《电化学传感器》PPT课件

玻璃 电极
离子接触型
全固态型
硫化银膜电极
将离子选择性电极与参比电极组成一个原 电池，在零电流条件下测量原电池电动势，通 过能斯特方程计算溶液中待测离子的活度。
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二、离子传感器的分类
根据膜电极响应机理，膜的结构、组分对离子 传感器分类：
晶体膜传感器
均相膜传感器 非均相膜传感器
基本传感器
主要干扰离子
510－7~110－1 OH－
510－5~110－1 510－6~110－1 110－7~110－1
Br－, S2O32－, I－, CN－, S2－ S2O32－, I－, CN－, S2－ S2－
110－6~110－2 I－
110－7~110－1 Hg2＋
510－7~110－1 Ag＋, Hg2＋, Fe3＋, Cl－
的对数值呈线性关系 。
电位型传感器中，研究最多的是离子传感
器，或称离子选择性电极。
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2、电流型传感器工作原理 通过测量电流或电量 来测定化学量
通常采用三电极体 系 ：工作电极、辅 助电极、参比电极
测量的电流信号与发生电极氧化（或还原）的
物质浓度相关 。
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3、电导型传感器工作原理
通过测量 电导来测 定化学量
惠斯顿电桥平衡法
Rx
R1 R2
R3
电导型传感器有极高的灵敏度，但几乎没有
选择性，因此应用较少。
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三、电化学传感器的性能指标
电化学传感器的性能指标：灵敏度、选择 性、响应时间、准确性、测量范围、温度系 数、背景电流和仪器噪声、稳定性、使用寿 命等。
各性能指标与敏感元件的本性、电极材 料、制备工艺、信号收集与处理系统的性能 等因素有关。
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3、响应时间 ➢对电位型传感器，响应时间取决于膜电 位达到平衡的时间长短； ➢电流型传感器的响应时间在很大程度上 取决于反应电阻和界面电容的时间常数。
4、背景电流和仪器噪声 背景电流与仪器噪声影响传感器灵敏度。
背景电流产生原因：电解液或电极上的 杂质；电极的腐蚀；反应物或对电极上的 反应产物的扩散。
带内参比溶液电极：内 参比电极一般是 Ag|AgCl电极，内参比 溶液一般由电极种类所 决定，如氟电极，一般 用3.0mmol/L NaF
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无内参比溶液电极：是一种全固 态电极，内参比电极一般使用一 根导体银丝直接与固态膜焊接， 固态压片膜的一个表面加一层银 粉，再将银丝焊接上去。
第二章 电化学传感器
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第一节 电化学传感器概述 一、传感器基本概念
传感器：能感受（或响应）一种信息并变换 成可测量信号的器件。
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物理信息：光、声、温度、压力等 物理传感器 化学信息：组分、气味、味道等 化学传感器
化学传感器的检测对象：化学物质，要求 对特定分子有选择性的响应。
非晶体膜传感器
硬质传感器 （玻璃电极） 带正电荷载体
流动载体传感器 带负电荷载体
场效应半导体传感器
带中性载体
敏化传感器
气敏传感器 生物敏传感器
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1、晶体膜传感器
敏感膜是由难溶盐经过加压或拉制，制成 单晶、多晶或混晶的活性膜。分为均相和非 均相晶体膜两类。
➢均相膜：由一种纯固体材料单晶或单种化 合物或集中化合物均匀混合压片制成的膜。 ➢非均相膜：除了晶体敏感物外，还加入了 高混合惰性载体，如聚氯乙烯、硅橡胶、石 蜡等，以改善膜传感性能。
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晶体膜传感器的品种和性能
传感器
F－ Cl－ Br－ I－ CN－ Ag＋, S2－ Cu2＋ Pb2＋
Cd2＋
膜材料
LaF3＋Eu2＋ AgCl＋Ag2S AgBr＋Ag2S AgI＋Ag2S
AgI Ag2S CuS＋Ag2S PbS＋Ag2S
CdS＋Ag2S
线性响应浓度范围 c/(molL－1)
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电化学传感器总工作原理：将被测物与敏 感材料之间相互作用产生的化学信息转换 成可测量的电信号。
膜选
二
换
择
次
被分析物
性 化学信息 能 电信号
敏
仪
感
器
表
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1、电位型传感器工作原理
离子选择性膜中 的离子与溶液中的离 子发生交换反应，在 两个界面处形成两个 液接电位。
膜电位与溶液中待测离子活度（或浓度）
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2、选择性
➢对电位型传感器而言，选择性依赖于被测 溶液和参比溶液之间膜电位的大小，膜电位 要迅速达到平衡，只对所研究的离子有响应 并随浓度线性变化； ➢对电流型传感器，工作时的电极电势和电 催化剂的选择直接影响传感器的选择性。
选择合适的电解液和操作方法、加过滤 器或选择渗透膜可提高传感器的选择性。
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第二节 离子传感器
离子传感器又称离子选择性电极，它是 由敏感膜、内导体系、电极控件等部件组成， 它能与溶液中某种特定的离子产生选择性的 响应。
响应是指离子选择性电极敏感膜在溶液中 与特定离子接触后产生的膜电位值随溶液中 该离子的浓度变化而变化。
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一、离子传感器的基本结构
化学传感器依据其工作原理可以分为：电 化学式、光学式、热学式及质量式等。
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二、电化学传感器工作原理
电化学传感器：由一个或多个能产生与被 测组分某种化学性质相关电信号的敏感元件所 构成的传感器。
根据检测对象的不同可以分为：离子传感 器、气体传感器、生物传感器
根据工作方式的不同，可以分为电位型 传感器、电流型传感器、电导型传感器
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1、灵敏度 影响灵敏度的因素：
(1) 待测物在检测系统中的传质速度； (2) 电极材料的电化学活性（包括电极材料、 电极的物理形状和工作时的电极电势）； (3) 反应过程中每摩尔物质传递的电流； (4) 待测物在电解液中的溶解性和流动性； (5) 传感器的几何形状和样品进入的方法； (6) 膜电位的大小及达到平衡的时间长短； (7) 工作电极产生的噪声信号大小。
510－7~110－1
Cd2＋, Ag＋, Hg2＋,Cu2＋, Fe3＋, Cl－
510－7~110－1 Pb2＋, Ag＋, Hg2＋,Cu2＋, Fe3＋
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晶体膜电极由电极管、内参比电极、内充液 和敏感膜四部分组成。 三种常见结构：带内参比溶液电极，无内参 比溶液电极，复合电极。