科普：再读电化学传感器

一、电化学传感器的简要介绍及历史追溯

电化学传感器是一种基于电化学原理工作的传感器，它通过测量被检测物质在电化学反应中产生的电流或电位变化来确定物质的浓度或存在性。这种传感器在环境监测、生物医学、食品安全等领域有着广泛的应用。

追溯电化学传感器的历史，我们可以发现其发展源于19世纪末对电化学现象的研究。随着科技的进步，特别是微纳加工技术和材料科学的快速发展，电化学传感器的性能得到了显著提升，应用领域也不断扩大。

二、电化学传感器工作原理

电化学传感器的工作原理基于物质在电极表面发生的氧化还原反应。当被检测物质与电极接触时，如果其能发生氧化还原反应，就会产生电流或电位的变化。通过测量这些变化，就可以得知被检测物质的浓度或存在性。

三、电化学传感器的结构

电化学传感器包含以下4种主要元件：

1、 透气膜（也称为疏水膜）：透气膜用于覆盖传感（催化）电极，在有些情况下用于控制到达电极表面的气体分子量。此类屏障通常采用低孔隙率特氟隆薄膜制成。这类传感器称为镀膜传感器。或者，也可以用高孔隙率特氟隆膜覆盖，而用毛管控制到达电极表面的气体分子量。此类传感器称为毛管型传感器。除为传感器提供机械性保护之外，薄膜还具有滤除不需要的粒子的功能。为传送正确的气体分子量，需要选择正确的薄膜及毛管的孔径尺寸。孔径尺寸应能够允许足量的气体分子到达传感电极。孔径尺寸还应该防止液态电解质泄漏或迅速燥结。

2、电极：选择电极材料很重要。电极材料应该是一种催化材料，能够执行在长时间内执行半电解反应。通常，电极采用贵金属制造，如铂或金，在催化后与气体分子发生有效反应。视传感器的设计而定，为完成电解反应，三种电极可以采用不同材料来制作。

3、电解质：电解质必须能够进行电解反应，并有效地将离子电荷传送到电极。它还必须与参考电极形成稳定的参考电势并与传感器内使用的材料兼容。如果电解质蒸发过于迅速，传感器信号会减弱。

4、过滤器：有时候传感器前方会安装洗涤式过滤器以滤除不需要的气体。过滤器的选择范围有限，每种过滤器均有不同的效率度数，多数常用的滤材是活性炭。活性炭可以滤除多数化学物质，但不能滤除一氧化碳。通过选择正确的滤材，电化学传感器对其目标气体可以具有更高的选择性。

四、电化学传感器的分类

电化学传感器的分类方法很多，按照其输出信号的不同可以分为电位型传感器、电流型传感器和电导型传感器。

按照电化学传感器所检测的物质不同，电化学传感器主要可以分为离子传感器、气体传感器和生物传感器。

五、电化学传感器主要性能与影响因素

电化学传感器的主要性能包括灵敏度、选择性、稳定性、响应时间等。这些性能受到多种因素的影响，如电极材料、电解质溶液的性质、温度、湿度等环境因素，以及被检测物质的性质等。

六、电化学传感器的主要应用领域

电化学传感器因其高灵敏度、快速响应和实时在线监测等特点，在多个领域得到广泛应用。

1. 环境监测：电化学传感器可用于检测大气中的有害气体、水质中的污染物等，为环境保护提供重要数据支持。

2. 生物医学：在生物医学领域，电化学传感器可用于检测生物体内的葡萄糖、乳酸、尿酸等生物分子，为疾病的诊断和治疗提供帮助。

3. 食品安全：电化学传感器可用于食品中添加剂、有害物质等的检测，确保食品安全。

总结来说，电化学传感器作为一种重要的检测工具，在环境监测、生物医学、食品安全等领域发挥着不可替代的作用。随着科技的进步和应用领域的拓宽，电化学传感器的性能和应用将不断提升和完善，为人类的生活和发展做出更大的贡献。