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SKLEAC-ECL型电化学发光检测仪的研制与开发

黄泽建  
【摘要】:在科学和工程实际中,常需检测微弱电流信号。在电化学发光检测中,即要检测微弱电流。针对其电流特点,讨论具有大动态范围的I-V变换电路。误差和噪声对评估系统的性能具有非常重要的作用,更是提高测量精度的关键,同时也是如何选择集成运放芯片的依据。因此,从运算放大器实际等效模型出发,重点讨论前置放大器的直流参数对系统误差的影响,以及放大器的噪声计算等问题,给出选择运放的正确方法。 电化学发光检测中的伏安分析研究是通过测量工作电级和辅助电极之间的电位和电流的曲线来研究电极反应的过程。电极反应中的电流服从法拉第定律,与电极表面积大小、施加在电极上的电压以及发生在电极表面的氧化还原反应的快慢有着密切的关系。不同尺寸的电极具有不同数量级大小的电流。大可达mA级,而微电极仅有pA级,甚至更小。在电化学发光检测的伏安分析中,通常为mA到nA级。 系统的关键是I-V 变换电路的设计与实现。由于被测信号是一个缓慢变化的、直流型的双极性电流信号,其带宽很窄,此外,不同尺寸的研究电极在电解质溶液中具有不同数量级大小的电流,因此该I-V 变换电路的设计使用继电器选择反馈电阻的方式,并且使用两级低通滤波抑制干扰和噪声,从而实现从噪声中提取有用信号的目的。 低噪声集成运放芯片的选择是关键。其中一个重要的依据是运放的输入特性参数。通过定量分析运放的基本输入特性参数在测量系统中所产生的测量误差大小,以及利用运放的等效输入噪声模型(En-In)估算电路的噪声大小,从而选择合适的运放组成测量系统,完成低噪声设计。 开发了基于Windows操作环境的用户软件。实现了电化学和发光检测的实时数据采集与图像显示,图像的动态调整,图像的重叠显示,数据文件的文本格式转换,以及数字滤波等等操作。 用户软件与底层硬件系统采用基于串口的主从式通信方式。底层的电化学模块和微弱发光检测模块使用串口通道与微机进行通信,完成整个数据采集工作。 样机经测试达到了课题要求。


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