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电化学分析

气敏电极

1.2.2.3 气敏电极(Gas Sensing electrode)

　　气敏电极由离子敏感电极、参比电极，中间电解质溶液和憎水性透气膜组成（图1.7）。它是通过界面化学反应工作的。试样中待测气体扩散通过透气膜，进入离子敏感膜与透气膜之间形成的中间电解质溶液薄层，使其中某一离子活度发生变化，由离子敏感电极指示出来，这样可间接测定透过的气体。例如CO₂、NH₃、SO₂等气体可能引起PH的升高或降低，可用PH玻璃电极指示PH变化；HF与水产生F-，可用氟离子选择电极指示其变化等。除上述气体外，气敏电极还可以测定NO₂、H₂S、HCN、Cl₂等。

　　1.2.2.4 生物电极(Potentiometric biosensor)

　　生物电极是将生物化学和电分析化学相结合而研制成的电极。其特点是将电位法电极作为基础电极，生物酶膜或生物大分子膜作为敏感膜而实现对底物或生物大分子的分析

图1.7气敏电极

1 酶电极(Enzyme electrode)
　　酶电极的分析原理是基于用电位法直接测量酶促反应中反应物的消耗或反应物的产生而实现对底物分析的一种分析方法。它将酶活性物质覆盖在电极表面（图1.8），这层酶活性物质与被测的有机物或无机物（底物）反应，形成一种能被电极响应的物质，例如，尿素在尿素酶催化下发生下面反应：
　　　　

　　　　　　　　(1.14)
　　氨基酸在氨基酸氧化酶催化下发生反应
　　　

　　反应生成的

可用铵离子电极来测定。若将尿素酶涂在铵离子电极上则成为尿素电极，此电极插入含有尿液的试液中，可由于尿素分解出来的

的响应而间接测出尿素的含量。

图1.8酶电极

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2. 微生物电极(microbial electrode)

　　微生物电极的分子识别部分是由固定化的微生物构成。这种生物敏感膜的主要特征是：① 微生物细胞内含有活性很高的酶体系。②微生物的可繁殖性使该生物膜获得长期可保存的酶活性，从而延长了传感器的使用寿命。例如，将大肠杆菌固定在二氧化碳气体敏感电极上，可实现对赖氨酸的检测分析；将球菌固定在氯气体敏感电极上，可实现对精氨酸的检测。表1.3列出了利用微生物酶资源的电位法微生物电极。

　　　　　　　　　　　　表1.3　一些电位法微生物电极

被测物	微生物	基础电极
头孢菌素精氨酸天冬氨酸赖氨酸谷氨酸谷酰胺	弗氏柠檬酸杆菌链球菌短杆菌大肠杆菌大肠杆菌黄色八叠球菌	玻璃电极氨电极氨电极二氧化碳电极二氧化碳电极氨电极

　　微生物菌体系含有天然的多酶系列，活性高，可活化再生，稳定性好，作为生物膜传感器，具有广泛的应用和开发前景。

3 电位法免疫电极 (Potentiometric immune electrode)

　　生物中的免疫反应具有很高的特异性。电位法免疫电极检测免疫反应的发生实际上是一种直接的检测方法。其原理是：抗体与抗原结合后的电化学性质与单一抗体或抗原的电化学性质发生了较大的变化。将抗体（或抗原）固定在膜或电极的表面，与抗原（或抗体）形成免疫复合物后，膜中电极表面的物理性质，如表面电荷密度，离子在膜中的扩散速度，发生了改变，从而引起了膜电位或电极电位的改变。例如，将人绒毛膜促性腺激素(hCG)的抗体通过共价交联的方法固定在二氧化钛电极上，形成检测hCG的免疫电极。当该电极上hCG抗体与被测液中的hCG形成免疫复合物时，电极表面的电荷分布发生变化。该变化通过电极电位的测量反映出来。同样，抗体也可以交联在乙酰纤维素膜上形成免疫电极（图1.9）

图1.9 hCG电位法免疫电极

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4 组织电极 (Tissue based membrane electrode)

　　使用组织切片作为生物传感器的敏感膜是基于组织切片有很高的生物选择性。换句话说，组织电极是以生物组织内丰富存在的酶作为催化剂，利用电位法指示电极对酶促反应产物或反应物的响应，而实现对底物的测量。组织电极所使用的生物敏感膜可以是动物组织切片，如肾，肝，肌肉，肠粘膜等；也可以是植物组织切片，如植物的根，茎，叶等。
　　组织电极的典型例子之一是鸟嘌呤测定用的生物电极。其构成是用尼龙网将免肝组织切片固定在氨气体指示电极上（图1.10）
　　其生物催化反应为：
　　有人将兔肝组织电极与酶鸟嘌呤电极作了比较。固定化鸟嘌呤酶电极对鸟嘌呤的响应为20.0mV/单位浓度；而鸟嘌呤兔肝组织电极对鸟嘌呤的响应为48.0mV/单位浓度。这表明组织电极较酶电极的选择性高。组织电极中的组织切片的厚度对电极响应有一定的影响。而且还涉及底物，酶促反应产物，在组织切片内相对与基础电极的扩散行为等。一些组织电极列入表1.4。

图1.10 鸟嘌呤兔肝组织电极

　　　　　　　　　　表1.4　一些组织电极的酶源和测定对象

组织酶原	测定对象
猪肝兔肝鱼肝猪肾鼠脑鱼鳞土豆生姜烟草香蕉	丝氨酸，L-谷酰氨鸟嘌呤尿酸L-谷酰氨嘌呤，儿茶酚胺儿茶酚胺儿茶酚胺 L-抗坏血酸儿茶酚儿茶酚，草酸

　　有些组织电极并不是基于酶反应，而是基于组织切片的膜传输性质。例如，将蟾蜍组织切片帖在

离子选择性电极上，可用于抗利尿激素的检测。其原理是该激素能打开蟾蜍组织切片中的

离子通道，使

离子可以穿过膜而达到

离子指示电极的表面。

离子的流量与抗利尿激素的浓度相关。

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