第32卷第5期, 2019年9月宁波大学学报（理工版）中国科技核心期刊V ol.32 No.5, Sep. 2019 JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY ( NSEE ) 中国高校优秀科技期刊
陈庚1, 谢建军1, 章政焕1, 张春风2, 邬杨波1*
（1.宁波大学信息科学与工程学院, 浙江宁波 315211; 2.宁波大学材料科学与化学工程学院, 浙江宁波 315211）
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摘要: 提出了一种具有欧姆压降自动补偿功能的基于快速伏安法的电化学检测系统. 系统使用微控制器内建模数转换器结合外部电平调节电路产生快速扫描信号, 用数字电位器实现溶液欧姆压降的正反馈补偿, 通过测量输出信号频率判断是否实现欧姆压降的完全补偿, 然后通过调整数字电位器抽头位置调整补偿信号大小, 从而实现检测系统溶液欧姆压降自动补偿功能. 二茂铁(Fe(C5H5)2)溶液的实际测试结果表明, 在不同溶液浓度和不同扫描速度情况下, 系统能较好地实现溶液欧姆压降自动补偿, 以及输出电流信号的自动检测功能.关键词: 欧姆压降; 自动补偿; 快速伏安; 电化学制鞋自动化
中图分类号: TP23 文献标志码: A 文章编号: 1001-5132（2019）05-0023-07
随着工业化进程的持续加速, 越来越多的违法开采、超标排污等行为导致许多有害重金属进入生态环境, 造成环境污染[1]; 进入生态系统的有害重金属可通过呼吸道、消化道以及皮肤等途径进入到人体, 对人类健康造成极大危害[2]. 因此, 在有限的重金属污染治理技术中, 到一种经济、可靠、灵敏的方法来识别和量化水中的这些离子是极其重要的[3-4].
目前重金属离子检测方法众多, 如原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、紫外可见分光光度法和电感耦合等离子体质谱法等[5]. 虽然在这些检测方法中, 大多数有较高的灵敏度和准确性, 但也存在预处理复杂、仪器体积庞大以及仪器操作复杂等缺点[6-10], 造成此类方法难以满足现场检测的要求. 电化学法具有检测速度快、体积小、价格低廉等特点, 因此电化学法在现场、实时、在线检测方面有很大优势; 然而传统电化学检测法也存在灵敏度较低、选择性较差等缺点[11].
兵动三国快速扫描伏安法通过提高信号源扫描速率来增强电化学信号, 但随着信号源扫描速率的增加, 由于溶液欧姆压降所造成的伏安特性曲线歪曲就越严重. 为了消除溶液电阻带来的影响, 传统采用加入电位器的方法来引入正反馈进行溶液欧姆压降的补偿, 但该方法往往需要配合示波器来观察补偿情况, 同样也不适用于进行现场检测.
针对高灵敏度、低成本、便携式电化学检测仪器的迫切需求, 本文提出一种基于快速伏安法的具有欧姆压降自动补偿功能的便携式电化学检测系统. 系统以STM32嵌入式微控制器为核心, 结合信号调理电
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路形成信号源, 再经过具有欧姆压降自动补偿功能的恒电位仪、自动增益功能的信号转换电路、整形电路以及信号处理电路, 实现对电化学池的信号扫描、反应电流的转换与放大、输出信号的频率检测, 以及对转换信号波形的采集与显示, 为进一步实现重金属离子的现场检测奠定基础.
1两电极电化学体系简介
典型的电化学体系分为两电极电化学体系和三电极电化学体系, 其中三电极体系由参比电极、辅助电极和工作电极组成. 工作电极和参比电极形成测试回路, 该回路往往可被视为断路, 所以工作电极与参比电极之间的电位差保持恒定; 又因参比电极的电势已知, 且不随化学反应的进行而
收稿日期:2019−04−16. 宁波大学学报（理工版）网址: journallg.nbu.edu/
曾国荃基金项目：国家自然科学基金（81773483,41576098）; 宁波市自然科学基金（2018A610401）; 浙江省基础公益研究计划（LGF19B050003）.第一作者：陈庚（1995－）, 男, 浙江温州人, 在读硕士研究生, 主要研究方向: 嵌入式系统设计. E-mail: 472273599@qq
*通信作者：邬杨波（1972－）, 男, 浙江奉化人, 博士/副教授, 主要研究方向: 嵌入式系统设计. E-mail: wuyangbo@nbu.edu
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