Электрохимические преобразователи: общие положения. Электрохимические эффекты, которые следует учитывать в биосенсорных устройствах на основе электрохимических преобразователей

Субстратом или продуктом ферментативной реакции часто является соединение, распадающееся на ионы. Для измерения концентраций, свойств и состава таких веществ в качестве ИП используются электрохимические ячейки. В ячейках вещество С распадается в растворе на разнополярные ионы, образующие электролиты B и D. Концентрация ионов пропорциональна концентрации вещества в растворе. В ячейку погружены два электрода A и E из проводников с электронной проводимостью.

В различных типах электрохимических ИП получают зависимость между электрическими параметрами электродов и концентрацией анализируемого вещества (аналита) в ячейке.

При этом требуется учитывать основные электрохимические эффекты:

•   возникновение на границах разных фаз (металл – электролит, исходное вещество – электролит) электрохимических потенциалов;
• зависимость величины потенциалов от температуры;
• возникновение на границах фаз двойных заряженных слоев, обладающих емкостью, подобно плоскому конденсатору (поэтому ячейка с веществом и электродами может быть описана эквивалентной схемой в виде резистивно-емкостной цепи);
• изменение величины потенциала между металлом и электролитом при протекании тока через электроды (эффект поляризации электродов);
• изменение величины тока, обусловленное разной шероховатостью электрода, т. е. его площадью контакта с электролитом;
• изменение потенциала электрода при окислении его электролитом;
• возникновение эффекта электролиза (выделения ионов в виде вещества на электроде) при протекании постоянного тока через раство, что уменьшает концентрацию ионов в растворе.

Для уменьшения эффекта окисления вещества электродов электролитом их выполняют из благородных металлов (платины, золота). Электроды всегда полируют, обеспечивая максимально гладкую поверхность. Чтобы минимизировать влияние температуры, все электрохимические измерения проводят в условиях термостатирования.