生物医学传感-化学传感器

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1、第十二章化学传感器2021/10/31化学传感器定义：能将各种化学物质的特性（如气体、离子、电解质浓度、空气湿度等）的变化定性或定量地转换成电信号的传感器称作化学传感器。酸度计环境检测生化分析2021/10/32电化学传感器半导体气、湿敏传感器甘汞电极气敏传感器湿敏传感器pH玻璃电极2021/10/33化学传感器是一门由材料科学、超分子化学(分子识别)、光电子学、微电子学和信号处理技术等多种学科相互渗透成长起来的高新技术。具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、能在复杂的体系中进行在线连续监测的特点；可以高度自动化、微型化

2、与集成化，减少了对使用者环境和技术的要求，适合野外现场分析的需求，在生物、医学、环境监测、食品、医药及国家安全等利用有着重要的应用价值！化学传感器的特点2021/10/34Zn(s)+Cu2+(aq)Zn2+(aq)+Cu(s)在溶液中电子直接从Zn片传递给Cu2+，使Cu2+在Zn片上还原而析出金属Cu，同时Zn氧化为Zn2+。这个反应同时有热量放出，这是化学能转化为电能的结果。Daniell电池一、什么是电化学？2021/10/35电化学反应：在电极和溶液界面上进行电能与化学能之间的转变反应。微观：带电粒子如电子、离子的转

3、移。实质：氧化还原反应过程。所需介质：电极材料，溶液（电解质）2021/10/36电化学(Electrochemistry)：电化学主要是研究电能和化学能之间的相互转化及转化过程中有关规律的科学。电能化学能电解电池定义：2021/10/371、活度和活度系数活度：把溶液中能够表现出离子性质和行为并能发挥作用的那部分离子浓度称为有效浓度，通常用活度a表示。活度系数：活度a与浓度c的比值为离子的活度系数，用γ表示。即a=cγ离子平均活度离子平均活度系数平均活度与平均活度系数的关系二、电化学基本概念2021/10/38从大量实验事实

4、看出，影响离子平均活度系数的主要因素是离子的浓度和价数，而且价数的影响更显著。1921年，路易斯（Lewis）提出了离子强度的概念。当浓度用质量摩尔浓度表示时，离子强度等于：式中ci是离子的真实浓度，若是弱电解质，应乘上电离度。通过I可求得平均活度系数。2021/10/392、电极电势和电动势Daniell电池Cu（导线）

5、Zn板

6、ZnSO4溶液

7、CuSO4溶液

8、Cu板2021/10/310电极电势的产生原理双电层理论M活泼:溶解>沉积----++++++++--------M不活泼:沉积>溶解++++++++--------

9、电极电势：(Mn+/M),电池电动势：E=(+)-(-)溶解沉淀2021/10/311离子浓度对电势的影响——能斯特方程能斯特方程根据平衡时电化学势相等的原理描述了浓度对电动势（包括电池电动势和电极电势）的影响。德国化学家W·能斯特已知电池在使用过程中，电池的电动势会降低，这是因为在使用过程中电解液中离子浓度发生了变化。2021/10/312以Cu-Zn原电池为例，其电极反应为：Zn+Cu2+=Zn2++Cu通过热力学推导，可得电池的电动势：其中：R为理想气体常数(8.314J·(mol·K)-1)；F为法拉第常数(96

10、500C·mol-1)；T为热力学温度K；n为电子转移数2021/10/313对于任意反应：aA+bB=dD+eE电池的电动势为：此方程即能斯特方程。当T=298K时，能斯特方程为：2021/10/3143.1标准氢电极任何一个电极，其电极电势的绝对值是无法测量的但是我们可以选择某种电极作为基准，规定它的电极电势为零，通常选择标准氢电极作为基准。电极反应：2H+(aq)+2e-H2(g)电对：H+/H2电极电势：Eθ(H+/H2)=0.0000V表达式：H+∣H2(g)∣Pt3、电极类型2021/10/315原电池的电动势：E

11、池＝正－负＝阴－阳界面界面c1盐桥c2界面(-)Pt，H2(105Pa)∣H+(lmol·L-1)‖Cu2+(lmol·L-1)∣Cu(s)(+)例：电池反应：H2+Cu2+2H++Cu电池符号：2021/10/316甘汞电极表示方法:Pt,Hg(l)

12、Hg2Cl2(s)

13、Cl-(2.8molL-1)电极反应:Hg2Cl2(s)+2e-2Hg(l)+2Cl-(aq)标准甘汞电极:c(Cl-)=1.0molL-1θ(Hg2Cl2/Hg)=0.2628V饱和甘汞电极:c(Cl-)=2.8molL-1(KCl饱和溶

14、液)θ(Hg2Cl2/Hg)=0.2415V3.2参比电极2021/10/317银/氯化银电极在金属银丝或银片表面镀一层氯化银，浸在饱和的氯化钾溶液中，就制成所需要的银-氯化银电极表示方法：Ag(s)

15、AgCl(s)

16、Cl-(c)电极反应：AgCl+e-Ag+Cl-2021