电化学电池制造技术

本发明专利技术涉及电化学电池，它包括第一工作电极３２、第一计数电极３４、第二工作电极３６和第二计数电极３８，其中，将所述电极这样隔开、使得来自第一计数电极３４的反应产物到达第一工作电极３２、而来自第一和第二计数电极３４、３８的反应产物不能到达第二工作电极３６。还提供一种利用这种电化学电池测定还原或氧化形式的氧化还原物质的浓度的方法，其测量精度高于用只有单一工作和计数电极的电化学电池所能获得的精度。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包括第一工作电极、第一计数电极、第二工作电极和第二计数电极的电化学电池，其中，将所述各电极这样隔开、使得来自第一计数电极的反应产物到达第一工作电极，而来自第一和第二计数电极的反应产物不到达第二工作电极。本专利技术也提供一种利用这种电化学电池测定还原或氧化形式的氧化还原物质的浓度的方法，其测量精度高于利用只有单一工作和计数电极的电化学电池所能获得的精度。
技术介绍
在测量电流的电化学中，电极上流动的电流可以作为在工作电极上进行电化学反应的电活性物质的浓度的一种量度。在库仑测量中，可以对电极上流动的电流求时间积分、以便给出通过电荷的总量，所述总电荷量产生对在工作电极上发生反应的电活性物质的数量的量度。电极上流动的电流(或在任何时间通过的电荷)取决于电活性物质向工作电极的转移速率。当有相当浓度的电活性物质位于靠近电极处并且在该电极加上足以使电活性物质在电极/溶液界面发生电化学反应的电位时，最初有较高的电流流动、该电流随时间而减小。对于一个隔离的并且基本上平面的电极，在加到所述电极的电位足以使电活性物质在到达电极时立即发生有效反应、且电活性物质到工作电极的转移是由扩散所控制的场合，电流符合本领域中称为Cottrell方程的曲线。按照此方程，电流与时间的平方根成反比。这产生一种随时间而衰减的电流，因为在电极上反应的电活性物质在靠近电极处逐渐耗尽，因此随着时间的推移，电活性物质必需从愈来愈远处传输过来以便到达电极。如果，除了电极上电活性物质的电化学反应之外，电活性物质是在靠近工作电极处通过化学反应产生的，那么，在电极上流动的电流形式就变得复杂了。电极反应会降低工作电极附近的电活性物质的浓度，而化学反应则会增加所述区域中电活性物质的浓度。这两种过程的时间关系特性混合在一起，很难从电极上流动的电流(或经过的电荷)来测量化学反应动力学。因此，在公开的文献中，一般不用电化学法测量化学反应的速率，除了在使用专门设备的专门应用中。这种设备的一个实例在本领域中称为旋转环/盘电极。所述装置仅适用于比较快的反应动力学，而且要求电极以具有良好特性的流体动力学的已知受控制速率旋转。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电化学电池以及利用这种电化学电池测定还原或氧化形式的氧化还原物质的浓度的方法，其测量精度高于利用具有单一工作和计数电极的电化学电池所能获得的精度。优选实施例提供这种电化学电池和方法。在第一实施例中，提供一种测定还原或氧化形式的氧化还原物质的浓度的方法，所述方法包括以下步骤提供包括第一工作电极、第一计数电极、第二工作电极和第二计数电极的电化学电池；选择第一工作电极和第一计数电极之间的间隔、使得来自第一计数电极的反应产物到达第一工作电极；选择第一工作电极和第二计数电极之间的间隔、使得来自第二计数电极的大量反应产物不能到达第一工作电极；选择第二工作电极和第二计数电极之间的间隔、使得来自第二计数电极的大量反应产物不能到达第二工作电极；在第一工作电极和第一计数电极之间加上电位差；在第二工作电极和第二计数电极之间加上电位差；选择第一工作电极的电位、使得所述物质的还原形式的电氧化速率或所述物质的氧化形式的电还原速率由扩散控制；选择第二工作电极的电位、使得所述物质的还原形式的电氧化速率或所述物质的氧化形式的电还原速率由扩散控制；从在第一工作电极和第一计数电极之间流动的电流中减去在第二工作电极和第二计数电极之间流动的电流，从而得到已已校正电流；以及从已校正电流得到表示所述物质的还原形式或氧化形式的浓度的数值。在第一实施例的一个方面中，第一工作电极的表面积和第二工作电极的表面积基本上相同。在第一实施例的另一方面中，第一工作电极的表面积和第二工作电极的表面积不相同，所述对电流执行减法的步骤包括测定在第一工作电极和第一计数电极之间流动的电流；测定在第二工作电极和第二计数电极之间流动的电流；将在第一工作电极和第一计数电极之间流动的电流和在第二工作电极和第二计数电极之间流动的电流相对于相同的电极表面积归一化、产生在第一工作电极和第一计数电极之间流动的归一化电流和在第二工作电极和第二计数电极之间流动的归一化电流；以及从在第一工作电极和第一计数电极之间流动的归一化电流中减去在第二工作电极和第二计数电极之间流动的归一化电流，从而得到已校正电流。在第一实施例的又一方面中，第一工作电极和第一计数电极之间的间隔小于大约500μm、或小于大约200μm。第二工作电极和第二计数电极之间，或第一工作电极和第二计数电极之间的间隔大于大约500μm、或大于大约1mm。在第一实施例的再一方面中，氧化还原物质可以是一种介体。当氧化还原物质是一种介体时，所述还原或氧化形式的介体的浓度表示分析物的浓度，其中，规定对所述还原或氧化形式的介体的扩散系数的测量作为测定分析物浓度的前奏。在第一实施例的又一方面中，所述电化学电池还包括单独的参考电极。在第一实施例的再一方面中，分析物可以是葡萄糖。在本专利技术的另一个方面，提供一种电化学电池，它包括第一工作电极、第一计数电极和第二工作电极，第一工作电极与第一计数电极的间隔小于大约500μm，而第二工作电极与第一计数电极的间隔大于大约500μm。在本专利技术的再一个方面，提供一种测定还原或氧化形式的氧化还原物质的浓度的方法，所述方法包括以下步骤提供包括第一工作电极、计数电极和第二工作电极的电化学电池；选择第一工作电极和计数电极之间的间隔、使得来自计数电极的反应产物到达第一工作电极；提供氧化还原物质，其中在最初存在于第二工作电极上方的溶液中的氧化还原物质至少有有效的一部分在第二工作电极上被还原或氧化；在第一工作电极和计数电极之间加上电位差；选择第一工作电极的电位、使得所述物质的还原形式的电氧化速率或所述物质的氧化形式的电还原速率由扩散控制；测定在第一工作电极和计数电极之间流动的电流；以及从所述电流得到表示所述还原形式或氧化形式的物质的浓度的数值。在上述实施例的一个方面中，第一工作电极的表面积和第二工作电极的表面积基本上相同。在上述实施例的另一方面中，第一工作电极的表面积和第二工作电极的表面积显著不同。在本专利技术的又一个方面，提供一种测定还原或氧化形式的氧化还原物质的浓度的方法，所述方法包括以下步骤提供包括第一工作电极、第二工作电极和计数电极的电化学电池；选择第一工作电极和计数电极之间的间隔、使得来自计数电极的反应产物到达第一工作电极；选择第二工作电极和计数电极之间的间隔、使得来自计数电极的大量反应产物不能到达第二工作电极；在第二工作电极和计数电极之间加上电位差，从而将第二工作电极充分地充电并充分地完成表面组反应；在大量所述物质在第二工作电极处发生反应之前断开第二工作电极和计数电极之间的电路；在第一工作电极和计数电极之间加上电位差；选择第一工作电极的电位、使得所述物质的还原形式的电氧化速率或所述物质的氧化形式的电还原速率由扩散控制；测定在第一工作电极和计数电极之间流动的电流；以及从所述电流得到表示所述还原形式或氧化形式的物质的浓度的数值。在本专利技术的又一个方面，提供一种测定还原或氧化形式的氧化还原物质的浓度的方法，所述方法包括以下步骤提供包括第一工作电极、第二工作电极和计数电极的电化学电池；选择第一工作电极和计数电极之间的间隔、使得来自计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测定还原或氧化形式的氧化还原物质的浓度的方法，所述方法包括如下步骤：　　　　ａ）提供包括第一工作电极、第一计数电极、第二工作电极和第二计数电极的电化学电池；　　　　ｂ）选择所述第一工作电极和所述第一计数电极之间的间隔、使得来自所述第一计数电极的反应产物到达所述第一工作电极；　　　　ｃ）选择所述第一工作电极和所述第二计数电极之间的间隔、使得来自所述第二计数电极的大量反应产物不能到达所述第一工作电极；　　　　ｄ）选择所述第二工作电极和所述第二计数电极之间的间隔、使得来自所述第二计数电极的大量反应产物不能到达所述第二工作电极；　　　　ｅ）在所述第一工作电极和所述第一计数电极之间加上电位差；　　　　ｆ）在所述第二工作电极和所述第二计数电极之间加上电位差；　　　　ｇ）选择所述第一工作电极的电位、使得氧化还原物质的还原形式的电氧化速率或氧化还原物质的氧化形式的电还原速率由扩散控制；　　　　ｈ）选择所述第二工作电极的电位、使得氧化还原物质的还原形式的电氧化速率或氧化还原物质的氧化形式的电还原速率由扩散控制；　　　　ｉ）从在所述第一工作电极和所述第二计数电极之间流动的电流中减去在所述第二工作电极和所述第二计数电极之间流动的电流，从而得到已校正电流；以及　　　　ｊ）从所述已校正电流得到表示所述还原形式的氧化还原物质或所述氧化形式的氧化还原物质的浓度的数值。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A霍奇斯，
申请(专利权)人：生命扫描有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]