電位分析原理與離子選擇電極_

1、21:39:48一、電位分析原理一、電位分析原理principle of potentiometry analysis二、二、離子選擇性電極的離子選擇性電極的種類(lèi)、原理和結(jié)構(gòu)種類(lèi)、原理和結(jié)構(gòu)type, principle and structure of ion selective electrode三三、離子選擇電極的特離子選擇電極的特性性 specific property of ion selective electrode potentiometry principle of potentio-metry analysis and ion selective electrode21:3

2、9:49一、電位分析原理一、電位分析原理一、電位分析原理一、電位分析原理一、電位分析原理一、電位分析原理 principle of potentiometry analysis principle of potentiometry analysis principle of potentiometry analysis 電位分析電位分析是通過(guò)在零電流條件下測(cè)是通過(guò)在零電流條件下測(cè)定兩電極間的電位差（電池電動(dòng)勢(shì)）所定兩電極間的電位差（電池電動(dòng)勢(shì)）所進(jìn)行的分析測(cè)定。進(jìn)行的分析測(cè)定。 E = E+ - E- + E液接電位 裝置：裝置：參比電極、指示電極、電位參比電極、指示電極、電位差計(jì)；差計(jì)； 當(dāng)

3、測(cè)定時(shí)，參比電極的電極電位保當(dāng)測(cè)定時(shí)，參比電極的電極電位保持不變，電池電動(dòng)勢(shì)隨指示電極的電極持不變，電池電動(dòng)勢(shì)隨指示電極的電極電位而變，而指示電極的電極電位隨溶電位而變，而指示電極的電極電位隨溶液中待測(cè)離子活度而變。液中待測(cè)離子活度而變。21:39:50電位分析的理論基礎(chǔ)電位分析的理論基礎(chǔ)電位分析的理論基礎(chǔ)電位分析的理論基礎(chǔ)電位分析的理論基礎(chǔ)電位分析的理論基礎(chǔ) 理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)：能斯特方程（電極電位與溶液中待測(cè)離子間：能斯特方程（電極電位與溶液中待測(cè)離子間的定量關(guān)系）。的定量關(guān)系）。 對(duì)于氧化還原體系：對(duì)于氧化還原體系： Ox + ne- = ReddReOxOOx/RedlnaanFRTEE

4、 對(duì)于金屬電極（還原態(tài)為金屬，活度定為對(duì)于金屬電極（還原態(tài)為金屬，活度定為1 1）：）：nnMO/MMlnanFRTEE21:39:50二、二、二、二、二、二、離子選擇性電極的種類(lèi)、原理與結(jié)構(gòu)離子選擇性電極的種類(lèi)、原理與結(jié)構(gòu)離子選擇性電極的種類(lèi)、原理與結(jié)構(gòu)離子選擇性電極的種類(lèi)、原理與結(jié)構(gòu)離子選擇性電極的種類(lèi)、原理與結(jié)構(gòu)離子選擇性電極的種類(lèi)、原理與結(jié)構(gòu) type , type , type , principleprincipleprinciple and structure of ion selective electrode and structure of ion selective el

5、ectrode and structure of ion selective electrode 離子選擇性電極離子選擇性電極( (又稱(chēng)膜電極又稱(chēng)膜電極) )。 1976年IUPAC基于膜的特征，推薦將其分為以下幾類(lèi)： 原電極（primary electrodes） 晶體膜電極（crystalline membrane electrodes） 均相膜電極（homogeneous membrane electrodes） 非均相膜電極(heterogeneous membrane electrodes) 非晶體膜電極（crystalline membrane electrodes） 剛性基質(zhì)電極

6、（rigid matrix electrodes） 流動(dòng)載體電極(electrodes with a mobile carrier) 敏化電極（sensitized electrodes） 氣敏電極（gas sensing electrodes） 酶電極（enzyme electrodes）21:39:51離子選擇性電極的原理與結(jié)構(gòu)離子選擇性電極的原理與結(jié)構(gòu)離子選擇性電極的原理與結(jié)構(gòu)離子選擇性電極的原理與結(jié)構(gòu)離子選擇性電極的原理與結(jié)構(gòu)離子選擇性電極的原理與結(jié)構(gòu) 離子選擇性電極又稱(chēng)膜電極。離子選擇性電極又稱(chēng)膜電極。 特點(diǎn)特點(diǎn)：僅對(duì)溶液中特定離子有選擇性響應(yīng)。：僅對(duì)溶液中特定離子有選擇性響應(yīng)。 膜

7、電極的關(guān)鍵：是一個(gè)稱(chēng)為膜電極的關(guān)鍵：是一個(gè)稱(chēng)為選擇膜選擇膜的敏感元件。的敏感元件。 敏感元件：?jiǎn)尉А⒒炀?、液膜、功能膜及生物膜等?gòu)成。敏感元件：?jiǎn)尉?、混晶、液膜、功能膜及生物膜等?gòu)成。 膜電位膜電位：膜內(nèi)外被測(cè)離子活度的不同而產(chǎn)生電位差。膜內(nèi)外被測(cè)離子活度的不同而產(chǎn)生電位差。 將膜電極和參比電極一起插到被測(cè)溶液中，則電池結(jié)構(gòu)為將膜電極和參比電極一起插到被測(cè)溶液中，則電池結(jié)構(gòu)為: : 外參比電極外參比電極被測(cè)溶液被測(cè)溶液( ai未知未知) 內(nèi)充溶液內(nèi)充溶液( ai一定一定) 內(nèi)參比電極內(nèi)參比電極 內(nèi)外參比電極的電位值固定，且內(nèi)充溶液中離子的活度也一內(nèi)外參比電極的電位值固定，且內(nèi)充溶液中離子的活度

8、也一定，則電池電動(dòng)勢(shì)為：定，則電池電動(dòng)勢(shì)為：ianFRTEEln（敏感膜）（敏感膜）21:39:511.1.1.1.1.1.晶體膜電極（氟電極晶體膜電極（氟電極晶體膜電極（氟電極晶體膜電極（氟電極晶體膜電極（氟電極晶體膜電極（氟電極） 結(jié)構(gòu)：右圖結(jié)構(gòu)：右圖 敏感膜敏感膜：(氟化鑭單晶氟化鑭單晶) 摻有摻有EuF2 的的LaF3單晶切片；單晶切片； 內(nèi)參比電極：內(nèi)參比電極：Ag-AgCl電極電極(管內(nèi)管內(nèi))。 內(nèi)參比溶液內(nèi)參比溶液：0.1mol/L的的NaCl和和0.1mol/L的的NaF混合溶混合溶液（液（F-用來(lái)控制膜內(nèi)表面的電位，用來(lái)控制膜內(nèi)表面的電位，Cl-用以固定內(nèi)參比電極的用以固定內(nèi)

9、參比電極的電位）。電位）。21:39:52原理原理原理原理原理原理: : : : : LaF LaF3 3的晶格中有空穴的晶格中有空穴，在晶格上的，在晶格上的F F-可以移入晶格鄰近的空穴而導(dǎo)電。對(duì)可以移入晶格鄰近的空穴而導(dǎo)電。對(duì)于一定的晶體膜，離子的大小、形狀和于一定的晶體膜，離子的大小、形狀和電荷決定其是否能夠進(jìn)入晶體膜內(nèi)，故電荷決定其是否能夠進(jìn)入晶體膜內(nèi)，故膜電極一般都具有較高的離子選擇性。膜電極一般都具有較高的離子選擇性。 當(dāng)氟電極插入到當(dāng)氟電極插入到F F- -溶液中時(shí)，溶液中時(shí)，F(xiàn) F- -在在晶體膜表面進(jìn)行交換。晶體膜表面進(jìn)行交換。2525時(shí)：時(shí)： E膜膜 = K - 0.059

10、 lgaF- = K + 0.059 pF 具有較高的選擇性，需要在具有較高的選擇性，需要在pH57之間使用，之間使用，pH高時(shí)，高時(shí)，溶液中的溶液中的OH-與氟化鑭晶體膜中的與氟化鑭晶體膜中的F-交換，交換，pH較低時(shí)，溶液較低時(shí)，溶液中的中的F -生成生成HF或或HF2 - 。 21:39:522.2.2.2.2.2.玻璃膜（非晶體膜）電極玻璃膜（非晶體膜）電極玻璃膜（非晶體膜）電極玻璃膜（非晶體膜）電極玻璃膜（非晶體膜）電極玻璃膜（非晶體膜）電極 非晶體膜電極非晶體膜電極，玻璃膜的組成不同可，玻璃膜的組成不同可制成對(duì)不同陽(yáng)離子響應(yīng)的玻璃電極。制成對(duì)不同陽(yáng)離子響應(yīng)的玻璃電極。 H+響應(yīng)的玻

11、璃膜電極：敏感膜厚度響應(yīng)的玻璃膜電極：敏感膜厚度約為約為0.05mm。 SiO2基質(zhì)中加入基質(zhì)中加入Na2O、Li2O和和CaO燒燒結(jié)而成的特殊玻璃膜。結(jié)而成的特殊玻璃膜。 水浸泡后，表面的水浸泡后，表面的Na+與水中的與水中的H+ 交換，交換， 表面形成水合硅膠層表面形成水合硅膠層 。 玻璃電極使用前，必須在水溶液玻璃電極使用前，必須在水溶液中浸泡。中浸泡。21:39:53玻璃膜電極玻璃膜電極玻璃膜電極玻璃膜電極玻璃膜電極玻璃膜電極21:39:53玻璃膜電位的形成玻璃膜電位的形成玻璃膜電位的形成玻璃膜電位的形成玻璃膜電位的形成玻璃膜電位的形成 玻璃電極使用前，必須在水溶液中浸泡，生成三層結(jié)玻

12、璃電極使用前，必須在水溶液中浸泡，生成三層結(jié)構(gòu)，即中間的干玻璃層和兩邊的水化硅膠層：構(gòu)，即中間的干玻璃層和兩邊的水化硅膠層： 水化硅膠層厚度：水化硅膠層厚度：0.0110 m。在水化層，玻璃上的在水化層，玻璃上的Na+與溶液中與溶液中H+發(fā)生離子交換而產(chǎn)生發(fā)生離子交換而產(chǎn)生相界電位相界電位。 水化層表面可視作陽(yáng)離子交換劑。溶液中水化層表面可視作陽(yáng)離子交換劑。溶液中H+經(jīng)水化層擴(kuò)經(jīng)水化層擴(kuò)散至干玻璃層，干玻璃層的陽(yáng)離子向外擴(kuò)散以補(bǔ)償溶出的離散至干玻璃層，干玻璃層的陽(yáng)離子向外擴(kuò)散以補(bǔ)償溶出的離子，離子的相對(duì)移動(dòng)產(chǎn)生子，離子的相對(duì)移動(dòng)產(chǎn)生擴(kuò)散電位擴(kuò)散電位。 兩者之和構(gòu)成膜電位。兩者之和構(gòu)成膜電位。2

13、1:39:53玻璃膜電位玻璃膜電位玻璃膜電位玻璃膜電位玻璃膜電位玻璃膜電位 玻璃電極放入待測(cè)溶液，玻璃電極放入待測(cè)溶液， 2525平衡后：平衡后： H+溶液溶液= H+硅膠硅膠 E內(nèi)內(nèi) = k1 + 0.059 lg( a2 / a2 ） E外外 = k2 + 0.059 lg(a1 / a1 ） a1 、 a2 分別表示外部試液和電極內(nèi)參比溶液的分別表示外部試液和電極內(nèi)參比溶液的H+活度；活度； a1 、 a2 分別表示玻璃膜外、內(nèi)水合硅膠層表面的分別表示玻璃膜外、內(nèi)水合硅膠層表面的H+活度；活度； k1 、 k2 則是由玻璃膜外、內(nèi)表面性質(zhì)決定的常數(shù)。則是由玻璃膜外、內(nèi)表面性質(zhì)決定的常數(shù)。

14、玻璃膜內(nèi)、外表面的性質(zhì)基本相同，則玻璃膜內(nèi)、外表面的性質(zhì)基本相同，則k1=k2 ， a1 = a2 E膜膜 = E外外 - E內(nèi)內(nèi) = 0.059 lg( a1 / a2）由于內(nèi)參比溶液中的由于內(nèi)參比溶液中的H+活度活度（ a2）是固定的是固定的,則則: E膜膜 = K + 0.059 lg a1 = K - 0.059 pH試液試液 21:39:54討論討論討論討論討論討論: : : : : (1) 玻璃膜電位與試樣溶液中的玻璃膜電位與試樣溶液中的pH成線(xiàn)性關(guān)系成線(xiàn)性關(guān)系。式中式中K是是由玻璃膜電極本身性質(zhì)決定的常數(shù)；由玻璃膜電極本身性質(zhì)決定的常數(shù)； (2) 電極電位應(yīng)是內(nèi)參比電極電位和玻璃

15、膜電位之和電極電位應(yīng)是內(nèi)參比電極電位和玻璃膜電位之和; (3) 不對(duì)稱(chēng)電位不對(duì)稱(chēng)電位(2525)： E膜膜 = E外外 - E內(nèi)內(nèi) = 0.059 lg( a1 / a2） 如果如果: a1= a2 ，則理論上，則理論上E膜膜=0，但實(shí)際上，但實(shí)際上E膜膜0 產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因: 玻璃膜內(nèi)、外表面含鈉量、表面張力以及玻璃膜內(nèi)、外表面含鈉量、表面張力以及機(jī)械機(jī)械 和化學(xué)損傷的細(xì)微差異所引起的。長(zhǎng)時(shí)間浸泡后（和化學(xué)損傷的細(xì)微差異所引起的。長(zhǎng)時(shí)間浸泡后（24hr）恒定（恒定（130mV）；21:39:54討論討論討論討論討論討論: : : : : ( 4) 高選擇性高選擇性 ：膜電位的產(chǎn)生不是電子

16、的得失膜電位的產(chǎn)生不是電子的得失。其它離子。其它離子不能進(jìn)入晶格產(chǎn)生交換。當(dāng)溶液中不能進(jìn)入晶格產(chǎn)生交換。當(dāng)溶液中Na+濃度比濃度比H+濃度高濃度高1015倍時(shí)，兩者才產(chǎn)生相同的電位；倍時(shí)，兩者才產(chǎn)生相同的電位； (5) 酸差：酸差：測(cè)定溶液酸度太大（測(cè)定溶液酸度太大（pH12產(chǎn)生誤差，主要是產(chǎn)生誤差，主要是Na+參與相界面上的交換所致；參與相界面上的交換所致； (7)改變玻璃膜的組成，可制成對(duì)其它陽(yáng)離子響應(yīng)的玻璃改變玻璃膜的組成，可制成對(duì)其它陽(yáng)離子響應(yīng)的玻璃膜電極；膜電極； (8) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：是不受溶液中氧化劑、還原劑、顏色及沉淀的是不受溶液中氧化劑、還原劑、顏色及沉淀的影響，不易中毒影響，

17、不易中毒； (9)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：是電極內(nèi)阻很高，電阻隨溫度變化。是電極內(nèi)阻很高，電阻隨溫度變化。21:39:553.3.3.3.3.3.流動(dòng)載體膜電極（流動(dòng)載體膜電極（流動(dòng)載體膜電極（流動(dòng)載體膜電極（流動(dòng)載體膜電極（流動(dòng)載體膜電極（液膜液膜液膜液膜液膜液膜電極電極電極電極電極電極） 鈣電極鈣電極：內(nèi)參比溶液為含內(nèi)參比溶液為含 Ca2+水溶液。內(nèi)外管之間裝的是水溶液。內(nèi)外管之間裝的是0.1mol/L二癸基磷酸鈣二癸基磷酸鈣(液體離子交液體離子交換劑換劑)的苯基磷酸二辛酯溶液。其極的苯基磷酸二辛酯溶液。其極易擴(kuò)散進(jìn)入微孔膜，但不溶于水，易擴(kuò)散進(jìn)入微孔膜，但不溶于水，故不能進(jìn)入試液溶液。故不能進(jìn)入試液

18、溶液。 二癸基磷酸根可以在液膜二癸基磷酸根可以在液膜-試液兩相界面間傳遞鈣離子，直至達(dá)到試液兩相界面間傳遞鈣離子，直至達(dá)到平衡。由于平衡。由于Ca2+在水相（試液和內(nèi)參比溶液）中的活度與有機(jī)相中的活在水相（試液和內(nèi)參比溶液）中的活度與有機(jī)相中的活度差異，在兩相之間產(chǎn)生相界電位。液膜兩面發(fā)生的離子交換反應(yīng)：度差異，在兩相之間產(chǎn)生相界電位。液膜兩面發(fā)生的離子交換反應(yīng)： (RO)2PO2 - Ca2+ (有機(jī)相有機(jī)相) = 2 (RO)2PO2 -(有機(jī)相有機(jī)相) + Ca2+ (水相水相) 鈣電極適宜的鈣電極適宜的pH范圍是范圍是511，可測(cè)出，可測(cè)出10-5 mol/L的的Ca2+ 。21:39

19、:55流動(dòng)載體膜電極（流動(dòng)載體膜電極（流動(dòng)載體膜電極（流動(dòng)載體膜電極（流動(dòng)載體膜電極（流動(dòng)載體膜電極（液膜電極液膜電極液膜電極液膜電極液膜電極液膜電極）的討論）的討論）的討論）的討論）的討論）的討論 (1) 流動(dòng)載體膜電極（液膜電極）的機(jī)理與玻璃膜電極相流動(dòng)載體膜電極（液膜電極）的機(jī)理與玻璃膜電極相似；似； (2) 離子載體（有機(jī)離子交換劑）被限制在有機(jī)相內(nèi)，但離子載體（有機(jī)離子交換劑）被限制在有機(jī)相內(nèi)，但可在相內(nèi)自由移動(dòng)，與試樣中待測(cè)離子發(fā)生交換產(chǎn)生膜電位；可在相內(nèi)自由移動(dòng)，與試樣中待測(cè)離子發(fā)生交換產(chǎn)生膜電位； (3) 具有具有R-S-CH2COO-結(jié)構(gòu)的液體離子交換劑，由于含有結(jié)構(gòu)的液體離

20、子交換劑，由于含有硫和羧基，可與重金屬離子生成五元內(nèi)環(huán)配合物，對(duì)硫和羧基，可與重金屬離子生成五元內(nèi)環(huán)配合物，對(duì)Cu2+、Pd2+等具有良好的選擇性；等具有良好的選擇性；21:39:56流動(dòng)載體膜電極（流動(dòng)載體膜電極（流動(dòng)載體膜電極（流動(dòng)載體膜電極（流動(dòng)載體膜電極（流動(dòng)載體膜電極（液膜電極液膜電極液膜電極液膜電極液膜電極液膜電極）的討論）的討論）的討論）的討論）的討論）的討論 (4) 采用帶有正電荷的有機(jī)液體離子交換劑，如鄰菲羅啉與采用帶有正電荷的有機(jī)液體離子交換劑，如鄰菲羅啉與二價(jià)鐵所生成的帶正電荷的配合物，可與陰離子二價(jià)鐵所生成的帶正電荷的配合物，可與陰離子ClO4-，NO3-等生成締合物，

21、可制備對(duì)陰離子有選擇性的電極；等生成締合物，可制備對(duì)陰離子有選擇性的電極； (5) 中性載體中性載體(有機(jī)大分子有機(jī)大分子)液膜電極，中空結(jié)構(gòu)，僅與適當(dāng)液膜電極，中空結(jié)構(gòu)，僅與適當(dāng)離子配合，高選擇性，如頡氨霉素（離子配合，高選擇性，如頡氨霉素（36個(gè)環(huán)的環(huán)狀縮酚酞）個(gè)環(huán)的環(huán)狀縮酚酞）對(duì)鉀離子有很高選擇性，對(duì)鉀離子有很高選擇性，KK,Na=3.110-3； (6) 冠醚化合物也可用作為中性載體。冠醚化合物也可用作為中性載體。21:39:56液膜電極液膜電極液膜電極液膜電極液膜電極液膜電極應(yīng)應(yīng)應(yīng)應(yīng)應(yīng)應(yīng)用一覽表用一覽表用一覽表用一覽表用一覽表用一覽表21:39:574.4.4.4.4.4.敏化電極敏

22、化電極敏化電極敏化電極敏化電極敏化電極 敏化電極是指氣敏電極、酶電敏化電極是指氣敏電極、酶電極、細(xì)菌電極及生物電極等。極、細(xì)菌電極及生物電極等。 試樣中待測(cè)組分氣體擴(kuò)散通過(guò)透氣膜，進(jìn)入離子選擇電試樣中待測(cè)組分氣體擴(kuò)散通過(guò)透氣膜，進(jìn)入離子選擇電極的敏感膜與透氣膜之間的極薄液層內(nèi)，使液層內(nèi)離子選擇極的敏感膜與透氣膜之間的極薄液層內(nèi)，使液層內(nèi)離子選擇電極敏感的離子活度變化，則離子選擇電極膜電位改變，故電極敏感的離子活度變化，則離子選擇電極膜電位改變，故電池電動(dòng)勢(shì)也發(fā)生變化。電池電動(dòng)勢(shì)也發(fā)生變化。氣敏電極也被稱(chēng)為：探頭、探測(cè)器、傳感器。氣敏電極也被稱(chēng)為：探頭、探測(cè)器、傳感器。（1）氣敏電極）氣敏電極

23、基于界面化學(xué)反應(yīng)的敏化電極；基于界面化學(xué)反應(yīng)的敏化電極； 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 在原電極上覆蓋一層在原電極上覆蓋一層膜或物質(zhì)，使得電極的選擇性提高。膜或物質(zhì)，使得電極的選擇性提高。 對(duì)電極對(duì)電極：指示電極與參比電極組：指示電極與參比電極組裝在一起；裝在一起；21:39:57氣敏電極一覽表氣敏電極一覽表氣敏電極一覽表氣敏電極一覽表氣敏電極一覽表氣敏電極一覽表21:39:57（2 2 2 2 2 2）酶電極）酶電極）酶電極）酶電極）酶電極）酶電極 基于界面基于界面酶催化酶催化化學(xué)反應(yīng)的敏化電極；化學(xué)反應(yīng)的敏化電極； 酶特性酶特性：酶是具：酶是具有特殊生物活性的催有特殊生物活性的催化劑，對(duì)反應(yīng)的選擇化

24、劑，對(duì)反應(yīng)的選擇性強(qiáng)，催化效率高，性強(qiáng)，催化效率高，可使反應(yīng)在常溫、?？墒狗磻?yīng)在常溫、常壓下進(jìn)行；壓下進(jìn)行； 可被現(xiàn)有離子選擇性電極檢測(cè)的常見(jiàn)的酶催化產(chǎn)物可被現(xiàn)有離子選擇性電極檢測(cè)的常見(jiàn)的酶催化產(chǎn)物： CO2，NH3，NH4+，CN-，F(xiàn)-，S2-，I-，NO2-21:39:58 酶催化反應(yīng)酶催化反應(yīng)酶催化反應(yīng)酶催化反應(yīng)酶催化反應(yīng)酶催化反應(yīng)： CO(NH2 )2 + H2O 2NH3 + CO2 氨電極檢測(cè)尿酶葡萄糖氧化酶氨基酸氧化酶葡萄糖葡萄糖 + O2 + H2O 葡萄糖酸葡萄糖酸 + H2 O2 氧電極檢測(cè)R-CHNH2 COO- +O2 +H2 O R-COCOO- +NH4+ +H2

25、 O2 氨基酸通過(guò)以上反應(yīng)后檢測(cè)，或進(jìn)一步氧化放出氨基酸通過(guò)以上反應(yīng)后檢測(cè)，或進(jìn)一步氧化放出CO2 ，用氣敏電極檢測(cè)。用氣敏電極檢測(cè)。21:39:58（3 3 3 3 3 3）組織電極）組織電極）組織電極）組織電極）組織電極）組織電極(tissue electrodes ) 特性特性：以動(dòng)植物組織為敏感膜；：以動(dòng)植物組織為敏感膜； 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： a. 來(lái)源豐富，許多組織中含有大量的酶；來(lái)源豐富，許多組織中含有大量的酶； b. 性質(zhì)穩(wěn)定，組織細(xì)胞中的酶處于天然狀態(tài)，可發(fā)揮較性質(zhì)穩(wěn)定，組織細(xì)胞中的酶處于天然狀態(tài)，可發(fā)揮較佳功效；佳功效； c. 專(zhuān)屬性強(qiáng)；專(zhuān)屬性強(qiáng)； d. 壽命較長(zhǎng)；壽命較長(zhǎng)； e.

26、制作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)，生物組織具有一定的機(jī)械性能。制作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)，生物組織具有一定的機(jī)械性能。 制作關(guān)鍵制作關(guān)鍵：生物組織膜的固定，通常采用的方法有物理：生物組織膜的固定，通常采用的方法有物理吸附、共價(jià)附著、交聯(lián)、包埋等。吸附、共價(jià)附著、交聯(lián)、包埋等。21:39:59組織電極的酶源與測(cè)定對(duì)象一覽表組織電極的酶源與測(cè)定對(duì)象一覽表組織電極的酶源與測(cè)定對(duì)象一覽表組織電極的酶源與測(cè)定對(duì)象一覽表組織電極的酶源與測(cè)定對(duì)象一覽表組織電極的酶源與測(cè)定對(duì)象一覽表21:39:595. 5. 5. 5. 5. 5. 離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管離子敏

27、感場(chǎng)效應(yīng)晶體管 ( ion sensitive field effective transistor , ISFET ) 微電子化學(xué)敏感器件，既具有離子選擇性電極對(duì)離子敏微電子化學(xué)敏感器件，既具有離子選擇性電極對(duì)離子敏感的特性，又保留場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。感的特性，又保留場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。 在源極和漏極之間施加電壓（在源極和漏極之間施加電壓（Vd），），電子便從源極流向電子便從源極流向漏極（產(chǎn)生漏電流漏極（產(chǎn)生漏電流Id），），Id的大小受柵極和與源極之間電壓的大小受柵極和與源極之間電壓（Vg）控制，并為控制，并為Vg與與Vd的函數(shù)。的函數(shù)。21:40:00離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管原理離子敏感場(chǎng)效

28、應(yīng)晶體管原理離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管原理離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管原理離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管原理離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管原理 將將MOSFET的金屬柵極用離子選擇性電極的敏感膜代替，的金屬柵極用離子選擇性電極的敏感膜代替，即成為對(duì)相應(yīng)離子有響應(yīng)的即成為對(duì)相應(yīng)離子有響應(yīng)的ISFET。 當(dāng)它與試液接觸并與參比電極組成測(cè)量體系時(shí)，由于在當(dāng)它與試液接觸并與參比電極組成測(cè)量體系時(shí)，由于在膜與試液的界面處產(chǎn)生膜電位而疊加在柵壓上，將引起膜與試液的界面處產(chǎn)生膜電位而疊加在柵壓上，將引起ISFET漏電流（漏電流（Id）相應(yīng)改變，相應(yīng)改變， Id 與響應(yīng)離子活度之間具有與響應(yīng)離子活度之間具有類(lèi)似于能斯特公式的關(guān)系。類(lèi)似于能斯特

29、公式的關(guān)系。 應(yīng)用時(shí)，可保持應(yīng)用時(shí)，可保持Vd 與與Vg 恒定，測(cè)量恒定，測(cè)量 Id 與待測(cè)離子活度之與待測(cè)離子活度之間的關(guān)系（間的關(guān)系（ Id 以以A為單位）。也可保持為單位）。也可保持Vd 與與Id 恒定，測(cè)量恒定，測(cè)量Vg 隨待測(cè)離子活度之間的關(guān)系（也具有類(lèi)似于能斯特公式的關(guān)隨待測(cè)離子活度之間的關(guān)系（也具有類(lèi)似于能斯特公式的關(guān)系）。系）。21:40:00ISFETISFETISFET的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：的特點(diǎn)： 全固態(tài)器件、體積小、響應(yīng)快、易于微型化全固態(tài)器件、體積小、響應(yīng)快、易于微型化; 本身具有高阻抗轉(zhuǎn)換和放大功能，集敏感元件與電子元本身具有高阻抗轉(zhuǎn)換和放大功能，

30、集敏感元件與電子元件于一體，簡(jiǎn)化了測(cè)試儀器的電路。件于一體，簡(jiǎn)化了測(cè)試儀器的電路。 應(yīng)用較廣。應(yīng)用較廣。 鄭建斌等鄭建斌等, 離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其應(yīng)用離子敏感場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其應(yīng)用, 分析化學(xué)分析化學(xué), 1995, 23(7), 84221:40:01三、三、三、三、三、三、離子選擇電極的特性離子選擇電極的特性離子選擇電極的特性離子選擇電極的特性離子選擇電極的特性離子選擇電極的特性 specific property of ion selective electrode specific property of ion selective electrode specific propert

31、y of ion selective electrode 1 1 1 1 1 1膜電位及其選擇性膜電位及其選擇性膜電位及其選擇性膜電位及其選擇性膜電位及其選擇性膜電位及其選擇性 共存的其它離子對(duì)膜電位產(chǎn)生有貢獻(xiàn)嗎共存的其它離子對(duì)膜電位產(chǎn)生有貢獻(xiàn)嗎? ? 若測(cè)定離子為若測(cè)定離子為i i，電荷為電荷為z zi i；干擾離子為干擾離子為j j，電荷為電荷為z zj j。考考慮到共存離子產(chǎn)生的電位，則膜電位的一般式可寫(xiě)成為：慮到共存離子產(chǎn)生的電位，則膜電位的一般式可寫(xiě)成為：陽(yáng)陽(yáng)離離子子膜膜anFRTKEln jizz)(lnjijiaKanFRTKE膜膜陰陰離離子子膜膜anFRTKEln 21:40:

32、01討論討論討論討論討論討論a 對(duì)對(duì)陽(yáng)離子陽(yáng)離子響應(yīng)的電極，響應(yīng)的電極，K 后取后取正號(hào)正號(hào)；對(duì)；對(duì)負(fù)離子負(fù)離子響應(yīng)的電響應(yīng)的電極，極，K 后取后取負(fù)號(hào)。負(fù)號(hào)。b Ki j稱(chēng)之為稱(chēng)之為電極的選擇性系數(shù)電極的選擇性系數(shù)， 其意義為：在相同的測(cè)定條件下，待測(cè)離子和干擾離子其意義為：在相同的測(cè)定條件下，待測(cè)離子和干擾離子產(chǎn)生相同電位時(shí)待測(cè)離子的活度產(chǎn)生相同電位時(shí)待測(cè)離子的活度i i與干擾離子活度與干擾離子活度j j的比值的比值: : Kij = = i / / j jizz)(lnjijiaKanFRTKE膜膜21:40:01討論討論討論討論討論討論c c 通常通常Kij 1 1，Ki j值越小值越

33、小, ,表明電極的選擇性越高表明電極的選擇性越高。例如：。例如： Kij = 0.001時(shí)，意味著干擾離子時(shí)，意味著干擾離子j 的活度比待測(cè)離子的活度比待測(cè)離子 i 的活的活度大度大1000倍倍 時(shí)，兩者產(chǎn)生相同的電位。時(shí)，兩者產(chǎn)生相同的電位。d d 選擇性系數(shù)嚴(yán)格來(lái)說(shuō)不是一個(gè)常數(shù)，在不同離子活度條選擇性系數(shù)嚴(yán)格來(lái)說(shuō)不是一個(gè)常數(shù)，在不同離子活度條件下測(cè)定的選擇性系數(shù)值各不相同。件下測(cè)定的選擇性系數(shù)值各不相同。 e e Kij僅能用來(lái)僅能用來(lái)估計(jì)干擾離子存在時(shí)產(chǎn)生的測(cè)定誤差估計(jì)干擾離子存在時(shí)產(chǎn)生的測(cè)定誤差或確定或確定電極的適用范圍。電極的適用范圍。 jizz)(lnjijiaKanFRTKE膜膜

34、21:40:02例題例題例題例題例題例題1 1 1 1 1 1： 用用pNa玻璃膜電極（玻璃膜電極（KNa+，K+= 0.001）測(cè)定測(cè)定pNa=3的試液的試液時(shí)，如試液中含有時(shí)，如試液中含有pK=2的鉀離子，則產(chǎn)生的誤差是多少的鉀離子，則產(chǎn)生的誤差是多少?解解: 誤差誤差%=(KNa+，K+ aK+ )/aNa+100% =(0.001102)/103100% =1%21:40:02例題例題例題例題例題例題2 2 2 2 2 2： 某硝酸根電極對(duì)硫酸根的選擇系數(shù)：某硝酸根電極對(duì)硫酸根的選擇系數(shù)： K NO-, SO2-=4.110 5用此電極在用此電極在1.0mol/L硫酸鹽介質(zhì)中測(cè)定硝酸根

35、，如果要求測(cè)硫酸鹽介質(zhì)中測(cè)定硝酸根，如果要求測(cè)量誤差不大于量誤差不大于5%，試計(jì)算可以測(cè)定的硝酸根的最低活度為多，試計(jì)算可以測(cè)定的硝酸根的最低活度為多少少?解：解： NO- ，SO（aSO ）zi/zj /aNO- 5% aNO- 4.1101.0 /5 aNO- 8.210mol/L。 測(cè)定的硝酸根離子的活度應(yīng)大于測(cè)定的硝酸根離子的活度應(yīng)大于8.2104mol/L。21:40:032 2 2 2 2 2線(xiàn)性范圍和檢測(cè)下限線(xiàn)性范圍和檢測(cè)下限線(xiàn)性范圍和檢測(cè)下限線(xiàn)性范圍和檢測(cè)下限線(xiàn)性范圍和檢測(cè)下限線(xiàn)性范圍和檢測(cè)下限 線(xiàn)性范圍線(xiàn)性范圍 AB段對(duì)應(yīng)的檢測(cè)離子的段對(duì)應(yīng)的檢測(cè)離子的活度（或濃度）范圍。活度（或濃度）范圍。 級(jí)差級(jí)差 AB段的斜率：段的斜率： 即活度相差一數(shù)量級(jí)時(shí)，電