生物电测量电极
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导线中是靠电子传导的,
• 在电极和溶液界面上则是将离子电流变成
电子电流或将电子电流变成离子电流,从而 使生物体和仪器体系构成了电流回路。
生物电测量电极
• 本节首先讨论电极在换能过程中的基本机
理以及这些机理对电极性能的影响
• 然后研究电极阻抗特性和等效电路,最后介
绍一些常用检测电极和剌激电极。
生物电测量电极
电位。
生物电测量电极
表3.2.2-1几种常用电极材料在25℃时半 电池电位
生物电测量电极
• 是金属在含该金属离子有效浓度为
1mol/L的溶液中达到平衡时的电极电位
• 可看出 值远远大于所有生物电位信号的
大小。
• 与金属以离子形态转入溶液的能力K以
及温度T有关系。
生物电测量电极
3.电极的极化和极化电位
现极化现象并产生极化电压。
生物电测量电极
极化现象实验图
以银电极板模拟电极，以NaCl溶液模拟生物 体电解液，电池E模拟电剌激电源或偏置电压， 泄漏电流,电阻R模拟检测系统输入阻抗。
生物电测量电极
实验过程
• 开关K置1：平衡状态，两电极半电池电位
相等，无电流通过电极 。
• 开关K置2：电源E接入,使左银极为阳极,而
位,又称半电池电势
生物电测量电极
2、电极电位的确定
• 单个电极电位无法确定，国际上规定氢电
极标准电位为零，电极电位相对与氢电极 便可确定。
• 电极电位与温度，材料和反应物资的活度
有关，可按Nernst方程计算。
生物电测量电极
• 电极电位E
• R- 气体常数,为8.314J/（mol·K）； • F- 法拉第常数,为96487库仑； • T- 绝对温度；n- 金属离子价数； • C- 金属离子的有效浓度（mol/L）； • K- 为一与金属特性有关的常数。 • - 为标准电极电位，常温下在单位浓度离子的电极
– 微电极: 是一种尖端细小、机械性能好、能检 测细胞电活动的电极。测量细胞内或外电位改变 的微电极,其尖端直径约在0.05μm到10μm之间。
生物电测量电极
• 宏电极又分为体表电极和体内电极
– 体表电极置在生物体皮肤表面的电极。 – 体内电极是穿透皮肤的电极。
• 体内电极又分为皮下电极和植入电极。
种疾病的目的; ③控制或替代生物体某些功能,如临床用的除
颤器和心脏起搏器的电极。
• 有时同一个电极兼有检测和剌激双重功能。
心脏起搏器上的电极即属于此种电极。
生物电测量电极
• 根据电极的大小和工作时所处的位置可将电
极分为宏电极和微电极。
– 宏电极: 是外形较大的电极。它主要用于测定 生物体较大部位电位或向生物体较大部位施加电 剌激。
• 医用电极按工作性质可分为检测电极和刺
激电极两大类。
– 检测电极是敏感元件,用来测定生物电位的。需 用电极把这个部位的电位引导到电位测量仪器 上进行测量,这种电极称为检测电极。
– 剌激电极是对生物体施加电流或电压所用的电 极。剌激电极是个执行元件。
生物电测量电极
剌激电极主要用于三个方面
①研究可兴奋组织的传导和反应的规律; ②向生物体内通入外加电流以便达到治疗某
离子的电解质溶液中,在金属和溶液的界面 发生化学反应产生电极电位。
• 如图3.3.2-1所示。
生物电测量电极
图 电极－溶液界面的平衡电位
生物电测量电极
• (a)所示为锌电极放入含Zn2+的溶液中，锌
电极中Zn2+进入溶液中，在金属上留下电 子带负电，溶液带正电。
• 进入水中的正离子和带负电的金属彼此吸
生物电测量电极
• 皮下电极: 为穿透皮肤与细胞外液接触的电
极百度文库它能形成良好的电极/电解质溶液接界。 常用于肌电测量和外科手术患者心电监测。
• 植入电极: 是长期埋植于体内的电极,用以控
制或替代生物体的某些功能。
• 植入电极需具备如下要求: ①极化阻抗低,以
减小剌激所需的能量;②对生物体无毒无害;③ 生物组织相容性好。
引,使大多数离子分布在靠近金属片的液层 中,形成的电场,阻碍Zn2+进一步迁移最终达 到平衡。
• 此时金属与溶液之间形成电荷分布产生一
定的电位差。
生物电测量电极
• 在两界面形成的电位分布是双电层分布。
图所示为界面电极电位E的表示。
• 金属和含有该金属离子溶液所构成的体系
称为电极
• 金属与溶液之间的界面电位差称为电极电
极上发生电极反应为:
• 由于产物不能扩散离开,阴极吸附氢气,成为
氢电极,电极附近OH- 浓度增加。
生物电测量电极
• 在阳极上发生电极反应为
• 产物不能扩散离开,致使阳极吸附氧气成为
氧电极。电极附近H+浓度增加。
• 由于极化，氧电极的银电极对外电路为正,
而为氢电极的银电极对外电路为负，其极性 恰与外接电池E相反。阻止进一步极化
右为阴极。R上有电压降,说明电解池回路 中有电流通过电极。且电流随时间增加减 小，要维持电流必须升高电压。
• 开关K置3：电源E脱开，电解池产生与外加
电源E极性相反的电动势，既左正,右负。产 生极化现象
生物电测量电极
解释
• 当系统处于平衡状态,溶液中NaCl浓度分布
是各处均匀的。
• 电池E电压加到电极上,电极有电流通过,阴
• 电极的极化是指电极与电解质溶液的双电
层界面在有电流通过时,电极-电解质溶液界 面电位从原有平衡电位变化为新电极电位， 该极化电位与通过电流密度有关。
• 极化现象：将有电流通过的电极电位与无
电流的平衡电极电位的偏离现象称为极化 现象。两个电位的偏差采用极化电压或超 电压描述。
• 极化电压:有电流流经一对电极时，电极出
3.2 生物电测量电极 3.2.1 电极的基本概念
• 生物电是生物体最基本生理现象，各种生物
电位的测量都要用电极
• 给生物组织施加电剌激也要用电极 • 电极实际上是把生物体电化学活动而产生的
离子电位转换成测量系统的电位
• 电极起换能器作用，是一种传感器。
生物电测量电极
• 电流在生物体内是靠离子传导的,在电极和
生物电测量电极
3.2.2 电极的极化现象和极化电位 1.电极的电化学电极电位
• 电极是经过一定处理的金属板或金属丝、
金属网等。
• 用电极引导生物电信号时,与电极接触的是
电解质溶液,如导电膏、人体汗液或组织液 （针电极插入皮下时）。因而形成一个金 属 - 电解质溶液界面。
生物电测量电极
• 由电化学知识可知,当金属放入含有该金属
• 在电极和溶液界面上则是将离子电流变成
电子电流或将电子电流变成离子电流,从而 使生物体和仪器体系构成了电流回路。
生物电测量电极
• 本节首先讨论电极在换能过程中的基本机
理以及这些机理对电极性能的影响
• 然后研究电极阻抗特性和等效电路,最后介
绍一些常用检测电极和剌激电极。
生物电测量电极
电位。
生物电测量电极
表3.2.2-1几种常用电极材料在25℃时半 电池电位
生物电测量电极
• 是金属在含该金属离子有效浓度为
1mol/L的溶液中达到平衡时的电极电位
• 可看出 值远远大于所有生物电位信号的
大小。
• 与金属以离子形态转入溶液的能力K以
及温度T有关系。
生物电测量电极
3.电极的极化和极化电位
现极化现象并产生极化电压。
生物电测量电极
极化现象实验图
以银电极板模拟电极，以NaCl溶液模拟生物 体电解液，电池E模拟电剌激电源或偏置电压， 泄漏电流,电阻R模拟检测系统输入阻抗。
生物电测量电极
实验过程
• 开关K置1：平衡状态，两电极半电池电位
相等，无电流通过电极 。
• 开关K置2：电源E接入,使左银极为阳极,而
位,又称半电池电势
生物电测量电极
2、电极电位的确定
• 单个电极电位无法确定，国际上规定氢电
极标准电位为零，电极电位相对与氢电极 便可确定。
• 电极电位与温度，材料和反应物资的活度
有关，可按Nernst方程计算。
生物电测量电极
• 电极电位E
• R- 气体常数,为8.314J/（mol·K）； • F- 法拉第常数,为96487库仑； • T- 绝对温度；n- 金属离子价数； • C- 金属离子的有效浓度（mol/L）； • K- 为一与金属特性有关的常数。 • - 为标准电极电位，常温下在单位浓度离子的电极
– 微电极: 是一种尖端细小、机械性能好、能检 测细胞电活动的电极。测量细胞内或外电位改变 的微电极,其尖端直径约在0.05μm到10μm之间。
生物电测量电极
• 宏电极又分为体表电极和体内电极
– 体表电极置在生物体皮肤表面的电极。 – 体内电极是穿透皮肤的电极。
• 体内电极又分为皮下电极和植入电极。
种疾病的目的; ③控制或替代生物体某些功能,如临床用的除
颤器和心脏起搏器的电极。
• 有时同一个电极兼有检测和剌激双重功能。
心脏起搏器上的电极即属于此种电极。
生物电测量电极
• 根据电极的大小和工作时所处的位置可将电
极分为宏电极和微电极。
– 宏电极: 是外形较大的电极。它主要用于测定 生物体较大部位电位或向生物体较大部位施加电 剌激。
• 医用电极按工作性质可分为检测电极和刺
激电极两大类。
– 检测电极是敏感元件,用来测定生物电位的。需 用电极把这个部位的电位引导到电位测量仪器 上进行测量,这种电极称为检测电极。
– 剌激电极是对生物体施加电流或电压所用的电 极。剌激电极是个执行元件。
生物电测量电极
剌激电极主要用于三个方面
①研究可兴奋组织的传导和反应的规律; ②向生物体内通入外加电流以便达到治疗某
离子的电解质溶液中,在金属和溶液的界面 发生化学反应产生电极电位。
• 如图3.3.2-1所示。
生物电测量电极
图 电极－溶液界面的平衡电位
生物电测量电极
• (a)所示为锌电极放入含Zn2+的溶液中，锌
电极中Zn2+进入溶液中，在金属上留下电 子带负电，溶液带正电。
• 进入水中的正离子和带负电的金属彼此吸
生物电测量电极
• 皮下电极: 为穿透皮肤与细胞外液接触的电
极百度文库它能形成良好的电极/电解质溶液接界。 常用于肌电测量和外科手术患者心电监测。
• 植入电极: 是长期埋植于体内的电极,用以控
制或替代生物体的某些功能。
• 植入电极需具备如下要求: ①极化阻抗低,以
减小剌激所需的能量;②对生物体无毒无害;③ 生物组织相容性好。
引,使大多数离子分布在靠近金属片的液层 中,形成的电场,阻碍Zn2+进一步迁移最终达 到平衡。
• 此时金属与溶液之间形成电荷分布产生一
定的电位差。
生物电测量电极
• 在两界面形成的电位分布是双电层分布。
图所示为界面电极电位E的表示。
• 金属和含有该金属离子溶液所构成的体系
称为电极
• 金属与溶液之间的界面电位差称为电极电
极上发生电极反应为:
• 由于产物不能扩散离开,阴极吸附氢气,成为
氢电极,电极附近OH- 浓度增加。
生物电测量电极
• 在阳极上发生电极反应为
• 产物不能扩散离开,致使阳极吸附氧气成为
氧电极。电极附近H+浓度增加。
• 由于极化，氧电极的银电极对外电路为正,
而为氢电极的银电极对外电路为负，其极性 恰与外接电池E相反。阻止进一步极化
右为阴极。R上有电压降,说明电解池回路 中有电流通过电极。且电流随时间增加减 小，要维持电流必须升高电压。
• 开关K置3：电源E脱开，电解池产生与外加
电源E极性相反的电动势，既左正,右负。产 生极化现象
生物电测量电极
解释
• 当系统处于平衡状态,溶液中NaCl浓度分布
是各处均匀的。
• 电池E电压加到电极上,电极有电流通过,阴
• 电极的极化是指电极与电解质溶液的双电
层界面在有电流通过时,电极-电解质溶液界 面电位从原有平衡电位变化为新电极电位， 该极化电位与通过电流密度有关。
• 极化现象：将有电流通过的电极电位与无
电流的平衡电极电位的偏离现象称为极化 现象。两个电位的偏差采用极化电压或超 电压描述。
• 极化电压:有电流流经一对电极时，电极出
3.2 生物电测量电极 3.2.1 电极的基本概念
• 生物电是生物体最基本生理现象，各种生物
电位的测量都要用电极
• 给生物组织施加电剌激也要用电极 • 电极实际上是把生物体电化学活动而产生的
离子电位转换成测量系统的电位
• 电极起换能器作用，是一种传感器。
生物电测量电极
• 电流在生物体内是靠离子传导的,在电极和
生物电测量电极
3.2.2 电极的极化现象和极化电位 1.电极的电化学电极电位
• 电极是经过一定处理的金属板或金属丝、
金属网等。
• 用电极引导生物电信号时,与电极接触的是
电解质溶液,如导电膏、人体汗液或组织液 （针电极插入皮下时）。因而形成一个金 属 - 电解质溶液界面。
生物电测量电极
• 由电化学知识可知,当金属放入含有该金属