第四章电化学传感器素材.ppt

课堂作业 1、化学电源的组成部分及各部分的作用？ 2、写出中性、碱性锌锰电池的表达式。 第七章 电化学传感器 电冰箱、微波炉、空调机有温度传感器； 电视机有红外传感器； 录像机、摄像机有湿度传感器； 液化气灶有气体传感器； 汽车有速度、压力、湿度、流量、氧气等多 种传感器…… 电化学传感器的性能指标 2、选择性 3、响应时间 4、底电流和仪器噪声 酶与一般催化剂的不同点如下： (1)酶的催化效率比一般的催化剂高106-1O13倍。 (2)酶催化反应条件较为温和，在常温常压近中性条 件下即可进行. (3)酶的催化具有高度的专一性. 通常的生物组分固化技术应满足以下条件： 1、固化后的生物组分仍能保持良好的生物活性； 2、生物膜与转化器需紧密接触，且能适应多种测试环境； 3、固定化层要有良好的稳定性和耐用性； 4、减少生物膜中生物组分的相互作用以保持其原有的高度选择性。 共价键固定法：通过特殊键的形成而将生物分子固定于固体表面 共价键固定法不易发生分子的泄漏，并且改善了分子在表面的定向、均匀分布状况，但生物分子易失活、操作复杂、耗时、成本高； 交联法：通过多官能团试剂(如戊二醛)，使吸附的生物分子以共价结合的方式结合至固体表面 交联法固定量大，但其缺点主要是反应难以控制，形成的酶/蛋白质层蓬松、坚固性差，所需生物样品量多，且由于交联反应较激烈，酶分子的多个基团被交联，酶活力损失较大。 葡萄糖酶传感器 2.电化学免疫分析法 干扰及消除方法 酸度影响：OH-与LaF3反应释放F-，使测定结果偏高；H+与F-反应生成HF或HF2-降低F-活度，使测定偏低。控制pH5-7可减小这种干扰。 阳离子干扰：Be2+, Al3+, Fe3+, Th4+, Zr4+ 等可与F-络合，使测定结果偏低，可通过加络合掩蔽剂(如柠檬酸钠、EDTA、钛铁试剂、磺基水杨酸等)消除其干扰。 基体干扰(以活度代替浓度)消除：标准和待测样品中同时加入惰性电解质。 通常加入的惰性电解质是总离子强度调节剂(Total ion strength adjustment buffer, TISAB)，可同时控制pH、消除阳离子干扰、控制离子强度。如通常使用的TISAB组成为：KNO3+NaAc-HAc+柠檬酸钾。 §7.2 控制电位电解型气体传感器 电化学式气体传感器，主要利用两个电极之间的化学电位差，一个在气体中测量气体浓度，另一个是固定的参比电极。 电化学式传感器采用恒电位电解方式和伽伐尼电池方式工作。 有液体电解质和固体电解质，而液体电解质又分为电位型和电流型。 电位型是利用电极电势和气体浓度之间的关系进行测量； 电流型采用极限电流原理，利用气体通过薄层透气膜或毛细孔扩散作为限流措施，获得稳定的传质条件，产生正比于气体浓度或分压的极限扩散电流。 电流型指示电极（Clark电极） 外加极化电压时，在阴极上产生与氧浓度成正比的稳态扩散电流。 氧电极 恒电位电解式气体传感器 使电极与电解质溶液的界面保持一定电位进行电解，通过改变其设定电位，有选择的使气体进行氧化或还原，从而能定量检测各种气体。 特点： 1. 都有供气体进入的气室或薄膜。 2. 一般有三个电极。 3. 有离子导电性的电解质溶液。 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：防止漏液，给 电极提供结构支持，再次提高选择性。 （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：待检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）扩散控制下的电化学反应：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： I和C成正比。 （6）产物的脱附：如果产物的解吸附速率慢，电极可能被反应产物污染，电流信号会逐步下降，造成电极中毒。 工作过程 （7）产物离开电极表面的扩散：净化电极，使电极回到初始的清洁状态。 （8）产物的排除：净化传感器内部空间。如果产物不是气体或易溶于电解液，使传感器内部成份改变，从而改变传感器的信号响应。 工作过程 新一代SPE控制电位电解型气体传感器的研制 高温陶瓷固体电解质 快离子导体类固体电解质 指在一定条件(温度、压力)下具有电子(或空穴)电导 或离子电导特性的陶瓷 固体高聚物电解质 §7.3 生物电化学传感器 信号转换器 分子识 别元件