第11章电分析导论课件

生物电化学传感器分类
根据生物活性物质的不同，可分为酶电极、微生物电极、免疫电极等。
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生物电化学传感器应用
具有选择性好、灵敏度高、响应速度快等优点，广泛应用于环境监测、食品安全、医疗诊 断等领域，如检测农药残留、重金属离子、生物毒素等有害物质，监测人体血糖、尿酸等 生理指标。
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循环伏安法可用于研究材料的电化学性能、腐蚀行为等。
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电化学传感器与生物电化学传感器
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电化学传感器概述及分类
电化学传感器分类
根据测量原理不同，可分为电 位型、电流型和电导型传感器 。
电流型传感器
通过测量电解过程中电流的变 化来反映被测物质浓度的变化 ，如安培计、库仑计等。
微型化和便携化
随着微纳米技术的发展，电分 析器件将实现微型化和便携化 ，方便现场快速检测和实时监 测。
绿色化和环保化
电分析技术将注重环保和可持 续发展，减少对环境的影响， 同时开发环保型的电极材料和
电解质。
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THANK YOU
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电导分析法与伏安分析法
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电导分析法原理及特点
原理
电导分析法是通过测量溶液的电导率来分析溶液中离子浓度的一种方法。溶液的电导率与溶液中离子浓度、离子 迁移率以及溶液温度等因素有关。
特点
电导分析法具有测量快速、准确度高、重现性好、操作简便等优点。同时，该方法对溶液中的非电解质不敏感， 因此适用于复杂体系中离子浓度的测定。
气体传感器工作原理
利用气体在电极上的氧化还原反应产生 的电流或电位变化来检测气体浓度。
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气体传感器应用
广泛应用于环境监测、工业生产、医疗诊 断等领域，如检测大气中的氧气、二氧化 碳、氮氧化物等有害气体，监测工业废气 排放，诊断呼吸道疾病等。
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湿度传感器工作原理及应用
湿度传感器工作原理
电分析定义
利用物质的电学和电化学性质进 行表征和测量的科学分析方法。
电分析作用
在环境监测、生物医学、工业过 程控制等领域具有广泛应用，如 水质分析、生物传感器、气体检 测等。
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电化学体系组成
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电极
发生氧化还原反应的场所 ，常用电极材料包括金属 、碳等。
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电解质
含有自由离子的导电介质 ，如酸、碱、盐等水溶液 或熔融盐。
电化学传感器定义
利用电化学原理将被测物质浓 度转换为电信号进行检测的装 置。
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电位型传感器
通过测量电极电位变化来反映 被测物质浓度的变化，如pH 电极、离子选择性电极等。
电导型传感器
通过测量溶液电导率的变化来 反映被测物质浓度的变化，如 电导率计、电阻率计等。
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气体传感器工作原理及应用
拓展应用领域
微纳米技术的应用可以拓展电分析的应用领域，如生物医学、环境监 测、食品安全等。
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光电化学传感器在环境监测中应用
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大气环境监测
光电化学传感器可以用于检测大气中的有害气体和颗粒物，如 NOx、SOx、VOCs、PM2.5等。
水环境监测
光电化学传感器可以用于检测水中的重金属、有机物、生物毒素等 污染物。
第11章电分析导论课件
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• 电分析基本概念与原理 • 电位分析法 • 电解分析法与库仑分析法 • 电导分析法与伏安分析法 • 电化学传感器与生物电化学传感器 • 现代电分析技术发展趋势与挑战
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电分析基本概念与原理
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电分析定义及作用
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电位分析法
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电位分析法原理及特点
原理
利用物质的电化学性质及其变化规律 ，通过测量电极电位或电池电动势来 进行分析的方法。
特点
设备简单、操作方便、快速准确、灵 敏度高、选择性好。
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指示电极与参比电极选择
指示电极
用于指示待测离子活度的电极，其电 位与待测离子活度之间符合能斯特方 程。
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应用实例
酸碱滴定、氧化还原滴定、沉淀滴 定等。
优点
终点判断准确、不受溶液颜色、浑 浊度等影响。
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离子选择性电极法及应用
离子选择性电极
一种对特定离子具有选择性响应 的电极，其电位与待测离子活度
之间符合能斯特方程。
应用
水质分析、环境监测、生物医学 等领域中特定离子的测定。
优点
选择性好、灵敏度高、响应快速 、操作简便。
现代电分析技术发展趋势与挑战
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微纳米技术在电分析中应用前景
提高灵敏度和选择性
微纳米技术可以制造高灵敏度、高选择性的电极和传感器，实现对 痕量物质的准确检测。
微型化和集成化
微纳米技术可以制造微型化的电分析器件，实现便携式和在线检测 ，同时可以与其他技术集成，形成多功能的分析系统。
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溶液电导率测量技术
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电导池常数测定
通过测量已知电导率的溶液在电导池中的电阻值 ，可以计算出电导池的常数，为后续测量提供基 础。
溶液电导率测量
在已知电导池常数的基础上，通过测量待测溶液 在电导池中的电阻值，可以计算出溶液的电导率 。
温度补偿
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由于溶液的电导率受温度影响较大，因此在进行 电导率测量时需要进行温度补偿，以保证测量结 果的准确性。
应用范围将得到进一步提升。
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未来发展趋势预测和展望
智能化和自动化
随着人工智能和机器学习技术 的发展，电分析技术将实现智 能化和自动化，提高分析效率
和准确性。
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多功能化和集成化
电分析技术将与其他技术集成 ，形成多功能的分析系统，满 足复杂样品的多组分同时检测 需求。
参比电极
选择原则
指示电极应具有对待测离子敏感、响 应快速、稳定性好等特点；参比电极 应具有电位稳定、重现性好、温度系 数小等特点。
具有已知且恒定的电位，用于与指示 电极组成电池并测量电池电动势。
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电位滴定法及应用实例
电位滴定法
在滴定过程中通过测量电位变化 来确定滴定终点的方法。
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循环伏安法及应用实例
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原理
循环伏安法是一种通过控制电极电位在特定范围内周期性变化，并记录电流-电压曲线 来进行分析的方法。该方法结合了伏安分析法和电位分析法的优点，能够提供更丰富的
电化学信息。
应用实例
循环伏安法在电化学、分析化学、材料科学等领域具有广泛的应用。例如，在电化学领 域，循环伏安法可用于研究电极反应机理、测定电极过程动力学参数等；在分析化学领 域，循环伏安法可用于痕量金属离子、有机物等的定性和定量分析；在材料科学领域，
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特点
具有极高的灵敏度和准确度，可测定极低浓度的组分；选择 性好，可排除复杂样品中其他组分的干扰；操作简便，自动 化程度高。
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恒电流库仑滴定法及应用
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恒电流库仑滴定法
在恒定的电流下，通过滴定剂与待测 物质发生反应，根据反应终点时的电 量变化进行定量分析。
应用
用于测定有机物中的官能团、无机物 中的金属离子等；也可用于药物分析 、环境监测等领域。
界面
电极与电解质之间的接触 面，发生电荷转移和物质 交换。
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电极过程动力学原理
电极反应
电极上发生的氧化或还原 反应，涉及电子转移。
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电极电位
电极反应达到平衡时的电 位，与反应物和生成物的 浓度有关。
电极过程
包括电荷转移、传质过程 等，影响电极反应的速率 和选择性。
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物质电性质与电化学行为
土壤环境监测
光电化学传感器可以用于检测土壤中的重金属、农药残留等污染物 。
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生物电化学传感器在医疗诊断中挑战和机遇
挑战
生物样品的复杂性和多样性对传感器的灵敏 度和选择性提出了更高的要求；同时，生物 电化学传感器的稳定性和重现性也是一大挑 战。
机遇
生物电化学传感器具有高灵敏度、高选择性 、快速响应等优点，可以用于疾病的早期诊 断和个性化治疗。同时，随着生物技术和纳 米技术的发展，生物电化学传感器的性能和
01
物质电性质
包括导电性、介电性、电化学活性等，与物质的组成和结构有关。
02
电化学行为
物质在电化学体系中的表现，如氧化还原反应、电沉积、电催化等。
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物质电性质与电化学行为的关系
物质的电性质决定其在电化学体系中的行为，如导电性好的物质可作为
电极材料，具有电化学活性的物质可发生氧化还原反应等。
利用湿敏元件吸附或脱附水分子引起的电阻 、电容等物理量的变化来检测湿度。
湿度传感器应用
广泛应用于气象、农业、仓储、食品加工等 领域，如测量空气湿度、土壤湿度、粮食水 分含量等。
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生物电化学传感器简介
生物电化学传感器定义
利用生物活性物质与待测物质之间的特异性反应产生的电化学信号进行检测的装置。
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伏安分析法原理及特点
原理
伏安分析法是通过测量电解过程中电流与电压之间的关系来分析溶液中物质浓度的一种方法。该方法 基于法拉第电解定律和欧姆定律，通过测量电解过程中的电流和电压变化来推算溶液中物质的浓度。
特点
伏安分析法具有灵敏度高、选择性好、适用范围广等优点。同时，该方法还可以与其他技术相结合， 如极谱分析、循环伏安法等，以进一步提高分析的准确性和灵敏度。
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控制电位电解法及应用
控制电位电解法
通过控制电极电位，使待测物质在特定电位下发生电解反应，根据反应过程中的 电流变化进行定量分析。
应用
用于测定有机物中的卤素、硫、氮等元素；也可用于无机物中金属元素的测定， 如铜、锌、铅等。
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库仑分析法原理及特点
原理
利用库仑定律，通过测量电解过程中所消耗的电量来计算待 测物质的含量。
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电解分析法与库仑分析法
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电解分析法原理及特点
原理
通过电解作用将待测物质在电极上发生氧化还原反应，根据电解过程中所消耗 的电量进行定量分析。
特点
具有较高的灵敏度和准确度，适用于微量和痕量组分的测定；选择性好，可测 定复杂样品中的特定组分；操作简便，分析速度快。