微叉指阵列电极的特点


叉指阵列电极除了作为带状电极的集合体之外,通过将两个叉指状电极彼此的交叉排列(图3-1),其表现出在其他电极中看不到的有趣行为。即,在一个电极(G极:generator electrode )上被氧化的氧化态物质可以在另一电极(C级:collector electrode)上被还原。


图3-1 叉指阵列电极的示意图
图3-1 叉指阵列电极的示意图)

类似于使用旋转环圆盘电极进行的实验,只是对于静止状态下的叉指阵列电极,是由于 "氧化还原循环"(图3-2),被还原的氧化还原物种扩散回原来的电极,使得电流值出现明显的增加。此外,G极和C极之间瞬间形成了线性浓度梯度,缩短了达到稳态的时间,表现出高速响应性。另外,如果保持C极电位不变,对G极电位进行电位扫描,则可以在C极上确认G极上是否发生了逆反应。由于C极的电位恒定,测量时无充电电流流动,提高了S/N比。
图 3-2. 氧化还原循环的概念图
图 3-2. 氧化还原循环的概念图)

此外,当可逆物质和干扰性不可逆物质共存时,在G极上被氧化的干扰物质为电化学惰性的,在C极上不能被检测到,这样就可以到底选择性地检测到目标物质的目的。

叉指阵列电极的临界稳态电流可以通过求解二维扩散方程解析得到,并由下式表示:
 
lim = 2mbnFC*DK (1-p) / K (p)                                      (1)
p = 4S / (1 + S)2                                                        (2)
S = sin (πg / 2w) / cos (π (w a --w c / 4w))                      (3)
w = (w a + w c​​ ) / 2 + g                                              (4)


其中 K () 为第一类全椭圆积分,m, b, n, F, C*, D, w a , w c , g 分别为叉指的数量、长度、反应电子数、法拉第常数、本体溶液浓度、扩散系数、阳极,阴极的电极宽度和电极间距。当阳极和阴极的电极宽度相同且g <0.85w时,可以近似成下式[3-1]

 
Ilim= mbnFC * D {0.637 ln (2.55w / g) --0.19 (g / w) 2                            (5)


参考文献
[3-1] K.Aoki, M.Morita, O.Niwa and H.Tabei, J. Electroanal. Chem., 256(2), 269 (1988).



最近更新时间 2022/03/17