一种跨阻放大器及深海重金属检测装置
2025-02-22 21:14
No.1342967698866577408
技术概要
PDF全文
本技术公开了一种跨阻放大器及深海重金属检测装置,跨阻放大器包括:用于产生输入电流的工作电极、积分器、缓冲器、反馈电容与反馈电阻;反馈电容连接在积分器的输出端与输入端之间;反馈电阻连接在缓冲器的输出端与积分器的输入端之间;积分器的输入端与工作电极连接,积分器用于对输入电流进行放大处理并输出第一放大电压至缓冲器;缓冲器用于对接收的第一放大电压进行放大处理并输出第二放大电压。本发明提供的跨阻放大器集成了片上电极,这样可以将跨阻放大器与电化学反应池的距离缩小至数百微米,降低了电化学反应的电容效应,可以减小噪声水平,实现在深海中痕量重金属浓度的定量检测。
背景技术
重金属常常以痕量的浓度广泛分布于海洋中。已知对人体损伤最大的重金属,如镉、铅等,在水中难以被分解,会与生物体内的蛋白质及酶发生强烈的相互作用,具有较高的毒性,会造成不可逆转的损伤。在深海中,重金属浓度非常低,任何轻微的扰动都会影响检测结果。电感耦合等离子体-质谱法(Inductively coupled plasma-MassSpectrometry, ICP-MS)是一种检测痕量重金属浓度的高保真技术,它使人们对环境中痕量重金属的定量分析更加深入,但是由于机器昂贵的价格,样品前处理复杂(通常需要稀释)、对外界环境条件要求高等不利因素,限制了ICP-MS在极端环境与复杂背景下的重金属痕量检测的发展。而电化学技术因设备小巧,样品前处理简单 (甚至无需处理),成本低廉等优势,被广泛应用于重金属检测领域。但是电化学技术与传统的ICP-MS相比,检测限和检测灵敏度仍是一个重大挑战。 电化学工作站的核心器件是由跨阻运算放大器(Transimpedance Amplifiers,TIA)构成的恒电位仪。通过施加给仪器特定的输入,采集系统的电流输出信号,通过电流值的大小便可以计算出重金属的浓度。对于深海中的实际样品,采集到的电流值非常低,通常在pA至nA级别。因此,TIA的性能,尤其是噪声水平,直接决定检测结果的正确性。现有的电化学工作站通常采用基于集成电路(Integrated Circuit,IC)的定制方案,然而,基于集成电路的定制方案对于影响电化学反应的负面电容效应的抑制较差,使得噪声水平较高,使得难以较好地实现深海中痕量重金属浓度的定量检测。 因此,现有技术还有待于改进和发展。
实现思路
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该技术已申请专利,如用于商业用途,请联系技术所有人!
技术研发人员:
蔡巍  于翼铭  付玮  邓涛  张停毅  刁尚祺  李丹  高源  李毅
技术所属: 南方科技大学
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