电化学特性检验的方法与设备技术

一种电化学系统中监视样品内一选择分析物的方法。该方法包括对电化学系统加一迭加在ＤＣ电位上的时变电位而生成信号，并通过根据法拉第信号分量和非法拉第信号分量求解估算方程，从信号里鉴别该选择分析物所起的作用。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】从设备制造和便于使用二方面衡量，电化学检测手段因其简单而常被选用。电化学选择性的原理模式(电流与电位两种测量模式)是分析物(电化学意义上的化学样品)的氧化还原电位，例如应用电流测量技术(对电极加电位，测量产生的电流)，根据分析物的氧化还原电位得到对该分析物的选择性。电极产生的信号可能取决于许多因素和电化学系统的特性。影响分析物传输的样品特性实例，包括粘度、温度、密度与离子强度。影响分析物传输的变化会接着影响测得的电化学信号。这类传输机理的例子包括扩散、迁移与对流。在另一实例中，电极自身的特性会影响分析物传输和/或任何可产生被测电化学信号的反应的动力学。这类特性的例子包括有效电极面积、电极几何形状、样品室几何形状、电极结污程度、电极上的扩散阻挡膜及电极材料催化特性。在许多检测场合常常见到电化学传感器，包括从医学生物传感器到环境与气体传感器。电化学测量模式通常有两种，即电流测量与电位测量。电流测量传感器的工作原理是对电极加一电压电位并测量产生的电流，这类传感器的例子包括大多数商业葡萄糖生物传感器和许多气体传感器。电位测量传感器的工作原理是对电极加一电流并测量产生的电位，往往把所加电流保持于零安培。PH电极是电位测量传感器之一例。附图说明图1示出电流测量传感器的机制，其中对电极310加一电压，电极310使样品里的特定分析物(被测物)氧化(即把电子传给电极)，而氧化产生的电流315然后被检测和分析。分析物氧化的电位被称为该分析物的“氧化电位”。一般而言，“氧化还原电位”指分析物被氧化或还原的电位。在图1传感器中，若电位高得足以产生电化学反应，氰亚铁酸盐(FERRO)300就把电子传给电极。电子一传输，氰亚铁酸盐就被氧化为氰铁酸盐(FERRI)305。因而在图1中，为将氰亚铁酸盐(这种电活性物质的还原形式)氧化成氧化形式的氰铁酸盐而施加足够高的电位。电极检测到的电流315取决于被还原物质的浓度。如上所述，除了有关分析物浓度以外，来自电流测量传感器的电流还取决于若干因素。传统的电流测量法假设分析物浓度只随测量法而改变；因而电化学系统的其它因素变化时，测得的信号和分析物浓度估算会不正确。电位测量传感器也受相关因素的影响，包括分析物的传送和电极结污。这些因素的变化增加了被测信号的不确定性与误差，如图2示出两电流测量传感器在改变有效电极面积时产生的DC电流，数据点455在含10mM氰亚铁酸盐的样本中测得，数据点450在含20mM氰亚铁酸盐的样本中测得，在两种情况下，电极面积变化时，测得的DC电流信号也变化。而对给定的电极面积，把分析物浓度从10mM增大到20mM，测量时造成电流信号增大，说明测得的DC电流信号对电极面积和分析物浓度有相依性。若干因素对电极面积可变的传感器有作用。一个原因是制造误差，会造成各传感器的电极面积不同。另一因素是电极在使用中的劣化。再一个因素是样品与传感器电极接触不良，如图8和9所示。图8a~8c是典型的电化学测试条的示意图，它构成了许多市售葡萄糖生物传感器的基础。图8a的两根电极355各自接引线350，后者连接电表的电子线路，电极355和引线350耦合至支承基片375。本例的测试条使用常用的2电极配置。图8a中，样品360完全覆盖两根电极，保证各电极的整个电极区与样品接触。图8c中，样品370完全覆盖一根电极，但部分覆盖另一电极。图8b中，样品375部分覆盖两电极。图9对不同的电极几何形状示出样品部分覆盖的电极。本例用两根以平行板设计的相互面对的电极制作一电化学测试条，电极400和405用实心基片材料420支承，样品410注入样品室完全覆盖两电极，但样品415只部分覆盖两电极面积而形成被减小的有效电极面积系统，这种不完全覆盖的电极表面由样品部分注入造成。在一实例中，作血糖测量的糖尿病患者必须经常用这种电化测试条测量血糖。此时，若进入样品室的血量不足，就形成电极系统覆盖不完全，葡萄糖估值不准确。因此，与分析物浓度无关地评估有效电极面积的方法是有用的。另可评估进入测试条的样品量。参照图9，若知道了含样品415的样品室的三个尺度，可通过用百分数电极覆盖量标定样品室的总几何容量，来估算样品415的体积。在一实例中，样品室总容量为100nL，若把样品415定为覆盖75％的的电极405，则样品415体积的估值为(0.75)×100nL＝75nL。在要知道电化池中的样品量作测量时，可用该样品量估值，库仑分析法便是一例。图4示出电化学传感器电极结污的问题。电极结污也称传感器结污，该术语描述粘附、吸附或者涂布全部或部分电极310的材料320。该例中，分析物是氰亚铁酸盐300，它必须通过结污材料320后在电极320处在氧化反应中反应，并在电极310中产生电子流315。反应产物是氰铁酸盐305，它接着移回离开结污材料320。出现的一例电极结污是在造成结污的环境中超期使用传感器，诸如把生物传感器植入体内或将气体传感器设置在含硫化物的环境中。在这种情况以及本领域技术人员清楚的其它情况下，材料会淀积到电极上而造成失真的被测信号。通常，随着电极结污量的增大，被测信号强度下降，直到最终传感器对目标分析物不敏感。在其它场合中，结污材料对某些化学反应起催化剂的作用，实际上增强了传感器的响应特性。在任一情况下，若结污改变了传感器的响应特性，测量就不准确。在图3的校正曲线中，数据点470以不同的氰亚铁酸盐浓度测量来自样品的DC电流，电极不结污。数据点480以不同的氰亚铁酸盐浓度测量来自样品的DC电流，但电极被3.33μg的乙酸纤维复层结污。数据点490以不同的氰亚铁酸盐浓度测量来自样品的DC电流，电极被10μg的乙酸纤维复层结污。该例说明，该电流测量传感器中的被测DC电流信号依赖于分析物浓度和电极结污程度二者，因而低分析物浓度或电极结污增多都会导致低的DC信号，故独立于分析物浓度测定电极结污程度的手段是有用的。这种方法可调节被测电流信号并较正电极结污造成的信号失真。虽然用电流测量传感器说明了前两个例子，但本领域的技术人员将明白对电位测量传感器的应用，而这种传感器也依赖于进入电极附近的分析物。这样在使用电化学检测手段时，包括含分析物样品的特性的环境因素会严重影响被测信号。这类因素会对测量引入不准确性，包括但不限于标定变化与灵敏度变化。因此，用于检测会影响被测信号的环境特性，包括样品或电极的介电常数、有效电极面积与样品离子强度的方法与设备，将有利于电化学传感器系统，并可校正根据环境因素信息由被测信号算出的估计的分析物浓度。
技术实现思路
本专利技术一实施例涉及一种在电化学系统中监视样品里一选择分析物的方法，该法包括对电化学系统加一重迭在DC电位上的时变电位而产生一信号；和通过根据法拉第信号分量与非法拉第信号分量求解一评估方程，由该信号鉴别选择分析物的作用。附图简介包含于本说明书并构成本说明书一部分的诸附图，示出本专利技术若干实施例，并与叙述部分一起说明本专利技术的原理。图1是测量氰亚铁酸盐的电流测量传感器；图2对不同氰亚铁酸盐浓度的两个样品示出增大电极面积而增大的DC电流；图3是应用三根结污程度不同的电极的校正曲线，示出增大氰亚铁酸盐浓度而增大的DC电流；图4是电极结污时测量氰亚铁酸盐的电流测量传感器；图5是一示例实施例的流程图，表示处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在电化学系统中监视样品内选择分析物的方法，其特征在于包括：对电化学系统施加迭加在ＤＣ电位上的时变电位而产生一信号；和根据法拉第信号分量和非法拉第信号分量求解估算方程，从信号里鉴别该选择分析物的作用。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：SG耶恩加，IS哈丁，
申请(专利权)人：埃葛梅崔克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]