Đo cường độ dòng điện (Amperometry) và Cảm biến điện hóa

Đo cường độ dòng điện (amperometry) đo dòng điện chảy ở một điện thế điện cực cố định để định lượng một chất phân tích có hoạt tính điện hóa, tạo thành nền tảng của nhiều cảm biến điện hóa và cảm biến sinh học thực tiễn.

Definition

Một kỹ thuật phân tích điện hóa trong đó dòng điện tại một điện cực được giữ ở điện thế không đổi được đo và liên hệ với nồng độ của một loài có hoạt tính điện hóa, thường thông qua một lớp cảm biến chọn lọc hóa học.

Scope

Chủ đề này bao gồm phát hiện bằng phương pháp đo cường độ dòng điện: giữ điện cực ở một điện thế mà tại đó chất phân tích phản ứng và ghi lại dòng điện khuếch tán được kiểm soát, thiết kế các cảm biến sinh học kết hợp nhận diện bằng enzyme với chuyển đổi điện hóa, điện cực oxy Clark, các sơ đồ truyền điện tử gián tiếp và trực tiếp, và các thông số phân tích về hiệu suất của các thiết bị này. Nó bao gồm các ứng dụng cảm biến trong lâm sàng, môi trường và tại điểm chăm sóc.

Core questions

• Dòng điện ở một điện thế cố định báo cáo nồng độ của một chất phân tích như thế nào?
• Các cảm biến sinh học dựa trên enzyme chuyển đổi một sự kiện nhận diện hóa học cụ thể thành tín hiệu điện như thế nào?
• Các chất trung gian và sự biến đổi điện cực đóng vai trò gì trong cảm biến đo cường độ dòng điện?
• Điều gì quyết định độ nhạy, độ chọn lọc và thời gian đáp ứng của một cảm biến đo cường độ dòng điện?

Key theories

Dòng điện đo cường độ dòng điện giới hạn khuếch tán

Ở một điện thế vượt quá sóng oxy hóa khử của chất phân tích, dòng điện ổn định được kiểm soát bởi tốc độ khuếch tán của chất phân tích đến điện cực và tỷ lệ thuận với nồng độ khối, tạo ra tín hiệu phân tích tuyến tính.

Chuyển đổi enzyme-điện cực

Một enzyme chọn lọc tạo ra hoặc tiêu thụ một loài có hoạt tính điện hóa tỷ lệ thuận với chất phân tích mục tiêu; việc phát hiện loài đó bằng phương pháp đo cường độ dòng điện, thường thông qua một chất trung gian oxy hóa khử, mang lại một cảm biến chọn lọc và định lượng, như trong các cảm biến sinh học glucose.

Clinical relevance

Các cảm biến sinh học đo cường độ dòng điện chiếm ưu thế trong chẩn đoán tại điểm chăm sóc, nổi bật nhất là theo dõi đường huyết cho bệnh tiểu đường, và mở rộng sang lactate, oxy và các chất phân tích lâm sàng khác cũng như phát hiện chất ô nhiễm môi trường, được đánh giá cao về khả năng đo lường nhanh chóng, chi phí thấp và có thể thu nhỏ.

History

Điện cực oxy của Clark (1956) và khái niệm điện cực enzyme Clark–Lyons (1962) đã khởi xướng lĩnh vực cảm biến sinh học đo cường độ dòng điện; lĩnh vực này phát triển thông qua truyền điện tử gián tiếp và sự thành công thương mại của các que thử glucose dùng một lần từ những năm 1980 trở đi.

Key figures

• Leland C. Clark
• Joseph Wang
• Adam Heller

Seminal works

• wang2006
• wang2008
• bard2001

Frequently asked questions

Cảm biến glucose tạo ra dòng điện từ đường như thế nào?

Một enzyme như glucose oxidase phản ứng với glucose và, trực tiếp hoặc thông qua một chất trung gian, truyền điện tử đến điện cực; dòng điện tạo ra tỷ lệ thuận với nồng độ glucose trong mẫu.

Sự khác biệt giữa đo cường độ dòng điện (amperometry) và đo thế vòng (voltammetry) là gì?

Đo thế vòng thay đổi điện thế và ghi lại dòng điện dưới dạng một đường cong, trong khi đo cường độ dòng điện giữ điện thế không đổi và theo dõi dòng điện theo thời gian, làm cho nó rất phù hợp để cảm biến định lượng liên tục một chất phân tích duy nhất.