一種高精度的三電極測(cè)試電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電化學(xué)測(cè)試檢測(cè)領(lǐng)域，特別是涉及三電極生物或化學(xué)傳感器測(cè)試電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在物質(zhì)定性定量分析、常規(guī)電化學(xué)測(cè)試、電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研宄等方面，三電極測(cè)試系統(tǒng)有著廣泛應(yīng)用。然而因其價(jià)格昂貴、體積大，并且要配合上位機(jī)軟件才可以使用，使它在推廣應(yīng)用方面受到限制，更難將其應(yīng)用于便攜式檢測(cè)設(shè)備中。
[0003]傳統(tǒng)的雙電極體系只包含工作電極和對(duì)電極，如果對(duì)電極的電位在測(cè)試過程中不發(fā)生變化，就可以不使用參比電極。然而非法拉第過程造成了工作電極和對(duì)電極電位偏移，因此，在雙電極測(cè)試系統(tǒng)中加入了參比電極構(gòu)成三電極測(cè)試方式。三電極系統(tǒng)包含工作電極(Work electrode，WE)、參比電極(Reference electrode，RE)、對(duì)電極(Counterelectrode，CE)。在電化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，工作電極和參比電極被浸入到分析液中，兩電極之間的電勢(shì)差通過外加電源調(diào)節(jié)。參比電極具有已知設(shè)定的恒定電位，它為研宄電極提供一個(gè)基準(zhǔn)電位。當(dāng)工作電極電位發(fā)生偏移時(shí)，需通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)整參比電極電位，使得工作電極相對(duì)于參比電極的電壓維持在恒定值，就可有效地消除非法拉第過程對(duì)電化學(xué)反應(yīng)的干擾。測(cè)量時(shí)，必須使參比電極上通過的電流極小，避免引起參比電極的極化。
[0004]目前，國內(nèi)對(duì)于三電極測(cè)試系統(tǒng)的研宄仍處于實(shí)驗(yàn)室仿真階段，而且大多數(shù)的研宄集中在電極的制作方面，所用的電化學(xué)研宄設(shè)備仍然是傳統(tǒng)的電化學(xué)工作站。而電化學(xué)工作站不適用于非傳統(tǒng)電極，尤其是電極陣列的研宄，這就限制了三電極生物或化學(xué)傳感器的實(shí)用推廣。國外多以三電極傳感器為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)專用型三電極測(cè)試電路，但是在通用性上有一定的局限性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種高精度的三電極測(cè)試電路。
[0006]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0007]測(cè)試電路由基準(zhǔn)電壓電路、維持研宄電極電位恒定的恒電位電路和微電流檢測(cè)電路構(gòu)成；基準(zhǔn)電壓電路產(chǎn)生的電壓作為激勵(lì)信號(hào)，通過恒電位電路加到工作電極和參比電極之間，氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的電流在對(duì)電極和工作電極間流動(dòng)，通過微電流檢測(cè)電路測(cè)試出來。
[0008](I)基準(zhǔn)電壓電路
[0009]由高精度運(yùn)放0PA727和D/A轉(zhuǎn)化芯片DAC8831構(gòu)成雙極性輸出基準(zhǔn)電壓電路。電化學(xué)反應(yīng)一般包含氧化和還原兩個(gè)過程，因此，參比電極相對(duì)于工作電極的電壓必須是雙極性的。
[0010](2)恒電位電路
[0011]恒電位電路由電壓比較器、電壓跟隨器和高速緩沖器構(gòu)成。采用INA105作為電壓比較器，其增益誤差小于0.0l %，非線性誤差小于0.001 %。AD8638作為電壓跟隨器，其最大失調(diào)電壓為9 μ V，最大溫漂為0.04 μ V/°C。電壓比較器輸出端設(shè)置高速緩沖器，高速緩沖器用BUF634構(gòu)成。BUF634利用內(nèi)部的運(yùn)放反饋環(huán)路增加輸出電流，消除熱反饋和容性負(fù)載驅(qū)動(dòng)。
[0012](3)微電流檢測(cè)電路
[0013]微電流檢測(cè)電路由I/V轉(zhuǎn)換電路和同相并聯(lián)結(jié)構(gòu)的放大電路構(gòu)成。三電極系統(tǒng)的響應(yīng)電流在10_8A數(shù)量級(jí)，采用ICL7650作為放大電路的核心器件，構(gòu)成多級(jí)放大電路。從工作電極得到的電流信號(hào)，先采用ICL7650B構(gòu)成I/V轉(zhuǎn)換電路，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成微電壓信號(hào)。再采用有3個(gè)基本運(yùn)算放大器ICL7650構(gòu)成同相并聯(lián)結(jié)構(gòu)的放大電路，其中兩個(gè)組成同相并聯(lián)結(jié)構(gòu)的第一級(jí)放大，以提高放大器的輸入阻抗和增益；另一個(gè)為差動(dòng)放大，作為放大器的第二級(jí)。
[0014]工作過程是:基準(zhǔn)電壓電路產(chǎn)生的電壓作為激勵(lì)信號(hào)，通過恒電位電路加到工作電極(WE)和參比電極(RE)之間。在電壓的作用下，工作電極表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由于此時(shí)工作電極和參比電極間形成回路，氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的電流將通過參比電極輸出，隨著反應(yīng)電流的變化，工作電極和參比電極間的電壓也會(huì)發(fā)生改變。恒電位電路反饋回路中的參比采樣電壓跟隨器使對(duì)電極(CE)對(duì)地電位始終跟隨參比電極(RE)對(duì)地電位變化，并與其保持同相位，從而得到可控的恒電位。在恒電位系統(tǒng)中，由于工作電極(WE)對(duì)地電位為O(虛地)，可以達(dá)到參比電極與工作電極之間電壓恒定可控的目的。使參比電極沒有電流流過，電流只在對(duì)電極和工作電極間流動(dòng)。最后通過微電流檢測(cè)電路測(cè)試出氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的電流。
[0015]本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果是:提供了一種高精度三電極測(cè)試電路，該電路可以控制恒電位誤差在ImV之內(nèi)，并且檢測(cè)電流的下限達(dá)到10_7A，電流的檢測(cè)精度達(dá)到0.ΙμΑο經(jīng)過合理的電路設(shè)計(jì)和布局，可以將該電路制作成便攜式設(shè)備，應(yīng)用于三電極傳感器的測(cè)試、三電極電化學(xué)分析等場(chǎng)合。
【附圖說明】
[0016]圖1是二電極測(cè)試原理不意圖。
[0017]圖2是高精度三電極測(cè)試電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是雙極性輸出電路框圖。
[0019]圖4是恒電位電路原理框圖。
[0020]圖5是電流電壓轉(zhuǎn)換電路。
[0021]圖6是同相并聯(lián)結(jié)構(gòu)放大電路。
[0022]附圖中WE是工作電極(Work electrode)，RE是參比電極(Referenceelectrode)、CE 是對(duì)電極(Counter electrode)。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型裝置的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明。
[0024]三電極測(cè)試原理示意圖如圖1所示，三電極測(cè)試電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
[0025]利用0PA727和DAC8831構(gòu)成雙極性輸出的基準(zhǔn)電壓電路，電路的結(jié)構(gòu)如圖3所示。基準(zhǔn)電壓的產(chǎn)生采用D/A轉(zhuǎn)化芯片DAC8831實(shí)現(xiàn)，該芯片為16位的D/A轉(zhuǎn)換器。0PA727是TI公司生產(chǎn)的高精度運(yùn)放，在運(yùn)放的輸出端可以得到所需要的輸出電壓。
[0026]恒電位電路的工作原理如圖4所示，恒電位電