电化学传感器的制备与应用

电化学传感器的制备与应用
电化学传感器是一种将电化学过程与化学分析相结合的方法，
适用于检测液体和气体中的化学物质。

它以电极为核心，利用电
极表面发生的电化学反应来感测分析样品中的目标化合物，并将
其转化为电信号输出，实现对样品中化学物质的定量检测和分析。

本文将介绍电化学传感器的制备与应用，以及近年来的研究进展。

一、电化学传感器的制备
电化学传感器包括工作电极、参比电极和计量电极三个部分。

其中，工作电极是检测物质的反应区，是传感器的核心部件。

参
比电极和计量电极分别用于稳定电位和测量反应后电位差，是保
障传感器稳定工作的关键。

电化学传感器可以根据不同的应用场
景和检测要求，选择不同的材料和组成方式进行制备。

1. 材料选择
常用的工作电极材料有玻碳电极、金、银、铜、铂、金属氧化物、碳纳米管、金属有机框架等材料。

参比电极材料主要是氯化
银/银电极和Ag/AgCl电极，这两种参比电极具有在广泛的电势范
围内工作的特点，流动池型电化学传感器中还会使用Ag/AgNO3电极。

计量电极材料主要是玻碳电极、金属电极和红外光谱法。

2. 制备方式
工作电极可以通过电化学活化、蒸发沉积、分子自组装、热解等多种方式进行制备。

气体传感器中的工作电极一般要涂层以提高选择性和敏感度，涂层主要是光气、氧化铁和氧化锰等。

参比电极的制备主要是对电极进行氧化还原反应使其具有一定的电位，一般是将平衡电位设置在零点电位附近，以保证稳定工作。

计量电极的制备一般是对电极表面进行化学修饰，制造出一个具有特定表面性质的电极，用于特定物质的检测。

二、电化学传感器的应用
电化学传感器在环保、食品、医药、生命科学等领域都有着广泛的应用。

下面列出一些常见的应用案例：
1. 环境监测
电化学传感器可以用于污染物、有害气体以及水质监控等方面。

例如，用电化学传感器监测水中的氨氮、硝酸盐、叶绿素等，实
现水质监测和污染物检测；利用氧化还原反应来监测大气中的臭
氧含量，实现空气污染监测。

2. 食品安全
电化学传感器可以用于食品检测和安全评估。

例如，利用电化
学传感器检测牛奶中的脂肪含量和乳糖含量，方便进行食品配方
的优化和质量控制；利用电化学传感器检测食品中的添加剂和奶
制品中的抗生素残留，以实现对食品安全的监控。

3. 生命科学
电化学传感器可以用于细胞、生物分子的检测。

例如，利用电
化学传感器检测生物标志物、基因等，用于人类疾病的诊断和治疗；利用电化学传感器检测浆细胞的代谢活动和生物材料的化学
反应，用于生物技术的开展和研究。

三、近年来的研究进展
电化学传感器在近年来的研究过程中，得到了显著的技术进展和突破，主要表现在以下几个方面：
1. 检测性能的提升
近年来，研究人员通过对电极材料和电极表面状态的改进，以及减小传感器结构大小带来的地壳和尺寸效应等方式，成功提升了电化学传感器的检测性能。

例如，研制出了一种基于碳纳米管的电化学传感器，可以对溶解氧、硝酸盐等多种物质进行检测，并具有高灵敏度和选择性。

2. 技术创新和应用拓展
电化学传感器的应用范围不断拓展，目前主要涵盖了环保、食品、医药、生命科学等广泛领域。

近年来，研究人员不断探索和创新，通过引入新的材料和新的分析方法，实现了传感器在目标检测、作用机制、信号的传递和信号处理方面的进一步发展和应用。

3. 先进制备技术的发展
电化学传感器制备技术也在不断地更新迭代，通过引入纳米技术、激光刻蚀技术、电化学沉积技术等新工艺，不断提升电化学传感器的制备精度和加工速度，同时也极大地拓宽了其在金属合金、生物芯片、微流控分析器件领域的应用前景。

总之，电化学传感器的制备和应用已经成为了现代化学分析的重要组成部分，未来随着相关领域的不断发展和技术创新，它的应用领域和可行性将会愈发广阔，成为物质检测和工业应用的重要手段之一。