CN109813777A - 一种三电极传感器检测装置 - Google Patents

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唐涛
王铭政
封爱明
何流
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Abstract

本发明公开了一种三电极传感器检测装置，包括传感器座、工作电极、辅助电极和参比电极，所述工作电极通过电线与信号发生器相连接，信号发生器产生的激励信号刺激所述工作电极的电位，所述传感器座的底部安装电器盒，所述电器盒的内部安装传感电路板。通过在一阶微分器、二阶微分器和三阶微分器与工作电极产生的电流之间串联半阶微分器，半阶微分器由梯形RC网络和放大电路并联组成，梯形RC网络对血液维生素检测仪中恒电位电路输出的电流信号进行卷积处理，得到了卷积电流中电流与电压之间的理论方程式，根据方程式可以计算出血液中的各个维生素的含量。本发明具有灵敏度高，准确度好，抗干扰能力强的特点。

Description

一种三电极传感器检测装置
技术领域
本发明涉及一种检测装置，具体为一种三电极传感器检测装置，属于维生素的电化学分析检测技术领域。
背景技术
目前应用于维生素检测的仪器有：韩国Younglin公司生产的高效液相色谱维生素检测仪、德国R-Biopharm公司生产的荧光维生素检测仪以及中国天津兰标公司生产的电化学维生素检测仪等。对于高效液相色谱仪和荧光分析仪器，需要专门技术人员进行操作，存在样品前处理复杂繁琐，检测时间较长，检测成本高等缺点而不易推广，而现有的电化学方法存在背景电流大、信噪比差，导致检测限偏高，使得某些血液中维生素的含量难以达到检测的线性范围以内，难以满足医疗卫生检验的实际需求。
传统的电化学分析方法，主要有线性扫描伏安法、差分脉冲伏安法、方波伏安法、吸附伏安法、溶出伏安法等，都已经被应用于维生素的分析检测。这些方法的主要缺点是：背景电流大、信噪比较差，导致检测限偏高，使得某些血液中维生素的含量难以达到检测的线性范围以内，因此很难用伏安方法进行准确分析和检测。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述检测装置使用传统的电化学分析方法存在背景电流大、信噪比较差的缺陷导致检测限偏高的问题而提供一种三电极传感器检测装置，具有灵敏度高，准确度好，抗干扰能力强的优点。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的，一种三电极传感器检测装置，包括传感器座、工作电极、辅助电极和参比电极，所述工作电极通过电线与信号发生器相连接，信号发生器产生的激励信号刺激所述工作电极的电位，所述传感器座的底部安装电器盒，所述电器盒的内部安装传感电路板，所述传感电路板内部设有半积分器、一阶微分器、二阶微分器和三阶微分器，所述半积分器、所述一阶微分器、所述二阶微分器和所述三阶微分器相互串联；所述工作电极产生的电流通过导线经过所述半积分器转换成半积分电流，半积分电流依次经过所述一阶微分器、所述二阶微分器和所述三阶微分器，所述半积分器内部的电路由放大电路和互补梯形RC网络并联组成。
优选的，所述互补梯形RC网络内部的总的有效电阻用R’表示，总的有效电容用C’表示，输出电压的关系如下：
优选的，所述互补梯形RC网络内部的各个电器元件的规格为：R取值范围1k—100k，R1取值范围100—10k，C1取值范围0.1μF—100μF，R1取值范围1—10k，R2取值范围1—50k，C1取值范围0.1μF—100μF，C2取值范围0.1μF—100μF。
优选的，所述工作电极中电子交换反应产生的电流是微安级为10-9A-10-6A之间的微电流。
优选的，所述辅助电极由铜柱以及铜柱外壁缠绕的铂丝组成。
优选的，所述电器盒与传感器座之间的安装缝隙内部夹装密封橡胶圈。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在一阶微分器、二阶微分器和三阶微分器与工作电极产生的电流之间串联半阶微分器，半阶微分器由梯形RC网络和放大电路并联组成，梯形RC网络对血液维生素检测仪中恒电位电路输出的电流信号进行卷积处理，得到了卷积电流中电流与电压之间的理论方程式，根据方程式可以计算出血液中的各个维生素的含量，克服了现有电化学方法背景电流大、信噪比较差等缺点，可以使电化学方法的检测灵敏度提高1-2个数量级。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明的传感电路板内部电路示意图。
图3为本发明的互补梯形RC网络内部电路示意图。
图中：1、传感器座，2、电器盒，3、工作电极，4、辅助电极，5、参比电极，6、传感电路板，7、互补梯形RC网络，8、一阶微分器，9、二阶微分器，10、三阶微分器，11、半积分器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-2所示，一种三电极传感器检测装置，包括传感器座1、工作电极3、辅助电极4和参比电极5，工作电极3通过电线与信号发生器相连接，信号发生器产生的激励信号刺激工作电极3的电位，传感器座1的底部安装电器盒2，电器盒2的内部安装传感电路板6，传感电路板6内部设有半积分器11、一阶微分器8、二阶微分器9和三阶微分器10，半积分器11、一阶微分器8、二阶微分器9和三阶微分器10相互串联；工作电极3产生的电流通过导线经过半积分器11转换成半积分电流，半积分电流依次经过一阶微分器8、二阶微分器9和三阶微分器10，半积分器11内部的电路由放大电路和互补梯形RC网络7并联组成，信号发生器产生的激励信号输入到恒电位系统，由恒电位系统控制工作电极3的电位，以满足维生素选择性的在电极上进行电子交换反应，工作电极3就是支撑整个维生素检测传感器的重要电极，产生的电流i(t)进入半积分器，转换成半积分电流I(t)，再依次通过一阶微分器、二阶微分器和三阶微分器，分别得到0.5次微分电流I1/2(t)、1.5次微分电流I3/2(t)和2.5次微分电流I5/2(t)。
实施例2
此外，参照图1-3，区别与上述实施例1，互补梯形RC网络7内部的总的有效电阻用R’表示，总的有效电容用C’表示，输出电压的关系如下：
互补梯形RC网络7内部的各个电器元件的规格为：R取值范围1k—100k，R1取值范围100—10k，C1取值范围0.1μF—100μF，R1取值范围1—10k，R2取值范围1—50k，C1取值范围0.1μF—100μF，C2取值范围0.1μF—100μF，工作电极3中电子交换反应产生的电流是微安级为10-9A-10-6A之间的微电流，工作电极3上产生的电流i(t)通过电流/电压转换器i/V转换为电压V(t)输出，V(t)＝-Rf·i(t)，Rf在1k—1G范围，V(t)为毫伏级电压，然后再使用放大器，放大为伏特级电压，就可以通过ADC转换成数字信号了，V(t)经过半积分电路A1，转换成半积分电压V-1/2(t)，然后再依次经过微分电路A2、A3和A4，分别输出0.5次微分电压V1/2(t)、1.5次微分电压V3/2(t)和2.5次微分电压V5/2(t)，辅助电极4由铜柱以及铜柱外壁缠绕的铂丝组成，电器盒2与传感器座1之间的安装缝隙内部夹装密封橡胶圈,橡胶圈起到防水作用，当检测装置插入血液样品中的时候，保护电器盒2内部的各个电路不被血液浸湿。
本发明在使用时，首先，检测血液中的维生素时将该装置的工作电极3、辅助电极4、参比电极5插入血液样品中，通过信号发生器产生的激励信号输入到恒电位系统，由恒电位系统控制工作电极3的电位，工作电极3上产生的电流i(t)通过电流/电压转换器i/V转换为电压V(t)输出，V(t)＝-Rf·i(t)，再使用放大器，放大为伏特级电压，就可以通过ADC转换成数字信号了，V(t)经过半积分电路A1，转换成半积分电压V-1/2(t)，然后再依次经过微分电路A2、A3和A4，分别输出0.5次微分电压V1/2(t)、1.5次微分电压V3/2(t)和2.5次微分电压V5/2(t)，利用半积分器11的卷积得到了卷积电流中电流与电压之间的理论方程式，从而计算出血液中各种维生素的种类。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种三电极传感器检测装置，包括传感器座(1)、工作电极(3)、辅助电极(4)和参比电极(5)，其特征在于：所述工作电极(3)通过电线与信号发生器相连接，信号发生器产生的激励信号刺激所述工作电极(3)的电位，所述传感器座(1)的底部安装电器盒(2)，所述电器盒(2)的内部安装传感电路板(6)，所述传感电路板(6)内部设有半积分器(11)、一阶微分器(8)、二阶微分器(9)和三阶微分器(10)，所述半积分器(11)、所述一阶微分器(8)、所述二阶微分器(9)和所述三阶微分器(10)相互串联；
所述工作电极(3)产生的电流通过导线经过所述半积分器(11)转换成半积分电流，半积分电流依次经过所述一阶微分器(8)、所述二阶微分器(9)和所述三阶微分器(10)，所述半积分器(11)内部的电路由放大电路和互补梯形RC网络(7)并联组成。
2.根据权利要求1所述的一种三电极传感器检测装置，其特征在于：所述互补梯形RC网络(7)内部的总的有效电阻用R’表示，总的有效电容用C’表示，输出电压的关系如下：
3.根据权利要求2所述的一种三电极传感器检测装置，其特征在于：所述互补梯形RC网络(7)内部的各个电器元件的规格为：R取值范围1k—100k，R1取值范围100—10k，C1取值范围0.1μF—100μF，R1取值范围1—10k，R2取值范围1—50k，C1取值范围0.1μF—100μF，C2取值范围0.1μF—100μF。
4.根据权利要求1所述的一种三电极传感器检测装置，其特征在于：所述工作电极中电子交换反应产生的电流是微安级为10-9A-10-6A之间的微电流。
5.根据权利要求1所述的一种三电极传感器检测装置，其特征在于：所述辅助电极(4)由铜柱以及铜柱外壁缠绕的铂丝组成。
6.根据权利要求1所述的一种三电极传感器检测装置，其特征在于：所述电器盒(2)与传感器座(1)之间的安装缝隙内部夹装密封橡胶圈。
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