，因此应用较少。
完整版课件ppt
8
三、电化学传感器的性能指标
电化学传感器的性能指标：灵敏度、选择 性、响应时间、准确性、测量范围、温度系 数、背景电流和仪器噪声、稳定性、使用寿 命等。
各性能指标与敏感元件的本性、电极材 料、制备工艺、信号收集与处理系统的性能 等因素有关。
非晶体膜传感器
硬质传感器 （玻璃电极） 带正电荷载体
流动载体传感器 带负电荷载体
场效应半导体传感器
带中性载体
敏化传感器
气敏传感器 生物敏传感器
完整版课件ppt
15
1、晶体膜传感器
敏感膜是由难溶盐经过加压或拉制，制成 单晶、多晶或混晶的活性膜。分为均相和非 均相晶体膜两类。
➢均相膜：由一种纯固体材料单晶或单种化 合物或集中化合物均匀混合压片制成的膜。 ➢非均相膜：除了晶体敏感物外，还加入了 高混合惰性载体，如聚氯乙烯、硅橡胶、石 蜡等，以改善膜传感性能。
玻璃 电极
离子接触型
全固态型
硫化银膜电极
将离子选择性电极与参比电极组成一个原 电池，在零电流条件下测量原电池电动势，通 过能斯特方程计算溶液中待测离子的活度。
完整版课件ppt
14
二、离子传感器的分类
根据膜电极响应机理，膜的结构、组分对离子 传感器分类：
晶体膜传感器
均相膜传感器 非均相膜传感器
基本传感器
第二章 电化学传感器
完整版课件ppt
1
第一节 电化学传感器概述 一、传感器基本概念
传感器：能感受（或响应）一种信息并变换 成可测量信号的器件。
完整版课件ppt
2
物理信息：光、声、温度、压力等 物理传感器 化学信息：组分、气味、味道等 化学传感器
化学传感器的检测对象：化学物质，要求 对特定分子有选择性的响应。
的对数值呈线性关系 。
电位型传感器中，研究最多的是离子传感
器，或称离子选择性电极。
完整版课件ppt
6
2、电流型传感器工作原理 通过测量电流或电量 来测定化学量
通常采用三电极体 系 ：工作电极、辅 助电极、参比电极
测量的电流信号与发生电极氧化（或还原）的
物质浓度相关 。
完整版课件ppt
7
3、电导型传感器工作原理
完整版课件ppt
12
第二节 离子传感器
离子传感器又称离子选择性电极，它是 由敏感膜、内导体系、电极控件等部件组成， 它能与溶液中某种特定的离子产生选择性的 响应。
响应是指离子选择性电极敏感膜在溶液中 与特定离子接触后产生的膜电位值随溶液中 该离子的浓度变化而变化。
完整版课件ppt
13
一、离子传感器的基本结构
主要干扰离子
510－7~110－1 OH－
510－5~110－1 510－6~110－1 110－7~110－1
Br－, S2O32－, I－, CN－, S2－ S2O32－, I－, CN－, S2－ S2－
110－6~110－
510－7~110－1 Ag＋, Hg2＋, Fe3＋, Cl－
完整版课件ppt
11
3、响应时间 ➢对电位型传感器，响应时间取决于膜电 位达到平衡的时间长短； ➢电流型传感器的响应时间在很大程度上 取决于反应电阻和界面电容的时间常数。
4、背景电流和仪器噪声 背景电流与仪器噪声影响传感器灵敏度。
背景电流产生原因：电解液或电极上的 杂质；电极的腐蚀；反应物或对电极上的 反应产物的扩散。
完整版课件ppt
9
1、灵敏度 影响灵敏度的因素：
(1) 待测物在检测系统中的传质速度； (2) 电极材料的电化学活性（包括电极材料、 电极的物理形状和工作时的电极电势）； (3) 反应过程中每摩尔物质传递的电流； (4) 待测物在电解液中的溶解性和流动性； (5) 传感器的几何形状和样品进入的方法； (6) 膜电位的大小及达到平衡的时间长短； (7) 工作电极产生的噪声信号大小。
完整版课件ppt
4
电化学传感器总工作原理：将被测物与敏 感材料之间相互作用产生的化学信息转换 成可测量的电信号。
膜选
二
换
择
次
被分析物
性 化学信息 能 电信号
敏
仪
感
器
表
完整版课件ppt
5
1、电位型传感器工作原理
离子选择性膜中 的离子与溶液中的离 子发生交换反应，在 两个界面处形成两个 液接电位。
膜电位与溶液中待测离子活度（或浓度）
510－7~110－1
Cd2＋, Ag＋, Hg2＋,Cu2＋, Fe3＋, Cl－
510－7~110－1 Pb2＋, Ag＋, Hg2＋,Cu2＋, Fe3＋
完整版课件ppt
17
晶体膜电极由电极管、内参比电极、内充液 和敏感膜四部分组成。 三种常见结构：带内参比溶液电极，无内参 比溶液电极，复合电极。
合集下载
(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
ppt课件
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。
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。
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。
编辑版pppt
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。
编辑版pppt
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：
编辑版pppt
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
编辑版pppt
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。
编辑版pppt
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。
气体电化学传感器PPT课件
B.电极：电极材料一般为催化材料，能够长时间内执行半电解反应。通常电 极采用贵金属制造，如铂或进，在催化后与气体分子发生有效反应。根据 传感器类型的不同，
C.电解质：电解质必须有能够促进电解反应，有效将离子电荷传送到电极 的能力。电解质与参考点击形成稳定的参考电势并与传感器内使用的材料 兼容。若电解质蒸发太迅速，传感器信号将减弱。
第4页/共25页
恒定电位电解池型气体传感器
工作过程：
（1）被测气体进入传感器的气室：通过气体扩散或机械泵；先经 过一个过滤器---提高选择性。
（2）反应物从气室到达工作电极前面的多孔膜，并向电极-电解液 界面扩散：工作电极一般不暴露在外，所以气体先经过多孔膜；多 孔膜的作用：防止泄漏，给电极提供结构支持，再次提高选择性。
• 氧气进入膜后在电极ຫໍສະໝຸດ 面迅速还原，外电路检测的氧气还原电流正比 氧气的浓度。
第11页/共25页
伽伏尼电池型气体传感器：
• Clark电极是一种封闭式电极，它用一疏水透气膜将电解池体系与待测体系分开。待测的氧可以通过透气膜 扩散到电极内，而待测溶液中的其他杂质不能透过，这样可以有效地防止电极被待测溶液中某些组分污染而 中毒。
（3）电活性物质在电解液中的溶解：气体在电解液中的溶解速率 在很大程度上决定了传感器的灵敏度和响应时间。
（4）电活性物质在电极表面吸附：待测气体扩散到催化剂电极表 面发生氧化或还原反应，氧化或还原反应速率的大小与气体在电极 表面的吸附密切相关。
（5）扩散速度下的电化学反应：当扩散步骤为速率控制步骤时， 整个反应可以由Cottrell方程描述。
第7页/共25页
恒定电位电解池型气体传感器
应用实例：
一种基于CAN总线的CO气体监测系统
电化学传感器ppt课件
精选PPT课件
4
四、电化学气体型传感器
传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工 作。典型的电化学传感器由传感电极（或工作电极）和反电极组成，并由一 个薄电解层隔开。
气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应，然后是憎水屏障， 最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感电极发生反应， 以形成充分的电信号，同时防止电解质漏出传感器。穿过屏障扩散的气体与 传感电极发生反应，传感电极可以采用氧化或还原机理。这些反应由针对被 测气体而设计的电极材料进行催化。
精选PPT课件
5
4.1 组成
电化学传感器包含以下主要元件：
A. 透气膜（也称为憎水膜）：透气膜用于覆盖传感（催化） 电极，在有些情况下用于控制到达电极表面的气体分子量。 此类屏障通常采用低孔隙率特氟隆薄膜制成。这类传感器 称为镀膜传感器。或者，也可以用高孔隙率特氟隆膜覆盖， 而用毛管控制到达电极表面的气体分子量。此类传感器称 为毛管型传感器。除为传感器提供机械性保护之外，薄膜 还具有滤除不需要的粒子的功能。为传送正确的气体分子 量，需要选择正确的薄膜及毛管的孔径尺寸。孔径尺寸应 能够允许足量的气体分子到达传感电极。孔径尺寸还应该 防止液态电解质泄漏或迅速燥结。
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。
精选PPT课件
7
4.2 应用实例
电化学电极
电位型电极 电流型电极
离子选择电极 氧化还原电极
氧电极