伏安法传感检测器的原理与应用

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1、伏安法传感检测器的原理与应用车宇轩1（

2、北京大学化学与分子工程学院，北京分子科学国家实验室，北京100871）摘要对于一般的物质而言，其所具有的气味等感官特性往往对判断其性质较为重要，而某些化学传感器可以发挥嗅觉器官所具有的功能，进而实现仿生测定。文章总结基于伏安法的传感检测手段，并讨论不同类型的检测所依据的原理、具有的特性和潜在的应用价值。关键词：电化学传感器；脉冲伏安法；陈化过程；环境监测Theory&ApplicationsofVoltammetricSensorsCHEYuxuan1CCollegeofChemist^andMolecularEngineering,Pek

3、ingUniversity,Beijing100871,P.R.China）AbstractDiscussseveralapplicationsrelatedtovoltammetricsensors,whichworkefficientlyatdistinguishingodorsandtastes.Theanalysesofdailynecessitiescanbecarriedoutwithcombinationsofmultipleelectrochemicalmethods-KeyWords：Electrochemicalsensors;Pulsevoltammetry

4、;Agingprocess;Environmentalmonitoring1前言伏安法作为重要的电化学分析方法之一，具有广泛的应用，而以之作为基础的电子味觉传感器（亦作"电子舌J则凸显了伏安法与其他分析方法的串联所带来的价值。在分析组分较为复杂的被测物时，”电子舌”具有灵敏度高、特征性强等优势，可用于测定并评价诸如茶、果汁、牛奶、洗涤剂等产品的组成或质量优劣，具有很好的应用前景⑵。2工作原理2.1伏安分析法由工作电极向待测溶液施加一可控电压，电极附近的活性物质在电极电位的影响下被氧化或还原，从而产生化学电流。通过测量所得电流与电极电位的关系分析溶液中待测组分的含量、性质，此即伏安

5、分析法的基本原理。实际分析中，根据电极电位的变化情况，可以分为线性扫描伏安法、阶梯伏安法、方波伏安法等。由扫描获得的伏安曲线往往有一定的特征，取决于电极的性质和温度等，其峰位的大小和形状反映了溶液中有电活性物质的浓度和扩散系数等，峰的电位值反映了物质的氧化还原电位。基于伏安法的传感检测往往采用脉冲伏安法进行，这种方法所使用的电压呈脉冲型变化，电极表面的双电层在此作用下不断充放电，电流呈周期性变化。脉冲伏安法分为小振幅脉冲伏安法(SAPV)和人振幅脉冲伏安法两种(LAPV),较一般的伏安扫描分辨率更高。2.2传感器伏安法检测过程的传感器为一组贵金屈组成的工作电极阵列，在不同电位下进

6、行测定，或与其它工作电极，如离子选择性电极、皱化电极、电导电极等并联使用，同时获取多组与被测物性质有关的数据⑷。这种传感器的工作原理与舌这一器官十分相似，均由感受系统在特定外围环境下产生相应信号，再由处理系统对信号进行收集、整理和解读，转变为有价值的信息。因此，这种传感器往往与电脑相互配合，即时汇总、分析所得的数据，并以和应的模式识别系统(PRS)进行判读，得出分析结果⑴。一般來说，使用多个电极、多种电极的传感器往往较单工作电极的传感器识别能力强，灵皱度高。另外，某些特殊的伏安电极可以模拟味觉/嗅觉细胞对外源物质的响应过程，这种高度仿牛的工作原理使得测定结果与实际感官的关联性大大

7、提高，拓宽了其实际应用范围。3应用牛奶和饮料等在久置后容易出现陈化现彖，表现为口味改变、细菌滋生、营养成分消耗等。伏安传感检测器可实现对溶液诸多电化学性质的表征，从而快速判别饮品的质量、营养价值、储存状况等⑶，对食品安全的监测有重要意义。另外，这类方法同样适用于酒品质量的分析⑸。与之类似，食用油类制品极易在储存不当的情况下出现氧化、变质等现象，燃油制品若出现污染，可能会堵塞、损坏发动机内部结构，甚至酿成安全事故。电化学检测器在此类行业的应用将有利于及时追踪、反馈所涉及产品的质量，保证生产过程的安全和高效，但考虑到油类制品往往导电性较差，应将其分散至适当的溶剂中进行测定。此外，这种

8、检测器还可以用于确定水或其它溶液中金属离子的含量⑹，因为某些金属离子在电极上存在氧化还原响应，可以产生电流。另外，某些重金属离子可以显著地抑制酶的活性，将此类生物酶固定于电极时，重金屈离子的存在将抑制酶所催化反应的进行速率，从而使电极产生的电信号发生变化，为分析提供可能。这说明，伏安分析法在环境科学领域也有潜在的应用价值。References[1]WinquistF.;WideP.;LundstromI.Anal.Chiin.Acta.1997,357,21.[2]HaD.;Su