第14章其它电化学.ppt

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1、第第14章章 其它电化学分析法其它电化学分析法141 电导分析法电导分析法142 库仑分析法库仑分析法143 电化学生物传感器电化学生物传感器141 电导分析法电导分析法n n定义：定义：通过测定溶液的电导而求得溶液通过测定溶液的电导而求得溶液中电解质浓度的方法称为电导分析法中电解质浓度的方法称为电导分析法n n电导：电导：电解质溶液中正、负离子在外电电解质溶液中正、负离子在外电场作用下的迁移而产生的电流传导，是场作用下的迁移而产生的电流传导，是衡量电解质溶液导电能力的物理量。衡量电解质溶液导电能力的物理量。n n影影响响因因素素：溶溶液液的的导导电电能能力力与与溶溶液液中中正正负负离离子子的

2、的数数目目、离离子子所所带带的的电电荷荷数数、离离子子在在溶液中的迁移速度等因素有关。溶液中的迁移速度等因素有关。n n分类：分类：电导法和电导滴定法。电导法和电导滴定法。n n特点：特点：1.1.电导分析法有极高的灵敏度。电导分析法有极高的灵敏度。电导分析法有极高的灵敏度。电导分析法有极高的灵敏度。2.2.由于溶液的电导并不是某一个离子的特由于溶液的电导并不是某一个离子的特由于溶液的电导并不是某一个离子的特由于溶液的电导并不是某一个离子的特性，溶液的电导是存在于溶液中所有各种离子单性，溶液的电导是存在于溶液中所有各种离子单性，溶液的电导是存在于溶液中所有各种离子单性，溶液的电导是存在于溶液中

3、所有各种离子单独电导的总和，只能测量离子的总量，而不能独电导的总和，只能测量离子的总量，而不能独电导的总和，只能测量离子的总量，而不能独电导的总和，只能测量离子的总量，而不能 鉴鉴鉴鉴别和测定某离子及其含量，因此其选择性很差。别和测定某离子及其含量，因此其选择性很差。别和测定某离子及其含量，因此其选择性很差。别和测定某离子及其含量，因此其选择性很差。n n应用：应用：此方法主要用于监测水的纯度、大气中有此方法主要用于监测水的纯度、大气中有此方法主要用于监测水的纯度、大气中有此方法主要用于监测水的纯度、大气中有害气体（如害气体（如害气体（如害气体（如SO2SO2、CO2CO2和和和和HFHF等）

4、以及某些物理常等）以及某些物理常等）以及某些物理常等）以及某些物理常数的测定等。数的测定等。数的测定等。数的测定等。一、基本原理一、基本原理电导：电导：电导：电导：电解质溶液的导电能力用电导电解质溶液的导电能力用电导电解质溶液的导电能力用电导电解质溶液的导电能力用电导G G来表示，电导是来表示，电导是来表示，电导是来表示，电导是电阻电阻电阻电阻R R的倒数。服从欧姆定律的倒数。服从欧姆定律的倒数。服从欧姆定律的倒数。服从欧姆定律：单位：西门子单位：西门子单位：西门子单位：西门子 S S，1S=11S=1 -1-1 为电阻率，单位为欧姆厘米为电阻率，单位为欧姆厘米cmA为导体截面积为导体截面积(

5、单位为单位为cm2)L为导体长度为导体长度(单位为单位为cm)为电导率为电导率,电阻率的倒数电阻率的倒数,单位西门子每厘米单位西门子每厘米Scm-1n n电导率电导率的物理意义：的物理意义：相当于长度为相当于长度为相当于长度为相当于长度为1 1cm cm，截面截面截面截面积为积为积为积为1 1cmcm2 2的导体的电导。对于电解质溶液，其电导的导体的电导。对于电解质溶液，其电导的导体的电导。对于电解质溶液，其电导的导体的电导。对于电解质溶液，其电导率则相当于率则相当于率则相当于率则相当于1 1cmcm3 3的溶液在距离为的溶液在距离为的溶液在距离为的溶液在距离为1 1cmcm的两电极间所的两电

6、极间所的两电极间所的两电极间所具有的电导。具有的电导。具有的电导。具有的电导。n n对一定的电导电极，面积对一定的电导电极，面积对一定的电导电极，面积对一定的电导电极，面积A A与电极间距离与电极间距离与电极间距离与电极间距离L L一定，一定，一定，一定，L/AL/A为定值，称为为定值，称为为定值，称为为定值，称为电导池常数电导池常数，用，用，用，用 表示表示表示表示由标准由标准由标准由标准KClKCl溶液的电导率溶液的电导率溶液的电导率溶液的电导率(查表查表查表查表)确定电导率和确定电导率和确定电导率和确定电导率和电导池电导池电导池电导池常数常数常数常数电导率电导率与电解质溶液的浓度与性质有

7、关。与电解质溶液的浓度与性质有关。（1 1 1 1）在一定范围内，离子的浓度愈大，电导率愈大。）在一定范围内，离子的浓度愈大，电导率愈大。）在一定范围内，离子的浓度愈大，电导率愈大。）在一定范围内，离子的浓度愈大，电导率愈大。（2 2 2 2）离子的迁移速度愈快，电导率愈大）离子的迁移速度愈快，电导率愈大）离子的迁移速度愈快，电导率愈大）离子的迁移速度愈快，电导率愈大（3 3 3 3）离子的价数愈高，电导率愈大）离子的价数愈高，电导率愈大）离子的价数愈高，电导率愈大）离子的价数愈高，电导率愈大n n当外部条件固定时，对于同一电解质当外部条件固定时，对于同一电解质当外部条件固定时，对于同一电解质

8、当外部条件固定时，对于同一电解质(2)(3)(2)(3)点是点是点是点是确定的，电导取决于溶液的浓度。确定的，电导取决于溶液的浓度。确定的，电导取决于溶液的浓度。确定的，电导取决于溶液的浓度。摩尔电导率摩尔电导率(m)定义定义:距离为单位长度的距离为单位长度的两电极板间含有单位物质的量的电解质的两电极板间含有单位物质的量的电解质的溶液的电导。溶液的电导。单位：单位：S m2 mol-1不同浓度、不同类型电解质导电能力的比较。不同浓度、不同类型电解质导电能力的比较。图中出现极大值的原因：图中出现极大值的原因：随着溶液浓度的增大，随着溶液浓度的增大，单位体积内的离子数目单位体积内的离子数目增大，使

9、溶液的电导随增大，使溶液的电导随之增大，但当浓度增大之增大，但当浓度增大到一定值时，因为离子到一定值时，因为离子间互相作用力加强，或间互相作用力加强，或者是电解质离解度降低，者是电解质离解度降低，导致电导率下降导致电导率下降电解质溶液的摩尔电导均随溶液浓度降低而增大，电解质溶液的摩尔电导均随溶液浓度降低而增大，当溶液无限稀释时，摩尔电导达一极限值，此当溶液无限稀释时，摩尔电导达一极限值，此值称为值称为无限稀释摩尔电导无限稀释摩尔电导，用，用m表示。表示。电解质溶液无限稀释摩尔电导是溶液中所有离子电解质溶液无限稀释摩尔电导是溶液中所有离子无限稀释摩尔电导总和：无限稀释摩尔电导总和：m=m+m-n

10、n m+表示正离子无限稀释离子电导表示正离子无限稀释离子电导 n n m-表示负离子无限稀释离子电导表示负离子无限稀释离子电导 n n在一定温度和溶剂下，m为一定值。该值在一定程度上反映了个离子导电能力的大小。一些常见离子在水溶液的无限稀释摩尔电导一些常见离子在水溶液的无限稀释摩尔电导一些常见离子在水溶液的无限稀释摩尔电导一些常见离子在水溶液的无限稀释摩尔电导（2525C C）阳离子阳离子m+阴离子阴离子m-H+349.8OH-197.6Na+50.11Cl-76.34K+73.52Br-78.3Mg2+53.06 SO42-80.0从表中可以看到从表中可以看到从表中可以看到从表中可以看到H+

11、H+、OH-OH-的的的的mm特别大。特别大。特别大。特别大。电解质溶液的电导与浓度的关系电解质溶液的电导与浓度的关系电极一定，温度一定的电解质溶液，电极一定，温度一定的电解质溶液，m和和均为定值均为定值,所以所以 G=Kc G=Kc仅适用于稀溶液，在浓溶液中，由于仅适用于稀溶液，在浓溶液中，由于离子间相互作用，使电解质溶液电离度小于离子间相互作用，使电解质溶液电离度小于100。m不为常数，不为常数，G与与c不呈线性关系。不呈线性关系。二、电导仪及电导的测量二、电导仪及电导的测量n n电导是电阻的倒数，因此测量电导实际电导是电阻的倒数，因此测量电导实际上就是测量它的电阻。上就是测量它的电阻。n

12、 n电电导导的的测测量量装装置置包包括括电电导导池池和和电电导导仪仪。应应以以较较高高频频率率的的交交流流电电作作为为测测量量电电导导电电源以降低极化效应源以降低极化效应1电电导导池池：由由两两个个电电导导电电极极构构成成。电电导导电电极极一一般般由由两两片片平行的铂制成的平行的铂制成的n n测测测测量量量量电电电电导导导导的的的的铂铂铂铂黑黑黑黑电电电电极极极极，表表表表面面面面积积积积大大大大，电电电电流流流流密密密密度度度度小小小小，极极极极化化化化作作作作用用用用也也也也就就就就小小小小，用用用用于于于于测测测测量量量量电电电电导导导导率率率率高高高高的的的的溶溶溶溶液液液液。在在在在

13、测测测测量量量量低低低低电电电电导导导导率率率率的的的的溶溶溶溶液液液液时时时时，铂铂铂铂黑黑黑黑对对对对电电电电解解解解质质质质有有有有强强强强烈烈烈烈的的的的吸吸吸吸附附附附作作作作用用用用而而而而出出出出现不稳定现象，这时不宜用光亮铂电极。现不稳定现象，这时不宜用光亮铂电极。现不稳定现象，这时不宜用光亮铂电极。现不稳定现象，这时不宜用光亮铂电极。2电导仪电导仪n n电导仪是用于测量溶液电导的专用仪器，电导仪是用于测量溶液电导的专用仪器，商品电导仪的型号有很多，根据其作用可商品电导仪的型号有很多，根据其作用可分为平衡电桥式和直读式两大类。分为平衡电桥式和直读式两大类。n若要求用电导率表示，

14、根据下式进行换算若要求用电导率表示，根据下式进行换算经典方法：惠登斯平衡电桥法经典方法：惠登斯平衡电桥法可调电阻可调电阻R1和和R2组成比例臂，组成比例臂，R3为精密可调电阻，待为精密可调电阻，待测溶液置于有两个铂电极的电导池中，电阻为测溶液置于有两个铂电极的电导池中，电阻为Rx。通电，通电，调节调节R1/R2和和R3（主要是主要是R3）至电桥平衡，使示波器至电桥平衡，使示波器读数为读数为0，则，则 Rx=R3*R1/R2 影响电导测量的因素影响电导测量的因素(1)温度的影响温度的影响 温度升高温度升高,粘度降低粘度降低,电导增大电导增大.每升高每升高1度，度，约增加约增加2%(2)溶剂的影响

15、溶剂的影响25 C 蒸馏水电导率：蒸馏水电导率：0.81.0 S cm-1进一步纯化后电导率：进一步纯化后电导率：0.030.06 S cm-1三、电导分析及其应用三、电导分析及其应用三、电导分析及其应用三、电导分析及其应用1 1.直接电导法直接电导法直接电导法直接电导法：直接根据溶液的电导与被测离子浓：直接根据溶液的电导与被测离子浓：直接根据溶液的电导与被测离子浓：直接根据溶液的电导与被测离子浓度的关系来进行分析的方法度的关系来进行分析的方法度的关系来进行分析的方法度的关系来进行分析的方法主要应用于水质纯度的鉴定以及生产中某些流程的主要应用于水质纯度的鉴定以及生产中某些流程的主要应用于水质纯

16、度的鉴定以及生产中某些流程的主要应用于水质纯度的鉴定以及生产中某些流程的控制及自动分析控制及自动分析控制及自动分析控制及自动分析 水质纯度的鉴定水质纯度的鉴定水质纯度的鉴定水质纯度的鉴定 一氧化碳与二氧化碳的自控监测一氧化碳与二氧化碳的自控监测一氧化碳与二氧化碳的自控监测一氧化碳与二氧化碳的自控监测水质监测水质监测n n工业上的锅炉用水及排放的废水、河流、工业上的锅炉用水及排放的废水、河流、湖泊，实验室用水等都需要对水的质量指湖泊，实验室用水等都需要对水的质量指标作监测。水的电导率是反映水质的很重标作监测。水的电导率是反映水质的很重要的一个指标。它反映了水中电解质的总要的一个指标。它反映了水中

17、电解质的总含量含量可溶性的无机盐类。但一些非导可溶性的无机盐类。但一些非导电物质，如有机物、细菌、藻类及其它悬电物质，如有机物、细菌、藻类及其它悬浮杂质不能在电导率上反映出来。浮杂质不能在电导率上反映出来。水质监测水质监测水的类型水的类型自来水自来水普通普通蒸馏水蒸馏水离子离子交换水交换水电导率电导率(/scm-1)5.2610-4（10-4）2.910-6（10-6）510-7（10-7）2.2.电导滴定法：根据滴定过程中溶液电导的变化来确电导滴定法：根据滴定过程中溶液电导的变化来确电导滴定法：根据滴定过程中溶液电导的变化来确电导滴定法：根据滴定过程中溶液电导的变化来确定滴定终点定滴定终点定

18、滴定终点定滴定终点在滴定过程中，滴定剂与溶液中的被测离子生成水、在滴定过程中，滴定剂与溶液中的被测离子生成水、在滴定过程中，滴定剂与溶液中的被测离子生成水、在滴定过程中，滴定剂与溶液中的被测离子生成水、沉淀或难离解的化合物，使溶液的电导发生变化，沉淀或难离解的化合物，使溶液的电导发生变化，沉淀或难离解的化合物，使溶液的电导发生变化，沉淀或难离解的化合物，使溶液的电导发生变化，而在计量点时滴定曲线上出现转折点，指示滴定而在计量点时滴定曲线上出现转折点，指示滴定而在计量点时滴定曲线上出现转折点，指示滴定而在计量点时滴定曲线上出现转折点，指示滴定终点。终点。终点。终点。一般用于酸碱滴定和沉淀滴定一般

19、用于酸碱滴定和沉淀滴定一般用于酸碱滴定和沉淀滴定一般用于酸碱滴定和沉淀滴定3.高频滴定高频滴定4.其他应用其他应用平衡常数平衡常数难溶盐的溶解度难溶盐的溶解度 电导分析法具有操作简单，快速和不破坏电导分析法具有操作简单，快速和不破坏试样等特点，因而获得广泛的应用。但是试样等特点，因而获得广泛的应用。但是电导分析法的选择性差，所测得的电导是电导分析法的选择性差，所测得的电导是溶液中所有离子的电导之和，只能用于估溶液中所有离子的电导之和，只能用于估算离子的总量，而不能区分和测定所含离算离子的总量，而不能区分和测定所含离子的种类及其含量；电导分析法对于难离子的种类及其含量；电导分析法对于难离解的化合

20、物及有机物没有响应。解的化合物及有机物没有响应。总结总结一、基本原理一、基本原理1.1.电解分析法与库仑分析法电解分析法与库仑分析法都都是是将将被被测测溶溶液液置置于于电电解解装装置置中中进进行行电电解解，使使被被测测离离子子在在电电极极上上以以金金属属或或其其它它形形式式析析出出。控控制制电电压压可可使使不不同同的的物物质质先先后后析析出得以分离。出得以分离。142 库仑分析法库仑分析法n n电电解解分分析析法法是是根根据据电电极极所所增增加加的的重重量量求求算算出出其其含含量量的的方方法法。这这种种方方法法实实质质上上重重量分析法。量分析法。n n库库仑仑分分析析法法是是通通过过测测量量被

21、被测测物物质质电电解解所所消耗的电量来进行定量分析的方法。消耗的电量来进行定量分析的方法。电解电池电解电池2.电解的发生电解的发生电解过程电解过程电解硫酸铜电解硫酸铜(0.1(0.1mol/L)mol/L)溶液溶液,当逐渐增加电压，当逐渐增加电压，达到一定值后电解池中发生了如下反应：达到一定值后电解池中发生了如下反应：阴极反应：阴极反应：Cu2+2e Cu阳极反应：阳极反应：2H2O-4e O2+4H+电池电动势为：电池电动势为：E E=0.307-1.23=-0.92(V)=0.307-1.23=-0.92(V)E E外实测外实测 =（E E阳阳 +阳阳）-（E E阴阴 +阴阴）+iRiR电

22、解回路的电压降（电解回路的电压降（iR）,超电位（超电位（）产生超电位的原因产生超电位的原因产生超电位的原因产生超电位的原因:（1 1）浓差极化：）浓差极化：电流流过电极，电流流过电极，表面形成浓度梯度。使正极电位增表面形成浓度梯度。使正极电位增大，负极电位减小。大，负极电位减小。减小浓差极化的方法：减小浓差极化的方法：a.a.减小电流，增加电减小电流，增加电极面积；极面积；b.b.搅拌，有搅拌，有利于扩散利于扩散（2 2）电化学极化：）电化学极化：电电极反应速度慢，电极极反应速度慢，电极上聚集了一定的电荷。上聚集了一定的电荷。电解电压电解电压电解电压电解电压当外加电压增加当外加电压增加当外加

23、电压增加当外加电压增加至某一数值后，至某一数值后，至某一数值后，至某一数值后，通过电解池的电通过电解池的电通过电解池的电通过电解池的电流明显变大流明显变大流明显变大流明显变大。这这这这时的电极电位称时的电极电位称时的电极电位称时的电极电位称析出电位析出电位析出电位析出电位(析析析析)，电池上的电压电池上的电压电池上的电压电池上的电压称分解电压称分解电压称分解电压称分解电压(E E分分分分)。3.法拉第电解定律法拉第电解定律 进行电解反应时，电极上发生的电化学反应与溶液中进行电解反应时，电极上发生的电化学反应与溶液中进行电解反应时，电极上发生的电化学反应与溶液中进行电解反应时，电极上发生的电化学

24、反应与溶液中通过电量的关系，可用法拉第电解定律表示：通过电量的关系，可用法拉第电解定律表示：通过电量的关系，可用法拉第电解定律表示：通过电量的关系，可用法拉第电解定律表示：（1 1）电极上发生反应的物质的质量与通过该体系的电量）电极上发生反应的物质的质量与通过该体系的电量）电极上发生反应的物质的质量与通过该体系的电量）电极上发生反应的物质的质量与通过该体系的电量QQ成正比；成正比；成正比；成正比；（2 2）通过等量的电量时电极上所沉积的各物质的质量与）通过等量的电量时电极上所沉积的各物质的质量与）通过等量的电量时电极上所沉积的各物质的质量与）通过等量的电量时电极上所沉积的各物质的质量与各该物质

25、的各该物质的各该物质的各该物质的MMn n成正比成正比成正比成正比n n法拉第电解定律是库仑分析法的理法拉第电解定律是库仑分析法的理论基础。论基础。该法的该法的关键（前提）关键（前提）是：是：100%的电流效率的电流效率电流效率的定义电流效率的定义影响电流效率的因素：影响电流效率的因素：一一些些副副反反应应如如溶溶剂剂的的电电极极反反应应；其其它它物物质质（杂杂质质）的的电电解解反反应应；水水中中溶溶解解氧氧；电电解解产产物物的的再再反反应；充电电容等。应；充电电容等。n n 因此，满足前提的方法有：因此，满足前提的方法有：控制电位库仑控制电位库仑控制电位库仑控制电位库仑分析和恒电流库仑滴定分

26、析和恒电流库仑滴定分析和恒电流库仑滴定分析和恒电流库仑滴定二、二、控制电位库仑分析法控制电位库仑分析法1.为什么要控制电位？如何控制电位？为什么要控制电位？如何控制电位？采用三电极系统采用三电极系统采用三电极系统采用三电极系统控制电位电解装置示意图控制电位电解装置示意图2.电量的测量电量的测量 采用库仑计采用库仑计n n银库仑计（重量库仑计）银库仑计（重量库仑计）n n滴定库仑计滴定库仑计n n气体库仑计气体库仑计：直接读数，适合常规分析：直接读数，适合常规分析n n电流积分库仑计：电子式，常规分析电流积分库仑计：电子式，常规分析滴定库仑计滴定库仑计Pt阴极阴极 2H2O+2e-2OH-+H2

27、Ag阳极阳极 2Ag+2Br-2e2AgBr1Q电量产生共产生电量产生共产生0.1741 mL气体气体气体库仑计气体库仑计阳极：阳极：H2O-2e 1/2O2+2H+阴极：阴极：2H+2eH2通通N N2 2除氧。除氧。预电解预电解,消除电活性杂质。预电解达到背景电消除电活性杂质。预电解达到背景电流流,不接通库仑计。不接通库仑计。将一定体积的试样溶液加入到电解池中，接通将一定体积的试样溶液加入到电解池中，接通库仑计电解。当电解电流降低到背景电流时，库仑计电解。当电解电流降低到背景电流时，停止。停止。由库仑计记录的电量计算待测物质的含量。由库仑计记录的电量计算待测物质的含量。3.方法与应用方法与

28、应用三、恒电流库仑分析（库仑滴定）三、恒电流库仑分析（库仑滴定）1.库仑滴定的原理库仑滴定的原理 n n在试液中加入大量物质，使该物质电解在试液中加入大量物质，使该物质电解产生一种产生一种滴定剂滴定剂，滴定剂与被测物，滴定剂与被测物定量定量反应反应后，借助于电位法或指示剂来指示后，借助于电位法或指示剂来指示滴定终点，电解随即结束。滴定终点，电解随即结束。2.库仑滴定装置库仑滴定装置3.等当点的确定等当点的确定 化学指示剂法化学指示剂法灵敏度较低，适合于常量分析灵敏度较低，适合于常量分析 电位法电位法加入一对电极，指示电位的变化（突跃）加入一对电极，指示电位的变化（突跃）电流法、电导法等电流法、

29、电导法等n 分析结果是客观的通过测量电量得到，可用于分析结果是客观的通过测量电量得到，可用于基准物基准物质纯度的测定质纯度的测定。n 在较高的电流密度下进行，在较高的电流密度下进行，快速快速。n 滴定剂来自于电解时的电极产物，滴定剂来自于电解时的电极产物，产生后立即与溶液产生后立即与溶液中待测物质反应；中待测物质反应；滴定剂滴定剂可以是不稳定的可以是不稳定的可以是不稳定的可以是不稳定的。n 电量较为容易控制电量较为容易控制,测量准确测量准确(0.2%)(0.2%)，灵敏度较高，灵敏度较高1010-5-5-10-10-9-9 g/mLg/mL。n 可实现可实现自动自动滴定。滴定。4.库仑滴定的特

30、点库仑滴定的特点5.5.库仑滴定的应用库仑滴定的应用(1)酸碱滴定酸碱滴定;阳极反应：阳极反应：H2O=（1/2）O2+2H+2e 阴极反应：阴极反应：2 H2O=H2+2OH-2e(2)沉淀滴定沉淀滴定 阳极反应：阳极反应：Ag=Ag+e （Pb=Pb2+2e）(3)配位滴定配位滴定 阴极反应：阴极反应：HgY+2e=Hg+Y4(4)氧化还原滴定氧化还原滴定 阳极反应：阳极反应：2Br-=Br2+2e 2I-=I2+2epp 卡尔卡尔.费休（费休（Karl FisherKarl Fisher）法测定微量水法测定微量水143 电化学生物传感器电化学生物传感器一、定义一、定义生物传感器生物传感器

31、是指用固定化的生物体成分是指用固定化的生物体成分或生物体本身作为敏感元件的传感器，或生物体本身作为敏感元件的传感器，是一种将生物化学反应能转换成电信是一种将生物化学反应能转换成电信号的分析测试装置。号的分析测试装置。电化学生物传感器的基本组成电化学生物传感器的基本组成敏感元件（分子识别元件）和信号转换器件敏感元件（分子识别元件）和信号转换器件敏感元件（分子识别元件）和信号转换器件敏感元件（分子识别元件）和信号转换器件二、电化学生物传感器的信号转换器二、电化学生物传感器的信号转换器 离子选择电极离子选择电极离子选择电极离子选择电极 电位型电极电位型电极电位型电极电位型电极 氧化还原电极氧化还原电

32、极氧化还原电极氧化还原电极电化学电极电化学电极电化学电极电化学电极 电流型电极电流型电极电流型电极电流型电极 氧电极氧电极氧电极氧电极三、电化学生物传感器的分类三、电化学生物传感器的分类（根据敏感物质分类）（根据敏感物质分类）（根据敏感物质分类）（根据敏感物质分类）n n酶传感器酶传感器n n免疫传感器免疫传感器n n组织传感器、细胞传感器等组织传感器、细胞传感器等酶传感器酶传感器酶电极电化学电极顶端紧贴一层酶膜酶电极电化学电极顶端紧贴一层酶膜酶传感器应用酶传感器应用（1 1）葡萄糖传感器）葡萄糖传感器n n大肠杆菌改良型葡萄糖传感器大肠杆菌改良型葡萄糖传感器大肠杆菌改良型葡萄糖传感器大肠杆菌

33、改良型葡萄糖传感器n nMWCNTsMWCNTsMWCNTsMWCNTs-HRP-HRP-HRP-HRP葡萄糖传感器葡萄糖传感器葡萄糖传感器葡萄糖传感器n n检测血清中葡萄糖浓度检测血清中葡萄糖浓度检测血清中葡萄糖浓度检测血清中葡萄糖浓度大肠杆菌改良型葡萄糖传感器大肠杆菌改良型葡萄糖传感器n n利用大肠杆菌中的葡萄糖脱氢酶利用大肠杆菌中的葡萄糖脱氢酶利用大肠杆菌中的葡萄糖脱氢酶利用大肠杆菌中的葡萄糖脱氢酶(mGDHmGDHmGDHmGDH)对氧分子对氧分子对氧分子对氧分子的不敏感性而降低干扰。的不敏感性而降低干扰。的不敏感性而降低干扰。的不敏感性而降低干扰。n n此传感器把大肠杆菌细胞固定在附

34、有苯醌的石墨此传感器把大肠杆菌细胞固定在附有苯醌的石墨此传感器把大肠杆菌细胞固定在附有苯醌的石墨此传感器把大肠杆菌细胞固定在附有苯醌的石墨电极上，中间夹有一层透析膜。电极上，中间夹有一层透析膜。电极上，中间夹有一层透析膜。电极上，中间夹有一层透析膜。n n检测葡萄糖浓度达检测葡萄糖浓度达检测葡萄糖浓度达检测葡萄糖浓度达0.2-10 0.2-10 0.2-10 0.2-10 mM mM mM mM，响应时间在响应时间在响应时间在响应时间在2 2 2 2minminminmin左右，此葡萄糖传感器用左右，此葡萄糖传感器用左右，此葡萄糖传感器用左右，此葡萄糖传感器用EDTAEDTAEDTAEDTA处

35、理后可再度使用。处理后可再度使用。处理后可再度使用。处理后可再度使用。MWCNTsMWCNTs-HRP-HRP葡萄糖传感器葡萄糖传感器n n施加电压为施加电压为施加电压为施加电压为-300-300-300-300mvmvmvmv时，可避免抗坏血酸、尿酸等时，可避免抗坏血酸、尿酸等时，可避免抗坏血酸、尿酸等时，可避免抗坏血酸、尿酸等干扰，对葡萄糖在干扰，对葡萄糖在干扰，对葡萄糖在干扰，对葡萄糖在GODGODGODGOD作用下生成的过氧化氢有高作用下生成的过氧化氢有高作用下生成的过氧化氢有高作用下生成的过氧化氢有高的灵敏度。的灵敏度。的灵敏度。的灵敏度。n nMWCNTsMWCNTsMWCNTsM

36、WCNTs和和和和HRPHRPHRPHRP混合物固定在电极上，制成混合物固定在电极上，制成混合物固定在电极上，制成混合物固定在电极上，制成MWCNTs-MWCNTs-MWCNTs-MWCNTs-HRPHRPHRPHRP改进型电极。改进型电极。改进型电极。改进型电极。n n检测限达检测限达检测限达检测限达1.0 1.0 1.0 1.0 x 10(-7)mol/L,x 10(-7)mol/L,x 10(-7)mol/L,x 10(-7)mol/L,还可在线检测葡萄还可在线检测葡萄还可在线检测葡萄还可在线检测葡萄糖。糖。糖。糖。检测血清中葡萄糖浓度检测血清中葡萄糖浓度n n在普通葡萄糖电极上加一层多

37、功能膜，使测量不在普通葡萄糖电极上加一层多功能膜，使测量不在普通葡萄糖电极上加一层多功能膜，使测量不在普通葡萄糖电极上加一层多功能膜，使测量不受血液中其它金属离子以及抗坏血酸、尿酸等干受血液中其它金属离子以及抗坏血酸、尿酸等干受血液中其它金属离子以及抗坏血酸、尿酸等干受血液中其它金属离子以及抗坏血酸、尿酸等干扰物质的影响。扰物质的影响。扰物质的影响。扰物质的影响。n n此多功能膜为磷酸胆碱，甲基丙稀酰胺和纤维素此多功能膜为磷酸胆碱，甲基丙稀酰胺和纤维素此多功能膜为磷酸胆碱，甲基丙稀酰胺和纤维素此多功能膜为磷酸胆碱，甲基丙稀酰胺和纤维素的聚合物。的聚合物。的聚合物。的聚合物。n n检测血清中葡萄

38、糖浓度达检测血清中葡萄糖浓度达检测血清中葡萄糖浓度达检测血清中葡萄糖浓度达5-650 5-650 mg/dlmg/dl，响应时间响应时间响应时间响应时间小于小于小于小于60606060s s s s，有很好的重现性和稳定性有很好的重现性和稳定性有很好的重现性和稳定性有很好的重现性和稳定性。脲电极脲电极Urea+2HUrea+2H2 2O O 2NH 2NH4 4+2HCO+2HCO3 3-脲脲 酶酶产生的产生的2 2NHNH4 4+为阳离子电极感应为阳离子电极感应。此外还有：此外还有：氨基酸电极；醇电极；尿酸电极；乳酸氨基酸电极；醇电极；尿酸电极；乳酸电极；青霉素电极；亚硝酸离子电极：菠菜亚硝

39、酸电极；青霉素电极；亚硝酸离子电极：菠菜亚硝酸还原酶产生还原酶产生NHNH3 3免疫传感器免疫传感器n n基本原理基本原理 采用抗原与抗体的特异反应将待测物与酶采用抗原与抗体的特异反应将待测物与酶连接，然后通过酶与底物产生颜色反应，连接，然后通过酶与底物产生颜色反应，用于定量测定。用于定量测定。n n在这种测定方法中有在这种测定方法中有3 3种必要的试剂：种必要的试剂：固相的抗原或抗体（固相的抗原或抗体（免疫吸附剂）免疫吸附剂）酶标记的抗原或抗体（酶标记的抗原或抗体（标记物）标记物）酶作用的底物（酶作用的底物（显色剂）显色剂）细胞传感器细胞传感器 以动植物细胞作为生物敏感膜的电化学传感器以动植

40、物细胞作为生物敏感膜的电化学传感器以动植物细胞作为生物敏感膜的电化学传感器以动植物细胞作为生物敏感膜的电化学传感器称为细胞电极，此系酶电极的衍生型电极。动称为细胞电极，此系酶电极的衍生型电极。动称为细胞电极，此系酶电极的衍生型电极。动称为细胞电极，此系酶电极的衍生型电极。动植物细胞中的酶是反应的催化剂。植物细胞中的酶是反应的催化剂。植物细胞中的酶是反应的催化剂。植物细胞中的酶是反应的催化剂。与酶电极比较，细胞电极具有如下优点：与酶电极比较，细胞电极具有如下优点：与酶电极比较，细胞电极具有如下优点：与酶电极比较，细胞电极具有如下优点：1.1.1.1.酶活性较离析酶高。酶活性较离析酶高。酶活性较离

41、析酶高。酶活性较离析酶高。2.2.2.2.酶的稳定性增大。酶的稳定性增大。酶的稳定性增大。酶的稳定性增大。3.3.3.3.材料易于获得材料易于获得材料易于获得材料易于获得。细胞传感器的应用细胞传感器的应用 细胞传感器可用于诊断早期癌症，用人类脐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，肿瘤细胞离子选择性电极上作为传感器，肿瘤细胞中中VEGFVEGF刺激细胞使电极电位发生变化从而刺激细胞使电极电位发生变化从而测得测得VEGFVEGF浓度来诊断癌症。浓度来诊断癌症。生物传感器的特点生物传感器的特点 专一

42、性好，灵敏度高专一性好，灵敏度高专一性好，灵敏度高专一性好，灵敏度高 体积小，可连续的在线、在位、在体监测体积小，可连续的在线、在位、在体监测体积小，可连续的在线、在位、在体监测体积小，可连续的在线、在位、在体监测 响应快、样品用量小，可以反复多次使用响应快、样品用量小，可以反复多次使用响应快、样品用量小，可以反复多次使用响应快、样品用量小，可以反复多次使用 易于实现多组分的同时测定易于实现多组分的同时测定易于实现多组分的同时测定易于实现多组分的同时测定 成本远低于大型分析仪器，便于推广普及成本远低于大型分析仪器，便于推广普及成本远低于大型分析仪器，便于推广普及成本远低于大型分析仪器，便于推广普及展望展望 随着一些关键技术的进一步完善，随着人们随着一些关键技术的进一步完善，随着人们对生物体认识的不断深入，随着各学科的对生物体认识的不断深入，随着各学科的不断发展，生物传感器必将在未来会有更不断发展，生物传感器必将在未来会有更大的作为。大的作为。本章重点本章重点n n1.电导分析法定义电导分析法定义n n2.库仑分析法定义库仑分析法定义n n3.生物传感器定义及分类生物传感器定义及分类