改进计时电流法的数学模型和电路实现

当采用电化学计时电流法对样品进行检测时,由于检测系统的延迟,采集到的电化学信号会产生偏差,这种现象在多通道电化学信号快速采集时尤为明显.为克服该问题,我们提出一种新的电化学方法来快速产生电流峰值,通过测量峰值快速准确地测出被测物浓度.本文首先为该方法建立理论模型,推导出电流峰值与被测物的浓度关系;再引入经典控制理论中的控制环节来改进传统电化学电路以实现该方法,并加入峰值检测电路来准确获取电流峰值信号;最后,利用该方法研究K3[Fe(CN)6]和3,3′,5,5′-四甲基联苯胺(TMB)溶液的电化学反应,证明了本方法相比传统计时电流法具有更高的信噪比和灵敏度,电流峰值与浓度呈线性关系,并且检测结果不受采样时间延迟的影响,克服了计时电流法的不足.     

基于改进计时电流法精确模型的数值解仿真及实验验证

根据电极表面被测物浓度变化经验公式所建立的改进计时电流法的理论模型,只能定性分析响应电流峰值与被测物浓度关系,无法准确描述响应电流峰值与反应体系及激励电势中其它参数的关系.为解决该问题,利用能斯特方程与扩散定律,建立了描述电极表面被测物浓度与响应电流关系的积分方程,通过数值分析方法求解得到该积分方程数值解.进而利用数值仿真得到精确的电流与时间关系曲线,分析了电流峰值与试剂浓度、惯性时间常数、参比电极标准电势、激励电势初始值以及稳态值之间的关系.最后,利用改进计时电流法的电路装置对K3[Fe(CN)6]试剂进行测试,实验结果表明该数值模型比经验模型更接近真实情况,也验证了由该模型推导得到的各参数之间关系的正确性.