1. 三电极系统的组成
工作电极
对电极
参比电极
2. 三电极系统的优点
三电极系统常用于生物传感器的构造和生化检测,是电化学检测领域的重要技术。
1. 三电极系统的组成 三电极系统中的三电极是指工作电极、对电极和参考电极。
工作电极 工作电极(Work Electrode,WE),又称为研究电极,是指所研究的反应在该电极上发生,也就是响应的物质在这个电极上发生反应。一般来说,工作电极的材料可以是固体和液体。常用的工作电极材料有:玻璃碳电极、铂(Pt)、金(Au)、银(Ag)、铅(Pb)、导电玻璃(ITO)、汞(Hg)等。
工作电极需要满足以下条件:
1.研究的电化学反应不会受到电极本身反应的影响,可以在较大的点区域进行测量
2.电极材料不能与溶剂或电解液中的成分反应
3.电极面积不宜过大,电极表面应光滑均匀,表面可以简单净化
为保证实验的可重复性,需要建立适当的电极预处理步骤,以保证氧化还原和表面形状的可重复性。
对电极 对电极(Counter Electrode、CE)又称为辅助电极。辅助电极和工作电极组成回路,使工作电极上电流畅通,以保证所研究的反应在工作电极上发生。
当工作电极发生氧化或还原反应时,可以安排在电极上的气体沉淀反应或工作电极反应的反应,使电解质的组成保持不变。电极的性能通常不会影响工作电极的反应。
电极的电位会随着电流的变化而变化。如果测量过程中通过的电流较大,电极本身就会极化,因此不能作为电势比较的标准,容易造成测量误差。为了保持电极的电位稳定,必须使用辅助电极,否则会影响测量的准确性。
参比电极 参比电极(Reference Electrode,RE)电位不受电解液成分变化的影响,具有恒定值。
理想的参考电极为:
1.电极反应可逆,符合要求Nernst方程
2.电势不随时间变化
3.小电流过时,能保持恒定,不易受温度等因素影响
2. 三电极系统的优点 三电极系统是为消除极化电流引起的电极电势误差而设计的。它在传统的两电极系统(工作电极和对电极)的基础上引入了稳定工作电极的参考电极。
当工作电极上的电流较小时,可以使用两个电极,即工作电极和参考电极。此时,参考电极不仅用于控制电位,还用于形成电流电路。
如果流过工作电极的电流较大,则必须使用附加电极与工作电极形成电流电路,此时的参考电极用于控制电位。此时,如果电流电路由参考电极组成,将对参考电极产生很大的极化影响,甚至损坏参考电极。
两个电极系统的示意图
三电极系统示意图
如图所示,三电极系统中有两个电路,即:
1.测量电路:由工作电极和参考电极组成,即图中的W和R,该电路又称测量控制电路,用于测试工作电极上的电化学反应过程,该电路中的无极化电流流过,只有极小的测量电流,
2.极化电路:由工作电极和对电极组成,即图中的W和C。在极化回路中有极化电流,可对极化电流进行测量和控制,极化回路起到传输电子形成回路的作用
因此,三电极系统的使用不仅可以极化工作电极的界面,而且不妨碍工作电极的电位控制和测量,从而控制和测量电流和电势。
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