一种高精度的三电极测试电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电化学测试检测领域，特别是涉及三电极生物或化学传感器测试电路。
【背景技术】
[0002]在物质定性定量分析、常规电化学测试、电化学反应机理研宄等方面，三电极测试系统有着广泛应用。然而因其价格昂贵、体积大，并且要配合上位机软件才可以使用，使它在推广应用方面受到限制，更难将其应用于便携式检测设备中。
[0003]传统的双电极体系只包含工作电极和对电极，如果对电极的电位在测试过程中不发生变化，就可以不使用参比电极。然而非法拉第过程造成了工作电极和对电极电位偏移，因此，在双电极测试系统中加入了参比电极构成三电极测试方式。三电极系统包含工作电极(Work electrode，WE)、参比电极(Reference electrode，RE)、对电极(Counterelectrode，CE)。在电化学实验中，工作电极和参比电极被浸入到分析液中，两电极之间的电势差通过外加电源调节。参比电极具有已知设定的恒定电位，它为研宄电极提供一个基准电位。当工作电极电位发生偏移时，需通过负反馈调节系统调整参比电极电位，使得工作电极相对于参比电极的电压维持在恒定值，就可有效地消除非法拉第过程对电化学反应的干扰。测量时，必须使参比电极上通过的电流极小，避免引起参比电极的极化。
[0004]目前，国内对于三电极测试系统的研宄仍处于实验室仿真阶段，而且大多数的研宄集中在电极的制作方面，所用的电化学研宄设备仍然是传统的电化学工作站。而电化学工作站不适用于非传统电极，尤其是电极阵列的研宄，这就限制了三电极生物或化学传感器的实用推广。国外多以三电极传感器为基础设计专用型三电极测试电路，但是在通用性上有一定的局限性。
【实用新型内容】
[0005]为了解决上述问题，本实用新型提供了一种高精度的三电极测试电路。
[0006]本实用新型所采用的技术方案是:
[0007]测试电路由基准电压电路、维持研宄电极电位恒定的恒电位电路和微电流检测电路构成；基准电压电路产生的电压作为激励信号，通过恒电位电路加到工作电极和参比电极之间，氧化还原反应产生的电流在对电极和工作电极间流动，通过微电流检测电路测试出来。
[0008](I)基准电压电路
[0009]由高精度运放0PA727和D/A转化芯片DAC8831构成双极性输出基准电压电路。电化学反应一般包含氧化和还原两个过程，因此，参比电极相对于工作电极的电压必须是双极性的。
[0010](2)恒电位电路
[0011]恒电位电路由电压比较器、电压跟随器和高速缓冲器构成。采用INA105作为电压比较器，其增益误差小于0.0l %，非线性误差小于0.001 %。AD8638作为电压跟随器，其最大失调电压为9 μ V，最大温漂为0.04 μ V/°C。电压比较器输出端设置高速缓冲器，高速缓冲器用BUF634构成。BUF634利用内部的运放反馈环路增加输出电流，消除热反馈和容性负载驱动。
[0012](3)微电流检测电路
[0013]微电流检测电路由I/V转换电路和同相并联结构的放大电路构成。三电极系统的响应电流在10_8A数量级，采用ICL7650作为放大电路的核心器件，构成多级放大电路。从工作电极得到的电流信号，先采用ICL7650B构成I/V转换电路，将电流信号转换成微电压信号。再采用有3个基本运算放大器ICL7650构成同相并联结构的放大电路，其中两个组成同相并联结构的第一级放大，以提高放大器的输入阻抗和增益；另一个为差动放大，作为放大器的第二级。
[0014]工作过程是:基准电压电路产生的电压作为激励信号，通过恒电位电路加到工作电极(WE)和参比电极(RE)之间。在电压的作用下，工作电极表面发生化学反应。由于此时工作电极和参比电极间形成回路，氧化还原反应产生的电流将通过参比电极输出，随着反应电流的变化，工作电极和参比电极间的电压也会发生改变。恒电位电路反馈回路中的参比采样电压跟随器使对电极(CE)对地电位始终跟随参比电极(RE)对地电位变化，并与其保持同相位，从而得到可控的恒电位。在恒电位系统中，由于工作电极(WE)对地电位为O(虚地)，可以达到参比电极与工作电极之间电压恒定可控的目的。使参比电极没有电流流过，电流只在对电极和工作电极间流动。最后通过微电流检测电路测试出氧化还原反应产生的电流。
[0015]本实用新型的有益技术效果是:提供了一种高精度三电极测试电路，该电路可以控制恒电位误差在ImV之内，并且检测电流的下限达到10_7A，电流的检测精度达到0.ΙμΑο经过合理的电路设计和布局，可以将该电路制作成便携式设备，应用于三电极传感器的测试、三电极电化学分析等场合。
【附图说明】
[0016]图1是二电极测试原理不意图。
[0017]图2是高精度三电极测试电路结构示意图。
[0018]图3是双极性输出电路框图。
[0019]图4是恒电位电路原理框图。
[0020]图5是电流电压转换电路。
[0021]图6是同相并联结构放大电路。
[0022]附图中WE是工作电极(Work electrode)，RE是参比电极(Referenceelectrode)、CE 是对电极(Counter electrode)。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本实用新型装置的【具体实施方式】做进一步说明。
[0024]三电极测试原理示意图如图1所示，三电极测试电路结构示意图如图2所示。
[0025]利用0PA727和DAC8831构成双极性输出的基准电压电路，电路的结构如图3所示。基准电压的产生采用D/A转化芯片DAC8831实现，该芯片为16位的D/A转换器。0PA727是TI公司生产的高精度运放，在运放的输出端可以得到所需要的输出电压。
[0026]恒电位电路的工作原理如图4所示，恒电位电