Сенсоры амперометрические

Электрохимические реакции, протекающие на поверхности датчика (электрода) в амперометрических сенсорах, генерируют в электродной системе ток, функционально связанный с концентрацией определяемого вещества. Одной из важнейших областей применения амперометрических сенсоров является определение кислорода в воде и воздухе. Для этого используют электроды Кларка (см. раздел 14.1), генерирующие ток, пропорциональный концентрации Ог. Селективность таких сенсоров определяется природой материала электрода, точнее, его поверхности, а следовательно, и величиной потенциала, при котором протекает электрохимическая [c.553]

Таблица 7.7-5. Примеры амперометрических газовых сенсоров

Принципы работы амперометрических сенсоров , 143 [c.143]

Действие потенциометрических сенсоров основано на измерении разности потенциалов между двумя электродами, один из которых является электродом сравнения, а другой - дает селективный отклик на присутствие определяемых ионов или молекул веществ. При измерении потенциала на электроде практически не нарушается равновесие электрод - раствор, чего нельзя сказать об амперометрических сенсорах, отклик которых определяется электролизом, т.е. потреблением вещества. Однако чувствительность потенциометрических сенсоров, как правило, ниже амперометрических. [c.555]

Принципы работы амперометрических сенсоров 147 [c.147]

Принципы работы амперометрических сенсоров 145 [c.145]

Тип преобразователя определяется особенностью реакции, протекающей на электроде. Невозможно найти универсальный преобразователь на все возможные вещества. В технологии электрохимических сенсоров используются преобразователи различных типов потенциометрические, амперометрические, кулонометрические, кондуктометрические, полупроводниковые на основе оксидов металлов, ионоселективные полевые транзисторы и др. Для повышения избирательности на входном устройстве сенсора (перед чувствительным слоем) могут размещаться мембраны, селективно пропускающие частицы определенного заряда или размера. [c.552]

Твердотельные газовые сенсоры Полевые транзисторы Изменение тока Амперометрические сенсоры (кисло- [c.496]

Электрохимические. Это потенциометрические (ион-селективные электроды — ИСЭ, ионселективные полевые транзисторы — ИСПТ) и вольт- и амперометрические сенсоры, в том числе твердые электролитические газовые сенсоры. Полупроводниковые газовые сенсоры также могут быть включены в эту категорию, хотя механизм их действия не включает химическую реакцию. [c.710]

Кислородный электрод. Содержание молекулярного кислорода в растворе можно определить амперометрически с помощью мембранного электрода, называемого кислородным сенсором Кларка. Ячейка для измерений состоит из инертного металлического катода, покрытого тефлоновой или силиконовой газопроницаемой мембраной, и серебряного анода, присоединенных к батарее на 1,5 В (рис. 16-21). Ток протекает только в результате диффузии кислорода из анализируемого раствора через мембрану к катоду, где он восстанавливается до воды. Необходимые для этого ионы водорода потребляются из внутреннего буфера. В результате протекания незначительного тока эквивалентное количество серебра на аноде превращается [c.358]

Принцип действия схемы контроля концентраций токсичных газов основан на амперометрическом методе измерения, при котором электрохимический сенсор преобразует значение концентрации соответствующего газа в атмосфере в электрический сигнал, сила тока которого пропорциональна концентрации. Нагрузкой каждого сенсора является усилитель с выходным напряжением, пропорциональным концентрации газа. [c.756]

Для регенерации окисленных ферментов используют также модифицированные электроды с адсорбированными редокс-полимерами, содержащими п- и о-хинонные группы (рис. 15.2) [12-14]. Такие электроды эффективно окисляют восстановленные глюкозооксидазу, L-лактатоксидазу и ксантиноксидазу в диапазоне потенциалов от 0,05 до 0,5 В (относительно Ag/Ag l) при pH 7. Установлено [12-14], что эти ферменты окисляются при потенциале окисления полимерного модификатора, и, таким образом, последний действует как медиатор. Основной недостаток этих редокс-полимерных электродов заключается в том, что они довольно быстро (обычно за 5 дней) теряют каталитическую активность [12, 14]. Позже был описан [3] амперометрический глюкозный сенсор на основе глюкозооксидазы, иммобилизованной на графите, который предварительно обработали N-метилфеназинием (NMP). Авторы нашли, что функция электрода к глюкозе строго линейна в диапазоне 0,5-150 мкМ, но использовать его можно вплоть до концентрации 2 мМ. Иммобилизованная глюкозооксидаза стабильна в течение нескольких месяцев, однако медиатор следует обновлять ежедневно. [c.216]

В зависимости от измеряемого параметра, характеризующего чувствительность датчика к определенному компоненту, выделяют электрохимические (потенциометрические, вольтамперометрические, амперометрические, кулонометрические, кон-дуктометрические), оптические (спектрофотометрические, люминесцентные), чувствительные к изменению массы (пьезоэлектрические и акустико-поверхностно-волновые), магнитные и термометрические датчики. Дополнительная классификация химических сенсоров проводится по определяемому компоненту пробы. Соответственно сенсоры делятся на ионные, молекулярные, газовые, биосенсоры, включая ферментативные и иммуносенсоры. Учитывая сложность классификации (полная классификация и история создания сенсоров может быть найдена в работе [330]) и разнообразие химических сенсоров, в данной главе представлены лишь отдельные группы сенсоров, в которых существенную роль играет модифицирование поверхности неорганических носителей. [c.468]

Применяются самые разнообразные физические трансдьюсеры электрохимические, оптические, термические, пьезоэлекфические, акустические и т.д. В настоящее время наиболее широко используются биосенсоры с электрохимическими преобразователями. Одни из них представляют собой специальный электрод, на который нанесен слой биоматериала, а другие регистрируют ток электрохимической реакции одного из участников ферментативного процесса на поверхности электрода. Первые относятся к потенциометрическим сенсорам, а вторые - к амперометрическим. Функционально биосенсоры сопоставимы с биорецепторами, которые преобразуют реакцию живых организмов на воздействие окружающей среды в электрические сигналы [c.292]

Определение аммиака имеет большое значение в клиническом и промышленном анализе. Разработано несколько потенциометрических сенсоров для определения аммиака, но на их работу могут оказывать влияние ионы металлов и летучие амины. Поэтому для определения аммиака желательно было бы разработать амперометрический сенсор. [c.31]

Глава 11 Принципы работы амперометрических сенсоров [c.138]

Амперометрические сенсоры на основе редокс-белков [c.219]

Амперометрические сенсоры часто защищают специальной мембраной, избирательно проницаемой для представляющих интерес частиц. Мембрана служит для изоляции электрода от биологической жидкости и удержания в тонком слое реагентов, например ферментов, необходимых для системы детектирования. С помощью мембраны можно устранить влияние белков, адсорбирующихся на электроде, на аналитические характеристики последнего. Кроме того, мембрана имеет еще две важные, хотя и не всегда должным образом оцениваемые функции. Во-первых, распределение частиц на границе раздела мембрана/раствор может приводить либо к ослаблению, либо к усилению сигнала. Это явление наблюдается помимо зарядовых или молекулярно-ситовых эффектов. Во-вторых, наличие мембраны относительно большой толщины (50-1000 мкм) создает дополнительный диффузионный барьер. В случае слишком толстой мембраны время отклика сенсора может заметно возрасти (до 5-10 мин). Однако такая мембрана имеет и преимущества, поскольку сигнал сенсора не зависит от движения (перемешивания) анализируемого раствора (внешнедиффузионный член уравнения (11.1) становится много больше внутридиффузионного). [c.140]

Принцип действия микробных сенсоров. Сенсоры непосредственного действия, работающие в амперометрическом режиме, имеют явные преимущества перед аналогичными потенциометрическими сенсорами. Работоспособность сенсора, естественно, зависит от скорости установления равновесного стационарного потенциала и тока электрода в присутствии медиатора. При введении субстрата генерация электронов микроорганизмами приводит к увеличению концентрации восстановленного медиатора (и, следовательно, изменению редокс-соотношения), что в свою очередь вызывает сдвиг потенциала и прохождение тока через внешнюю нагрузку. При соответствующем выборе сопротивления нагрузки и концентрации компонентов амперометрический сигнал можно измерять в стационарных условиях, а деполяризующее действие микроорганизма становится субстрат-зависимым. Пределы чувствительности, точность и время отклика такого сенсора будут определяться величиной тока, получаемого при данных количествах клеток микроорганизма и субстрата. Кроме рассмотренных биологических факторов ток сенсора будет зависеть от эффективности реакции переноса электрона на каждом конце процесса а) переноса электронов от его источника в микроорганизме к медиатору б) переноса электронов от медиатора к базовому электроду. На обе эти реакции влияют ограничения, связанные с электрохимической активацией и массопереносом. Они могут приводить к значительной поляризации и низкой эффективности работы элемента. [c.244]

ОКОЛО 80 различных веществ, включая субстраты, кофакторы, простетические группы, ферменты, антитела, ингибиторы и активаторы. Диапазон линейности концентрационной зависимости для этих сенсоров обычно охватывает от двух до четырех порядков концентрации с пределом обнаружения 1-100 мкМ. Серийно выпускаются анализаторы с амперометрическими биосенсорами для определения 11 различных веществ. [c.258]

Особенно широко амперометрические датчики применяются для определения кислорода. Соответствующие приборы в настоящее время выпускаются промышленностью. Для этой цели обычно используется электрод (сенсор) Кларка (рис. 14.1), представляющий собой электрохимическую ячейку, содержащую небольшой объем электролита, в который помещены электрод из благородного металла и электрод сравнения. Электролит датчика отделяют от внешнего раствора мембраной, гфоницаемой для кислорода. Если концентрация кислорода с внешней стороны мембраны превышает концентрацию во внутреннем растворе, то молекулы кислорода диффундируют через мембрану, растворяются в электролите и дают отклик индикаторного электрода. Потенциал электрода, отвечающий диффузионному току восстановления кислорода, устанавливают равным приблизительно -0,6 В относительно НКЭ. Измеряемый ток пропорционален концентрации Ог в широком интервале его содержаний [c.497]

Так, определение диоксида серы основано на анодном окислении SO2 до SO3 на электродах, покрытых РЬОг. Для определения сероводорода используют легкость его окисления на каталитически активных электродах. Мембранные амперометрические сенсоры с тонким слоем катализатора, осажденного на поверхности электрода, дают быстрый отклик на СО. При косвенном определении СО реагирует с I2O5 в нагретой до 150 °С трубке [c.554]

Разработаны сенсоры для определения хлора по току его катодного восстановления в положительной области потенциалов (+1,1 В) на электродах из углерода и гладкой платины. В этих условиях H2S и СО не окисляются и не восстанавливаются и, следовательно, не мешают определению. Для определения хлора так же, как и для определения озона, можно использовать его реакцию с иодид-ионами. В дополнение к перечисленным, амперометрические сенсоры применяются для определения НС1 по реакции с Юз с последующим определением иода, а также для определения фосгена и IO2. [c.554]

Электрические схемы кулономе ических и амперометрических сенсоров практически идентичны они отличаются только условиями проведения электролиза. Для амперометрических сенсоров характерны электроды с малой поверхностью, благодаря чему после электролиза концентрация определяемого вещества заметно не меняется, тогда как в кулонометрических сенсорах электроды имеют большую поверхность, что создает условия для полного электропревращения определяемого вещества в ячейке. Электроды сравнения в кулонометрических сенсорах должны обеспечивать протекание тока в цепи длительное время без собственной поляризации, поэтому их изготавливают из фольги или спеченных порошков металлов (А , С<1, РЬ, 2п) с большой поверхностью. [c.561]

Использование вольтамперометрических измерений как основы сенсора хорошо известно иа примере амперометрического сенсора Кларка для определения кислорода (разд. 7.3). Рабочий электрсд сенсора Кларка представляет собой платиновый электрод, связанный с серебряным анодом. Сенсор можно модифицировать, чтобы обойти необходимость регенерации серебряного электрода. Например, серебро можно использовать в качестве рабочего, а свинец — [c.503]

Биораспознающий компонент биосенсора—это белок, макромолекула или комплекс со специфической поверхностью или внутренними распознающими центрами, необходимый для распознавания определяемого вещества. Компонент обусловливает селективность по отношению к определяемому веществу и передает сигнал на преобразователь. Тип реакции, катализируемой фермен> том, определяет выбор преобразователя. Определяемое вещество, а значит, и доступньк методы преобразования обусловливают природу биораспознающего компонента. Рассмотрим два примера, в которых фермент используют для создания сенсора на субстрат этого фермента. На схеме 7.8-1 ферментативная реакция включает перенос злектрона таким образом, для определения холестерина можно использовать в качестве преобразователя амперометрический электрохимический сенсор. Схема 7.8-2 включает изменение [Н+1 следовательно, контроль превращения ацетилхолина возможен с помощью рН-электрода или рН-чувствительного красителя в оптическом приборе. Другие ферменты можно использовать в случае реакций гидролиза, этерификации, расщепления и т. д. определяемое вещество обычно является субстратом фермента. (Как можно провести анализ, если вы не смогли найти подходящую ферментативную реакцию с участием определяемого вещества, ио знаете, что оно является иигибитором ферментативной реакции ) [c.519]

Как обсуждалось в предыдущем разделе, биораспоэнающий компонент биосенсора существует в слое, следующем за преобразователем. Для амперометрического ферментного сенсора величину токового сигнала оптимизируют в соответствии с модулями Тиле, и Ф [c.534]

Во второй, самой большой, части книги (19 глав) детально рассматриваются электрохимические биосенсоры. Первые две главы отведены потенциометрическим сенсорам на основе ионоселективных и редокс-электродов. Следующие 13 глав посвящены наиболее разработанным амперометрическим биосенсорам-принципам их действия, теории, методам исследования, конструированию, практической реализации и применению. Детально описаны различные глюкозные сенсоры, работающие как in vitro, так и in vivo. [c.7]

В работе [43] описан амперометрический тирозиновый биосенсор на основе ткани сахарной свеклы Beta vulgaris altissima), которую иммобилизуют на поверхности чувствительного к кислороду датчика. В этом сенсоре используют активность содер- [c.51]

Если бы ферментный электрод функционировал в условиях кинетического контроля, концентрационная зависимость тока была бы нелинейной, и рабочий диапазон охватывал бы лищь концентрации в пределах одного порядка. Однако, как отмечено выше, в таких сенсорах между слоем фермента и анализируемым раствором находится мембрана. Она создает барьер для активных частиц, и отклик сенсора пропорционален диффузионному потоку, который не лимитируется кинетикой ферментативной реакции, пока активность фермента не становится слишком низкой. Вот почему отклик амперометрического электрода остается постоянным в течение продолжительного периода и затем внезапно падает. Как отмечалось в работе [36], сигнал сенсора не зависит от активности фермента, пока последняя достаточно высока. Однако активность фермента постепенно уменьшается и со временем достигает уровня, при котором отклик сенсора становится контролируемым кинетически и не является более постоянным. Более подробно теория ферментного электрода и свойства иммобилизованных ферментов обсуждаются в ряде публикаций [4, 14, 26, 47]. Идеальным был бы случай, когда используют тонкую мембрану, через которую кислород переносится лучше, чем глюкоза, и поэтому в реакционном слое он находится в избытке. Разработка мембран с такими особыми свойствами несомненно будет благоприятствовать развитию биосенсоров всех типов. [c.144]

N-метилфеназина. Во всех случаях был достигнут определенный прогресс в каталитическом окислении NADH. На модифицированном электроде перенапряжение заметно снижается, смягчая, таким образом, проблему помех. Однако во всех случаях модифицированные электроды оказались недостаточно стабильными для продолжительного использования либо вследствие побочных реакций медиатора, либо из-за утечки медиатора с поверхности электрода. По этим причинам такие электроды непригодны для использования в амперометрических сенсорах. [c.177]

Помимо анализа крови больных диабетом глюкозный бирсенсор можно использо-1ть для определения скорости реакций в растворе, например для оценки активности зеатинкиназы [17]. Разработаны и другие амперометрические биосенсоры, где ферро- н используется в качестве медиатора. В частности, на основе реакций, приведенных табл. 14.1, созданы сенсоры спиртов [1], оксида углерода [2], гликолята, L-амино-клот и галактозы [14]. [c.209]

Амперометрические ферментные электроды уже сейчас вполне пригодны для использования в лабораторных условиях, хотя их разработка еще только выходит из начальной стадии и на практике могут возникать различные трудности. Они связаны прежде всего с необходимостью контроля химических и физических условий, влияющих на каталитические реакции в сенсоре. Мешающее влияние кислорода можно уменьшить, используя несамоокисляющиеся медиаторы. Еще более радикально эта проблема решается с помощью независимых от кислорода ферментов, например хинопро- [c.234]

Недавнее возрождение интереса к микробным топливным элементам и сенсорам связано с открытием, что при помощи сопрягающих редокс-реакций можно установить прямую и эффективную связь между процессами на электроде и дыханием микробов. В таком прямом микробном топливном элементе источником энергии является хорошо изученная способность микроорганизмов восстанавливать редокс -активные вещества, образующиеся на начальных или промежуточных стадиях катаболизма. При этом электроны из богатых ими внутриклеточных веществ могут выводиться из нормальных дыхательных цепей посредством соответствующих сопрягающих реакций и через анод попадать во внешнюю цепь [8, 9]. С некоторыми конструктивными изменениями топливный элемент можно приспособить для использования в качестве сенсора, поскольку поток электронов, возникающий при электрохимическом окислении, легко измерить амперометрически или другими методами, а в определенных [c.238]

Дифференциальные измерения. Как принято обычно в аналитической практике, влияние примесей при измерениях в биологических и промышленных жидкостях можно минимизировать разумным использованием холостых проб. Измерения можно проводить, например, в дифференциальной ячейке, состоящей из двух размещенных спиной к спине одинаковых ячеек. Чувствительная часть такой дифференциальной ячейки состоит из двух тонких биоанодов на одном датчике. Преимуществом такой конструкции является возможность градуировки с использованием нуль-метода и дополнительная компенсация колебаний температуры, pH и ионной силы. Для компенсации влияния мешающих субстратов можно также рекомендовать холостой сенсор , не содержащий биокатализатор для определяемого вещества, но содержащий эиокатализатор для мешающего вещества, что позволяет вычесть вклад последнего 3 амперометрический сигнал основного сенсора. [c.253]

В амперометрических биосенсорах используют преимущественно реакции, катали-ируемые оксидазами. Это связано с простотой электрохимического детектирования >2 и Н2О2. Если при превращении молекулы определяемого вещества не образуется родукта, концентрацию которого легко измерить, то его можно получить с помощью альнейшей ферментативной реакции. Такие последовательные реакции обычно спользуют при определении сложных эфиров, олигосахаридов и амидов. В амперо-етрических сенсорах можно применять и другие типы сопряженных реакций, осно-шных на рециклировании исследуемой молекулы, с тем чтобы умножить количест-э продукта или устранить влияние мешающих веществ. [c.257]

Глюкозоанализаторы. Результатом изучения проблемы сенсоров во многих фирмах стала разработка глюкозоанализаторов. В табл. 18.1 сравниваются наиболее важные аналитические характеристики этих приборов. Первый прибор для определения глюкозы на основе амперометрического ферментного электрода разработан фирмой [c.260]