PDF《微电极及其应用》

第19卷 第 1期

2 O O 2年 3月 吉韩化工学院学报JOUR NA L OF J I L I N I N S T I TUT E O F C H EMI C AL T E C HN OL O GY V0 l _

1 9 No l MB r .

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0 2 文章编号 :

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5 3 (

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0 4 微电极及其应用潘晓明,刘积 灵(I.吉韩 化工 学院 机 电工程 系, 青韩 吉韩

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2 2 ;

2吉韩化工学 院科 研灿 , 吉韩 吉韩

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2 2 ) 摘要:主要是对擞 电极性能盈其 在各个领域的应 用如毛细管电泳一 电化学 检涮 、 扫描技术 、 传感器 、 艟蔼 f 及光谱 电化学等作 了较 为全面的评述 . 美誓词:傲 电极 ;

纳米 电极 ;

电化学 中圈分类 号:O

6 4

6 .

5 4 文献标识码 :A 微 电极 是60年 代发展起来 的并 在 电化 学及电分 析化 学 中显 示 了广 阔 的应 用前 景.随着电化 学及微 系 统相关 技术 的迅 猛发展,微电极 在生物电化 学,能源电化学 , 光谱 电化 学,毛细管电泳. 电 化学 检测 系统 , 生 命科 学 及所 涉及的相 关学科如生物学 . 细胞生物 学,免疫 学,环境 分析与监 测等各个 领域 被广 泛 使用 . 尤 其是 在新兴的纳米 技术和基 因工程 中 占有很 重要 的地 位.1微电极 的类 型 随着 纳米 技术 、 微系 统及 机械加 工技 术、微电子技 术 的发展 . 使制 造微 小 电极 成 为可能 . 目前 研 制的徽 电极 已 由微 米级向纳米 级发展,徽系统中所用的微 电极 已可 达到纳米级.在近 年来发展起来的基 因 工程 和 纳米 技术中,微电极 所起的作用至关 重要 . 可 以对 D NA等有 机 大分 子进行测 定、还可 以对 痕量金 属离 子进行测定,测定数量可达20余 种.根据微电极的制作材料可将微电极分为碳纤 维微 电极 , 铂微 电极 , 铜微 电极 , 钨微 电极 , 金微电极,铱微 电极 , 银微 电极 , 粉末 微电极 . 根据 微 电极 的形 状还 可将 微电极 分 为微 柱电极 , 微盘 电极 , 微带电极 , 微刷电极 , 微束盘电极微 圆盘 电极 和微 流动电极 , 姐 和式 电极 , 纳米 级 圆盘. 圆柱 电极 . 根据电极 的尺 寸又 可将 电极分 为 常规 电极 、 微 电极 、 和 超微 电极 . 超微 电极 是指电极 尺寸 为10 cnl或10cnl的~ 类 电极 . 超微电极具有常规电极无法比拟的优良电化学特性 . 已成为电化学研究 中 最有 发展前 景 的一个 重要 分支

2 微 电极 的制作 组合 圆盘电极 的制 作.将铂、金、碳的超微 金 属丝仔细地等距排列在 绝缘体 的表面 , 并用还氧 树脂等粘合剂进行固定 并胶合 . 待固化后进行研 磨 以露 出 电极 截面,然后 进一 步抛 光,另一端 用金 属 导线利 用银 导 电胶联 接 引出 . 纳米 级 圆盘- 圆柱 电极 的制 作.目前制 得 的圆 盘 电极 , 其半 径 可达

1 0

0 n m 或更 小.对于r为

1 ―

0 .

0 1 L l n l 的制作方法可以将直径为纳米级金属 丝,利用化学 侵蚀 的方 法或 光学 刻蚀 的方法 , 也可 以利用 于单 个细胞中测 定用 的能 控 制直 径为10―5cnl的毛细 管控制 器所获得 的毛 细管,其内壁 利用metalink制 成金属环 电极 .

3 微 电极 的应用

3 .

1 散电极在毛细管电泳 ・ 电化 学检测系统 中应用将微 电极进行修饰 , 是一种把分离 , 富集和测 定三者结 合 为一 的理想体系.现今 用 于毛 细管 电泳( C E ) . 电化学检测( E C) 系统的修饰电极有 HE 修饰徽 电极 , 化学修饰微电极 , 徽金属颗粒修饰电 极,表面膜修饰微电极 . L u We n z h e 等在 C u 、 微盘电极表面修饰一层

3 L l m 的HE膜,同时 测定了4种 金属离子.Hilmi用sn微颗 粒Pt微盘电极 , 在接口式 C E . E C系统 收稿 日期 :

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0 1 ―1 2―1

7 作者俺介 : 潘 晓明(

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7 2 一) . 女,吉林双阳人 , 在读硕 士.吉林化工学院助教 . 主要从事 分析化学方 面研究 维普资讯 http://www.cqvip.com 吉林化工学院学报2002年 中,分离检 测 了酚 , 一 氯代 酚,二氯代 酚,三氯代 酚等8种物质 . 检 出限达

0 .

1 mmo l / L. 而表面分子膜修饰 微 电极 可测 肾结石 病人 的尿样 和 猪肝脏 中 的细胞 色素 C. J i a n Y o u z h o n g等制备的 N a f l o n / C u ― P l 微粒修饰 用于一 氧化碳的检测 , 证 明该 修饰电极 对一 氧 化碳具 有催 化 氧化作 用.Hu b b a r d等用碘 修饰 的铂 微 电极 结合微分双脉冲伏 安法(DDP V) 使DA( 多 巴胺 ) 与AA( 抗坏血酸 ) 分开 , 得到良好 的技 术.曹玉华等 用碳圆盘微 电极 , 测定茶叶中咖 啡因,表儿茶索 ( 茶多酚的一 种)和抗坏 血酸 的 含量 . 其 检测 下艰 分别 为6*1 O _ . mo l / L、

4 *1

0 . mo l / L、 1*

1 0一m0I/L .

3 .

2 微 电极 在 扫描技 术 中应用 微 电极运 用于扫描 技术,可在 研究 多 种形 式 的局部 腐蚀 . 如 点腐 蚀发生、发展 过程机理;

缝隙腐蚀 的消 长;

应力腐蚀开 裂 的前驱 电位效 应;

焊缝 腐蚀行 为;

缓蚀 机理及材料 耐局部腐蚀 的平测等方面的研 究上 , 可 获得其 他技 术难 以得 到 的技术 . 扫描探 针 显微技 术(SPM) 主要 包括 扫 描隧道 显微镜(STM) 和 原子 力显微 镜(AF M) , 其原理完全基于量 子力学 的隧道效 应,通过测量表面隧道 电流 分布 , 可在 真空、空气和 溶液等多 种环境条 件下,表征 电极 表面实 空 间原子 级结 构 形貌 . S PM 具有 超高 分辨 的表 面测 试技术,已广 泛应用于研 究表面和界 面过 程,涉及 到表面物 理 化学 、 材 料科 学、生命科 学等 领域 . 而 微电极 是其 重要 的组 成部 分.微电极 扫描 技术在电化 学上,由于 所用电极 不同 , 可分为 : ( 】 )采用单电极 体系.在被测 物上 采用 高速 扫描技术 从 而在 中间体 未来 及 反应前 对 其进 行检测;

(2)双 电极体系.例如Bard利 用SECM技术,对丙烯 腈 聚合生 成 已二腈 机理 研究 .

3 .

3 微 电极 在传 感器 中的应用 电位 传感器 的发 展方 向是研 究微 电极 和 纳米 电极 . 其 目的是用 于 测定 活体单细胞和 细胞 中各 种离子 式分 子的活度或 浓度.Parker等研 制 的底 物型( 硝基儿茶酚硫酸盐) 传感器对丙烯硫酸酯酶 ( 几 种癌症 的生 化鉴 定指标 ) 活 度进行 测定生物传 感器是 利用固化生物 催化 剂识 别 器件 与化学 物质 之 问产 生 的生 物 化学 反应,依靠电化 学器 件选择测定所生成或消耗的化学物质BLMS生 物传感 器还 以用 于识 别检 测有 气昧的物 质,还可 以识 别 和测 定许 多生 物活性 物质 , 如葡萄 糖 谷氨 酸 离子 通道库仑 传感 器测定谷氨酸的 检 测下 限达 3*1

0 一mo L. 生 物传 感器 可快 速 测定 抗原 , 乙酰 胆碱 , 尿素和青 霉 素测 定时间小于2mi m, 响应 时 问最快 达10s左右

3 .

4 微 电极 在 能源 电化 学及歧化 催化反应 中应 用在电池工业 中,倍受 学 者关 注的是 锂 电池 有 些学者 把微 电极应 用 于锂 电池 的 研究 , 得到重要数据 . 例如Ge n d e r s 等应用铜微盘电极 ( =4

0 u m) 研究Li/Li对THF ( 四氢 呋喃) 介质中的导火线行 为,研究的结果 展 示微 电极 在能源电化 学 中的应用 前景 及其优越的电极特 性.微电极 的几 何 尺寸 小,IR降 小,充电时问短,有效 扩散层很薄,易达到稳 态,可在稳 态 条件 下确定 较快 的化学 反应 速率 常数 . 可对圆盘电极 上 的歧 化催化反 应加以研究 , 通过 有 关歧 化催 化反 应 的微分方程 , 得到了微圆盘 电极的稳 态电流表 达式,利用推 导出的表达式 , 可求 歧 化催 化反 应的动 力学 常数 .

3 5 微 电极在 光谱电化学 中应 用 显微 红外光 谱 电化 学法 由于 使用微 小工作 电极,可以 研究 电极表 面 及其 附近 的特定 微区 , 获得 电极 表 面及 其 附近 的特定 微 区以及低 电导 体 系微 观信 息.由此 可运用微电极 红 外光 谱电化学 和空间分辨 红外光 谱 进行 电化 学研究.刘宇等人 就用微电极 , 结合现场紫外一 可见光谱电化学 方法,对TbPeMn在 四氢 呋喃和二氯乙烷 溶剂中,铂电极上氧 化和还 原过 程进 行研 究.4存在问题 目前运 用微 电极 在各类学科 中,首先需要解决微 电极 的直径 的 尺寸 和改进 伏安技 术.但是,随着微 电极直径 的 变小 , 会使 有关 电化 学表面现 象 和基本 问题 发生变 化,如吸附 , 钝化 , 电泳,电渗透 等.5展望微电极 的进 一步发展就是纳米级 , 而纳 米技术是 当今 的热 门学 科.在纳米技术运 用于电化 学 研究 中,微电极 的发 展 起着 至 观重要 的作 用.微电极的发展必 然会 带动一些 相 关技 术的发展 如电子学 , 材料科学,微系统,微加工技术 , 微流控技维普资讯 http://www.cqvip.com 第 l期 潘 晓瞬, 等:微电极及其应用 术,计算机 科学.因此,微电极 的发展 潜力是可以进一 步挖 掘.国外许多学 者 都在 缩小微 电极 的尺寸 和改进 伏安 技术 上投 入大量的入 力和物力,以抢 占巨 大 的商机 . 我国学者若能把握这一时机, 定会推动高 新技 术 产业 的发展 , 给 国家带来 巨大 的经济效 益.参考文献 : [

1 ] 林仲华 , 林 昌健 . 不断创新 的电化学研究方法 [ J ] . 电 化学 ,

1 9

9 5. (

1 ) :

2 4 3―2

4 5 . [

2 ] 林 昌健 . 电 化学 空间分辩研究技术 [ J ] 电化 学,1999, (

5 ) :

2 5―2

7 [

3 ] 文孟 良. 赵益斌 . 王 昌益 生命 科学 中电分 析化学研 究进展 [ 】 ]云南 化工 .

1 9

9 7 . (

2 ) : 3―8 . [

4 ] 刘字 , 林 祥钦 . 酞 菁钰 络合 物 的电化学 与光谱 电化 学研究 [ 】 ] . 分析化学 研究 简报,1999(9):1026―

1 0 28. [

5 ] 林昌健 空间 分辩 电化学研 ........