超微電極

超微電極

超微電極有時又簡稱微電極,區別於滴汞等微電極,它的直徑在100μm以下,其大小已接近擴散層的厚度。經常使用的Pt、Au、碳纖維電極是將這些材料的極細的絲封入玻璃毛細管中,然後拋光露出盤形端面而製成。組合式微電極是由眾多的微電極組合而成,具有微電極的特徵,總的電流又比較大。 當今,許多科學領域的研究對象正在不斷地由巨觀轉向微觀,生物體的研究中常以細胞作為研究的對象。分析工作者必須尋求高靈敏度、高選擇性的微型、快速測試工具,這些工具既不會損壞組織,又不會因電解而破壞體系的平衡。超微電極(ultramicroelectrode)因此而產生,成為電分析化學發展的一個方面。

套用範圍

⑴ 生物電化學方面

超微電極 超微電極

在生物電化學方面,微電極不會損壞組織、不因電解破壞測定體系的平衡的優越性被充分得到利用。現已用來測量腦神經組織中多巴胺及兒茶胺等物質濃度的變化。通過鉑微電極測定血清中抗壞血酸,確定生物器官循環的障礙。用微型碳纖維電極植入動物體內進行活體組織的連續測定,如對的連續測定時間可達一個月之久。

⑵ 分析化學方面

微電極的特色使它在分析化學方面可用於微小的區域,有機試劑或高阻的電化學體系。微電極能很快得到穩定的電流,使它可用於快速電極反應的研究,測定反應速率常數和電沉積的機理。

電極特點

⑴ 具有極小的電極半徑

一般情況下它的半徑在50μm以下,最小已製成半徑小於0.1μm的圓盤鉑微電極。這么小的半徑,在對生物活體測試研究過程中,可以插入單個細胞而不使其受損,並且不破壞體內原有的平衡。它可成為研究神經系統中傳導機理、生物體循環和器官功能跟蹤檢測的很好手段。

⑵ 具有很小的iR降

由於微電極的表面積很小,相應電流的絕對值也很小,因此,電解池的iR降常小至可以忽略不計。這樣,在電阻較高的溶液中,如某些有機溶劑和未加支持電解質的水溶液中測量時,也可用簡單的雙電極體系代替為消除iR降而設計的三電極體系。

⑶ 具有很小的電雙層充電電流

由於微電極面積極小,而電極的電雙層電容又正比於電極面積,因而微電極上的電容非常低,這大大提高了回響速率和信噪比。

⑷ 具有很強的邊緣效應

微電極表面擴散呈球型擴散,具有很強的邊緣效應,在很短的時間內電極表面就建立起穩態的擴散平衡。因此用微電極可以研究快速的電荷轉移或化學反應,以及對短壽命物質的監測。

計算公式

球型電極的非穩態擴散過程的還原電流為

超微電極 超微電極
超微電極 超微電極

式中:為氧化態物質在溶液中的濃度,r為球形電極的半徑,D是擴散係數。

超微電極 超微電極

擴散電流i為時間t的函式,i隨t的增加而減小,t →∞,i達到穩定。對於微電極來說,r很小,t很快就能滿足,第二項可忽略不計,則得

超微電極 超微電極

這時電流為穩態電流。因此,用微電極得到的i-φ曲線呈S形,而不呈峰形。

電極種類

材料區分

可分為微鉑、金、汞電極和碳纖維電極;

形狀 區分

可分為微盤電極、微環電極、微球電極和組合式微電極。

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