1、整理ppt 電化學(xué)傳感器整理ppt一、概述n概念：是基于待測(cè)物的電化學(xué)性質(zhì)并將待測(cè)物化學(xué)量轉(zhuǎn)變成電學(xué)量進(jìn)行傳感檢測(cè)的一種傳感器。n我們的五官（眼，耳，皮膚，鼻，舌）就是傳感器。五官通過(guò)五種感覺（視覺，聽覺，觸覺，嗅覺，味覺）接受來(lái)自外界的信號(hào)，并將這些信號(hào)傳遞給大腦，大腦對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行分析處理，然后將指令傳給肌體，這是我們常見的一種傳感器。 整理ppt二、分類 電化學(xué)傳感器的分類方法很多,按照其輸出信號(hào)的不同可以分為電位型傳感器、電流型傳感器和電導(dǎo)型傳感器。而按照電化學(xué)傳感器所檢測(cè)的物質(zhì)不同,電化學(xué)傳感器主要可以分為離子傳感器、氣體傳感器和生物傳感器。整理ppt三、原理 電位型傳感器是將溶解于

2、電解質(zhì)溶液中的被測(cè)物質(zhì)作用于電極而產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)作為傳感器的輸出,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物質(zhì)的檢測(cè)；電流型傳感器是在保持電極和電解質(zhì)溶液的界面為一恒定的電位時(shí)，將被測(cè)物直接氧化或還原，并將流過(guò)外電路的電流作為傳感器的輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物質(zhì)的檢測(cè)；電導(dǎo)型傳感器是將被測(cè)物氧化或還原后電解質(zhì)溶液電導(dǎo)的變化作為傳感器的輸出從而實(shí)現(xiàn)被側(cè)物質(zhì)的檢測(cè)。整理ppt四、電化學(xué)氣體型傳感器 傳感器通過(guò)與被測(cè)氣體發(fā)生反應(yīng)并產(chǎn)生與氣體濃度成正比的電信號(hào)來(lái)工作。典型的電化學(xué)傳感器由傳感電極（或工作電極）和反電極組成，并由一個(gè)薄電解層隔開。 氣體首先通過(guò)微小的毛管型開孔與傳感器發(fā)生反應(yīng)，然后是憎水屏障，最終到達(dá)電極表面。采用這種

3、方法可以允許適量氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，以形成充分的電信號(hào)，同時(shí)防止電解質(zhì)漏出傳感器。穿過(guò)屏障擴(kuò)散的氣體與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，傳感電極可以采用氧化或還原機(jī)理。這些反應(yīng)由針對(duì)被測(cè)氣體而設(shè)計(jì)的電極材料進(jìn)行催化。 通過(guò)電極間連接的電阻器，與被測(cè)氣濃度成正比的電流會(huì)在正、負(fù)極間流動(dòng)。測(cè)量該電流即可確定氣體濃度。在實(shí)際中，由于電極表面連續(xù)發(fā)生電化發(fā)應(yīng)，傳感電極電勢(shì)并不能保持恒定，在經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)時(shí)間后，它會(huì)導(dǎo)致傳感器性能退化。為改善傳感器性能，人們引入了參考電極。參考電極安裝在電解質(zhì)中，與傳感電極鄰近。固定的穩(wěn)定恒電勢(shì)作用于傳感電極。參考電極可以保持傳感電極上的這種固定電壓值。參考電極間沒(méi)有電流流動(dòng)。氣體分

4、子與傳感電極發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)測(cè)量反電極，測(cè)量結(jié)果通常與氣體濃度直接相關(guān)。施加于傳感電極的電壓值可以使傳感器針對(duì)目標(biāo)氣體。整理ppt4.1 組成n電化學(xué)傳感器包含以下主要元件： A. 透氣膜（也稱為憎水膜）：透氣膜用于覆蓋傳感（催化）電極，在有些情況下用于控制到達(dá)電極表面的氣體分子量。此類屏障通常采用低孔隙率特氟隆薄膜制成。這類傳感器稱為鍍膜傳感器?；蛘?，也可以用高孔隙率特氟隆膜覆蓋，而用毛管控制到達(dá)電極表面的氣體分子量。此類傳感器稱為毛管型傳感器。除為傳感器提供機(jī)械性保護(hù)之外，薄膜還具有濾除不需要的粒子的功能。為傳送正確的氣體分子量，需要選擇正確的薄膜及毛管的孔徑尺寸?？讖匠叽鐟?yīng)能夠允許足量的氣

5、體分子到達(dá)傳感電極。孔徑尺寸還應(yīng)該防止液態(tài)電解質(zhì)泄漏或迅速燥結(jié)。 整理ppt B. 電極：選擇電極材料很重要。電極材料應(yīng)該是一種催化材料，能夠執(zhí)行在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)執(zhí)行半電解反應(yīng)。通常，電極采用貴金屬制造，如鉑或金，在催化后與氣體分子發(fā)生有效反應(yīng)。視傳感器的設(shè)計(jì)而定，為完成電解反應(yīng)，三種電極可以采用不同材料制作。 C. 電解質(zhì)：電解質(zhì)必須有夠促進(jìn)電解反應(yīng)，并有效地將離子電荷傳送到電極。它還必須與參考電極形成穩(wěn)定的參考電勢(shì)并與傳感器內(nèi)使用的材料兼容。如果電解質(zhì)蒸發(fā)過(guò)于迅速，傳感器信號(hào)會(huì)減弱。D. 過(guò)濾器：有時(shí)候傳感器前方會(huì)安裝洗滌式過(guò)濾器以濾除不需要的氣體。過(guò)濾器的選擇范圍有限，每種過(guò)濾器均有不同的效率

6、度數(shù)。多數(shù)常用的濾材是活性炭?；钚蕴靠梢詾V除多數(shù)化學(xué)物質(zhì)，但不能濾除一氧化碳。通過(guò)選擇正確的濾材，電化學(xué)傳感器對(duì)其目標(biāo)氣體可以具有更高的選擇性。整理ppt4.2 應(yīng)用實(shí)例整理pptnCO氣體傳感器與報(bào)警器配套使用，是報(bào)警器中的核心檢測(cè)元件，它是以定電位電解為基本原理。當(dāng)CO擴(kuò)散到氣體傳感器時(shí)，其輸出端產(chǎn)生電流輸出，提供給報(bào)警器中的采樣電路，起著將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的作用。當(dāng)氣體濃度發(fā)生變化時(shí)，氣體傳感器的輸出電流也隨之成正比變化，經(jīng)報(bào)警器的中間電路轉(zhuǎn)換放大輸出，以驅(qū)動(dòng)不同的執(zhí)行裝置，完成聲、光和電等檢測(cè)與報(bào)警功能，與相應(yīng)的控制裝置一同構(gòu)成了環(huán)境檢測(cè)或監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。 當(dāng)CO通過(guò)外殼上的氣孔經(jīng)透氣膜

7、擴(kuò)散到工作電極表面上時(shí)，在工作電極的催化作用下，一氧化碳?xì)怏w在工作電極上發(fā)生氧化。其化學(xué)反應(yīng)式為： CO+H2OCO2+2H+2e- 整理ppt 在工作電極上發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生的H+離子和e-，通過(guò)電解液轉(zhuǎn)移到與工作電極保持一定間隔的對(duì)電極上，與水中的氧發(fā)生還原反應(yīng)：1/2O2+2H+2H2O。因此，傳感器內(nèi)部就發(fā)生了氧化-還原的可逆反應(yīng) ： 2CO+2O2 2CO2 該可逆反應(yīng)在工作電極與對(duì)電極之間始終發(fā)生著，并在電極間產(chǎn)生電位差。但由于在兩個(gè)電極上發(fā)生的反應(yīng)都會(huì)使電極極化，這使得極間電位難以維持恒定，因而限制了對(duì)CO濃度可檢測(cè)的范圍。 為維持極間電位的恒定，我們加進(jìn)了一個(gè)參比電極。在三電極電

8、化學(xué)氣體傳感器中，其輸出端所反應(yīng)出的是參比電極和工作電極之間的電位變化，由于參比電極不參與氧化或還原反應(yīng)，因此它可以使極間的電位維持恒定（即恒電位），此時(shí)電位的變化就同CO濃度的變化直接有關(guān)。當(dāng)氣體傳感器產(chǎn)生輸出電流時(shí)，其大小與氣體的濃度成正比。通過(guò)電極引出線用外部電路丈量傳感器輸出電流的大小，便可檢測(cè)出CO的濃度，并且有很寬的線性丈量范圍。這樣，在氣體傳感器上外接信號(hào)采集電路和相應(yīng)的轉(zhuǎn)換和輸出電路，就能夠?qū)O實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和監(jiān)控。 整理ppt五、電化學(xué)生物傳感器 生物傳感器(Biosensor)是指用固定化的生物體成分或生物體本身作為敏感元件的傳感器，是一種將生物化學(xué)反應(yīng)能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的分析測(cè)試

9、裝置。整理ppt 5.1 基本組成 敏感元件（分子識(shí)別元件）和信號(hào)轉(zhuǎn)換器件整理ppt5.2 電化學(xué)生物傳感器的信號(hào)轉(zhuǎn)換器 離子選擇電極 電位型電極 氧化還原電極 電化學(xué)電極 電流型電極 氧電極整理ppt 1、電位型電極n離子選擇電極是一類對(duì)特定的陽(yáng)離子或陰離子呈選擇性響應(yīng)的電極，具有快速、靈敏、可靠、價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域常直接用它測(cè)定體液中的一些成分（例如H+、K+、Na+ 、Ca2+等）。n氧化還原電極是不同于離子選擇電極的另一類電位型電極。這里指的主要是零類電極。整理ppt 2、電流型電極 電化學(xué)生物傳感器中采用電流型電極為信號(hào)轉(zhuǎn)換器的趨勢(shì)日益增加，這是因?yàn)檫@類電極和電位型電極相比有

10、以下優(yōu)點(diǎn)： 電極的輸出直接和被測(cè)物濃度呈線性關(guān)系，不像電位型電極那樣和被測(cè)物濃度的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系。 電極輸出值的讀數(shù)誤差所對(duì)應(yīng)的待測(cè)物濃度的相 對(duì)誤差比電位型電極的小。 電極的靈敏度比電位型電極的高。 整理ppt 氧電極n有不少酶特別是各種氧化酶和加氧酶在催化底物反應(yīng)時(shí)要用溶解氧為輔助試劑，反應(yīng)中所消耗的氧量就用氧電極來(lái)測(cè)定。此外，在微生物電極、免疫電極等生物傳感器中也常用氧電極作為信號(hào)轉(zhuǎn)換器，因此氧電極在生物傳感器中用得很廣。n目前用得最多的氧電極是電解式的Clark氧電極，Clark氧電極是由鉑陰極、Ag/AgCl陽(yáng)極、KCl電解質(zhì)和透氣膜所構(gòu)成。整理ppt5.3 免疫傳感器的應(yīng)用酶聯(lián)免疫

11、吸附測(cè)定法 測(cè)量時(shí), 抗原（抗體）先結(jié)合在固相載體上，但仍保留其免疫活性, 然后加一種抗體（抗原）與酶結(jié)合成的偶聯(lián)物（標(biāo)記物), 此偶聯(lián)物仍保留其原免疫活性與酶活性, 當(dāng)偶聯(lián)物與固相載體上的抗原（抗體）反應(yīng)結(jié)合后, 再加上酶的相應(yīng)底物, 即起催化水解或氧化還原反應(yīng)而呈顏色。其所生成的顏色深淺與欲測(cè)的抗原（抗體）含量成比。整理ppt六、電化學(xué)離子傳感器（離子選擇性電 極）n離子選擇性電極（簡(jiǎn)稱ISE），它是由敏感膜、內(nèi)導(dǎo)體系、電極控件等部件組成，它能與溶液 （體液）中某種特定的離子產(chǎn)生選擇性的響應(yīng)。所謂響應(yīng)是指離子選擇性電極敏感膜在溶液中與特定離子接觸后產(chǎn)生的膜電位值隨溶液中該離子的濃度變化而變

12、化。是一類電化學(xué)傳感器。n將離子選擇性電極與參比電極組成一個(gè)原電池，在零電流條件下測(cè)量原電池電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)能斯特方程計(jì)算溶液中待測(cè)離子的活度。整理ppt 6.1 離子選擇性電極的分類基本電極 晶體膜電極 均相膜電極 非均相膜電極 非晶體膜電極 硬質(zhì)電極 流動(dòng)載體電極 帶正電荷載體電極 帶負(fù)電荷載體電極帶中性載體電極 場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體傳感器 敏化離子電極氣敏電極 酶（底物）電極 整理ppt6.1.1 晶體膜電極 n晶體膜電極，它的膜材料物質(zhì)為晶體。n晶體膜電極由電極管、內(nèi)參比電極、內(nèi)充液和敏感膜四部分組成。n三種常見結(jié)構(gòu)：帶內(nèi)參比溶液電極，無(wú)內(nèi)參比溶液電極，復(fù)合電極。整理ppt 1.帶內(nèi)參比溶液電極

13、圖（a）是一種由內(nèi)參比電極和內(nèi)參比溶液組成的選擇性電極，內(nèi)參比電極是一根Ag|AgCl電極，內(nèi)參比溶液一般由電極種類所決定，如氟電極，一般用3.0mmol/LNaF作為內(nèi)參比溶液。整理ppt 2.無(wú)內(nèi)參比溶液電極圖（b）與圖（a）比較，它沒(méi)有內(nèi)參比溶液，是一種全固態(tài)電極，它的內(nèi)參比電極一般使用一根導(dǎo)體銀絲直接與固態(tài)膜焊接，固態(tài)壓片膜的一個(gè)表面加一層銀粉，再將銀絲焊接上去組成一個(gè)離子選擇性電極。整理ppt 3.復(fù)合電極圖（c）是一種復(fù)合電極，它與外參比電極組合成一個(gè)測(cè)量電池，測(cè)量時(shí)免去了常用分開的參比電極，結(jié)構(gòu)更加緊湊。整理ppt6.1.2 非晶體膜電極n它的膜是由一種含有離子型物質(zhì)或不帶電荷的支撐體組成，這種支撐體是多孔性的微孔性的膜或無(wú)孔的膜。這類電極的膜