电化学传感器
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
种类繁多的化学传感器的出现，突破了人的感官的局限，使 人类的化学感觉在广度上和深度上都得到了延伸。简单而言， 化学传感器是模仿人类化学感觉器官的人造仪器。例如，半导 体气味传感器对人鼻嗅之无味的一氧化碳，其检测灵敏度可低 至百万分之几，这一数值远低于空气中允许存在的一氧化碳浓
度。安装这样的传感器可有效地防止一氧化碳中毒。
B
5
二、电化学分析法分类
电位分析法（电极电位）
直接电位法: 电极电位与溶液中电活性物质 的活度有关。
电位滴定: 用电位测量装置指示滴定分析过 程中被测组分的浓度变化。
研制各种高灵敏度、高选择性的 电极是电位分析法最活跃的研究 领域之一。
B
6
电解与库仑分析法（电量）
电解分析:
在恒电流或控制电位的条件下，被测物在电
• 电池反应：原电池的两极所发生的总的氧化还 原反应。在原电池中，流出电子的电极称为负 极，流入电子的电极称为正极。原电池的正极 发生还原反应，负极发生氧化反应。
根据信号转换技术的不同，可将化学传感器分为
电化学传感器、光化学传感器、质量化学传感器和
热化学传感器。
B
19
三、电化学分析法原理
• 化学电池与电化学分析装置 • 相间电位和液间电位 • 电池电动势与电极电位 • 电极类型
B
20
1、化学电池与电化学分析装置
化学电池：原电池 和电解电池。 电化学基本装置： 两支电极、盐桥、电 源、记录装置
极谱法：使用滴汞电极的一 种特殊的伏安分析法。
B
8
循环伏安法（CV）
• 循环伏安法可用于研究化合物电极过程的机理、双电层、吸附现象 和电极反应动力学．成为最有用的电化学方法之一。
• 扫描电压呈等腰三角形。如果前半部扫描(电压上升部分)为去极化剂 在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物 重新被氧化的阳极过程。因此．一次三角波扫描完成一个还原过程和氧 化过程的循环，故称为循环伏安法。
人的味觉
B
17
在人类的感觉中，视觉、听觉和触觉获取的是物理信息，与 之相关的传感器被分类为物理传感器.嗅觉、味觉获取的是化 学信息，称为化学传感器。
人的嗅觉和味觉，即人的化学感觉有种种局限,它对许多有味 物质的感觉比较迟钝同时能感觉的化学对象的种类亦有局限. 比如人的嗅觉不能识别有毒的一氧化碳,因而常常在不知不觉 中中毒。
B
21
几个概念
• 氧化还原电对：氧化剂与它的还原产物及还原剂与 它的氧化产物组成，简称为电对。
• 电极：相应的氧化还原电对构成电极
• 电对表示方法：氧化型物质在左侧，还原型物质在 右侧，中间用斜线“／”隔开，即Ox／Red。
Zn电极： Zn 2 Zn
Cu电极： Cu 2 Cu
B
22
• 电极反应（半电池反应）：分别在两个半电池 中发生的氧化反应或还原反应。
B
9
有机物的氧化电位测定
Current density/mA*cm-2
4.5
4.0 Blank-solution
3.5
Dye-solution
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
-0.5
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
Potential(vs. SCE)/V
B
10
• 两个峰电流值及其比值，两个峰电位值及其差值 是循环伏安法中最为重要的参数。
电化学传感器
B
1
一、 概 述 一、电化学分析法概述
什么是电化学分析 ?
定义: 应用电化学的基本原理和实验技术，依据 物质的电化学性质(电流、电位、电导、电量)，在 溶液中有电流或无电流流动的情况下，来测定物质 组成及含量的分析方法称之为电化学分析或电分析 化学。
B
2
电化学分析法的特点:
灵敏度、准确度高，选择性好，应用广泛。 被测物质的最低量可以达到10-12 mol/L数量级。 电化学仪器装置较为简单，操作方便,尤其适合于 化工生产中的自动控制和在线分析。 适用范围广（无机离子的分析；有机电化学分析 ；药物分析；应用于活体分析）
B
18
如何实现信号转化
电化学传感器就是将分析对象的化学信息转换成电 信号的传感装置。从1906年第一支化学传感器产生 以来，大半个世纪中化学传感器的信号转换均集中 在将化学信息直接以电信号（如电流、电位、电阻 等）表达的方式上。
直到最近30多年，随着光纤通信技术和物理传感 器（如石英晶体微天平、压电表面声波器件等）的 发展，化学家们才将化学传感器的信号转换由单纯 的电信号拓展到光信号、热信号、质量信号等多个 领域。
极上析出，实现定量分离测定目的的方法。
电重量分析法:
电解过程中在阴极上析出的物质量通常可以
用称重的方法来确定。
库仑分析法:
依据法拉第电解定律，由电解过程中电极上
通过的电量来确定电极上析出的物质量。
电流滴定或库仑滴定：
在恒电流下，电解产生的滴定剂与被测物作
用。
B
7
极谱与伏安分析(电流－电压曲线)
伏安分析：通过测定特殊条 件下的电流—电压曲线来分析 电解质的组成和含量的一类分 析方法的总称。
• 对于符合Nernst方程的可逆电极反应，在25℃时：
B
11
Hale Waihona Puke Baidu
电导分析法（电导）
普通电导法：高纯水质测定，弱酸测定 高频电导法：电极不与试样接触
B
12
计时分析法(chronoanalysis)
在电分析化学中，记录电流或电极电势等与时间的关系 曲线的方法称为计时分析法．
• 记录电流一时间的关系方法，称为计时电流法． • 记录电势一时间的关系方法，称为计时电势法。 • 记录电量一时间关系的方法，称为计时库仑法。 是研究电极过程和吸附的极好方法。
B
13
• 计时电流法和计时库仑法
计时电流法是一种控制电位的分析方法，电位是控制的对象，电流是被测定 的对象，记录的是i—t曲线。
电位阶跃产生极限电流，对于平面电极的线性扩散，其极限扩散电流可用 Cottrell方程式表示:
如电位阶跃未达到极限电流，则：
如对电流积分：
B
14
B
15
三电极体系
B
16
B
3
二、电化学分析法分类
根据所测电物理量不同分： • 电位分析法 • 电解与库仑分析法 • 极谱与伏安分析法 • 电导分析法
B
4
电化学传感器
• 由膜电极和电解液灌封而成。 • 浓度（气体）信号将电解液分解成阴阳带
电离子，通过电极将信号传出。 • 它的优点是：反映速度快、准确（可用于
ppm级），稳定性好、能够定量检测，但 寿命较短（大于等于两年）。 • 它主要适用于毒性气体的检测。目前国际 上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。
度。安装这样的传感器可有效地防止一氧化碳中毒。
B
5
二、电化学分析法分类
电位分析法（电极电位）
直接电位法: 电极电位与溶液中电活性物质 的活度有关。
电位滴定: 用电位测量装置指示滴定分析过 程中被测组分的浓度变化。
研制各种高灵敏度、高选择性的 电极是电位分析法最活跃的研究 领域之一。
B
6
电解与库仑分析法（电量）
电解分析:
在恒电流或控制电位的条件下，被测物在电
• 电池反应：原电池的两极所发生的总的氧化还 原反应。在原电池中，流出电子的电极称为负 极，流入电子的电极称为正极。原电池的正极 发生还原反应，负极发生氧化反应。
根据信号转换技术的不同，可将化学传感器分为
电化学传感器、光化学传感器、质量化学传感器和
热化学传感器。
B
19
三、电化学分析法原理
• 化学电池与电化学分析装置 • 相间电位和液间电位 • 电池电动势与电极电位 • 电极类型
B
20
1、化学电池与电化学分析装置
化学电池：原电池 和电解电池。 电化学基本装置： 两支电极、盐桥、电 源、记录装置
极谱法：使用滴汞电极的一 种特殊的伏安分析法。
B
8
循环伏安法（CV）
• 循环伏安法可用于研究化合物电极过程的机理、双电层、吸附现象 和电极反应动力学．成为最有用的电化学方法之一。
• 扫描电压呈等腰三角形。如果前半部扫描(电压上升部分)为去极化剂 在电极上被还原的阴极过程，则后半部扫描(电压下降部分)为还原产物 重新被氧化的阳极过程。因此．一次三角波扫描完成一个还原过程和氧 化过程的循环，故称为循环伏安法。
人的味觉
B
17
在人类的感觉中，视觉、听觉和触觉获取的是物理信息，与 之相关的传感器被分类为物理传感器.嗅觉、味觉获取的是化 学信息，称为化学传感器。
人的嗅觉和味觉，即人的化学感觉有种种局限,它对许多有味 物质的感觉比较迟钝同时能感觉的化学对象的种类亦有局限. 比如人的嗅觉不能识别有毒的一氧化碳,因而常常在不知不觉 中中毒。
B
21
几个概念
• 氧化还原电对：氧化剂与它的还原产物及还原剂与 它的氧化产物组成，简称为电对。
• 电极：相应的氧化还原电对构成电极
• 电对表示方法：氧化型物质在左侧，还原型物质在 右侧，中间用斜线“／”隔开，即Ox／Red。
Zn电极： Zn 2 Zn
Cu电极： Cu 2 Cu
B
22
• 电极反应（半电池反应）：分别在两个半电池 中发生的氧化反应或还原反应。
B
9
有机物的氧化电位测定
Current density/mA*cm-2
4.5
4.0 Blank-solution
3.5
Dye-solution
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
-0.5
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
Potential(vs. SCE)/V
B
10
• 两个峰电流值及其比值，两个峰电位值及其差值 是循环伏安法中最为重要的参数。
电化学传感器
B
1
一、 概 述 一、电化学分析法概述
什么是电化学分析 ?
定义: 应用电化学的基本原理和实验技术，依据 物质的电化学性质(电流、电位、电导、电量)，在 溶液中有电流或无电流流动的情况下，来测定物质 组成及含量的分析方法称之为电化学分析或电分析 化学。
B
2
电化学分析法的特点:
灵敏度、准确度高，选择性好，应用广泛。 被测物质的最低量可以达到10-12 mol/L数量级。 电化学仪器装置较为简单，操作方便,尤其适合于 化工生产中的自动控制和在线分析。 适用范围广（无机离子的分析；有机电化学分析 ；药物分析；应用于活体分析）
B
18
如何实现信号转化
电化学传感器就是将分析对象的化学信息转换成电 信号的传感装置。从1906年第一支化学传感器产生 以来，大半个世纪中化学传感器的信号转换均集中 在将化学信息直接以电信号（如电流、电位、电阻 等）表达的方式上。
直到最近30多年，随着光纤通信技术和物理传感 器（如石英晶体微天平、压电表面声波器件等）的 发展，化学家们才将化学传感器的信号转换由单纯 的电信号拓展到光信号、热信号、质量信号等多个 领域。
极上析出，实现定量分离测定目的的方法。
电重量分析法:
电解过程中在阴极上析出的物质量通常可以
用称重的方法来确定。
库仑分析法:
依据法拉第电解定律，由电解过程中电极上
通过的电量来确定电极上析出的物质量。
电流滴定或库仑滴定：
在恒电流下，电解产生的滴定剂与被测物作
用。
B
7
极谱与伏安分析(电流－电压曲线)
伏安分析：通过测定特殊条 件下的电流—电压曲线来分析 电解质的组成和含量的一类分 析方法的总称。
• 对于符合Nernst方程的可逆电极反应，在25℃时：
B
11
Hale Waihona Puke Baidu
电导分析法（电导）
普通电导法：高纯水质测定，弱酸测定 高频电导法：电极不与试样接触
B
12
计时分析法(chronoanalysis)
在电分析化学中，记录电流或电极电势等与时间的关系 曲线的方法称为计时分析法．
• 记录电流一时间的关系方法，称为计时电流法． • 记录电势一时间的关系方法，称为计时电势法。 • 记录电量一时间关系的方法，称为计时库仑法。 是研究电极过程和吸附的极好方法。
B
13
• 计时电流法和计时库仑法
计时电流法是一种控制电位的分析方法，电位是控制的对象，电流是被测定 的对象，记录的是i—t曲线。
电位阶跃产生极限电流，对于平面电极的线性扩散，其极限扩散电流可用 Cottrell方程式表示:
如电位阶跃未达到极限电流，则：
如对电流积分：
B
14
B
15
三电极体系
B
16
B
3
二、电化学分析法分类
根据所测电物理量不同分： • 电位分析法 • 电解与库仑分析法 • 极谱与伏安分析法 • 电导分析法
B
4
电化学传感器
• 由膜电极和电解液灌封而成。 • 浓度（气体）信号将电解液分解成阴阳带
电离子，通过电极将信号传出。 • 它的优点是：反映速度快、准确（可用于
ppm级），稳定性好、能够定量检测，但 寿命较短（大于等于两年）。 • 它主要适用于毒性气体的检测。目前国际 上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。