0　引　言

電化學(xué)領(lǐng)域中經(jīng)常要檢測一些已知溶液中分析物的濃度, 因此, 在對(duì)分析物進(jìn)行檢測時(shí), 需要對(duì)其產(chǎn)生的伴隨信號(hào)進(jìn)行分析。一般情況下, 所產(chǎn)生的伴隨信號(hào)為電壓信號(hào)或者電流信號(hào), 并且同被分析物的濃度成比例關(guān)系。通過對(duì)所得的電壓或電流信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比, 可以得到溶液中分析物的濃度值。恒電位儀是電化學(xué)傳感器的接口, 其作用是將外部激勵(lì)信號(hào)準(zhǔn)確地施加于傳感器上, 驅(qū)動(dòng)樣品溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng), 并對(duì)產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)做相應(yīng)的預(yù)處理(如, 信號(hào)轉(zhuǎn)換、放大、濾波等)。恒電位儀的出現(xiàn), 不僅解決了電化學(xué)研究過程中因反應(yīng)造成外部激勵(lì)信號(hào)值偏離的問題, 而且, 促進(jìn)了電化學(xué)檢測與分析領(lǐng)域的多元化發(fā)展。因此, 恒電位儀在電化學(xué)檢測系統(tǒng)構(gòu)成中占據(jù)了至關(guān)重要的地位。

1　三電極恒電位儀

本文采用電流型三電極電化學(xué)傳感器恒電位儀。三電極體系與兩電極體系的主要區(qū)別在于:除工作電極和輔助電極之外, 加入了參比電極。三電極恒電位儀的優(yōu)勢在于:1)參比電極是非極化電極, 有著穩(wěn)定的電勢, 其作用是作為控制和測量工作電極電勢的參照點(diǎn)。而兩電極體系只有工作電極和輔助電極, 在測試中只能控制二者之間的電勢差, 并不能控制工作電極的電勢;2)三電極的參比電極緊靠工作電極, 實(shí)質(zhì)是采用減小液間距離的方式來減小溶液電阻。而兩電極體系則是通過微小的電流來減小電阻。當(dāng)有電流流過時(shí), 引起二電極的輔助電極的電壓變化, 進(jìn)而使得引起工作電極電位的改變。理想的三電極恒電位儀電路主要由運(yùn)算放大器、三電極體系、溶液分析物和讀出電阻四部分構(gòu)成, 。其中三電極體系由工作電極(WE)、參比電極(RE)和輔助電極(CE)構(gòu)成。工作電極的作用是在外加電位Vbias下, 使待測溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng), 從而測定該電極上產(chǎn)生的電流;輔助電極和工作電極構(gòu)成一個(gè)導(dǎo)通回路;而參比電極作為工作電極和輔助電極的基準(zhǔn)電極。

2　結(jié)　論

本文設(shè)計(jì)了一種基于電流鏡的三電極電化學(xué)傳感器CMOS恒電位儀電路。該電路的電流傳感范圍為20 pA～20 μA, 動(dòng)態(tài)范圍達(dá)120dB。相比于標(biāo)準(zhǔn)的單端恒電位儀電路, 該電路具有較高的動(dòng)態(tài)范圍和較低的功耗, 更能夠滿足電化學(xué)檢測系統(tǒng)的需要。