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电化学分析范文1
作为新陈代谢的活性中间体,正常状态下自由基在生物体中保持相对稳定的动态平衡。细胞自身的细胞色素c(Cytochromec,Cyt.c)、超氧化物歧化酶（Superoxidedismutase,SOD)等具有抗氧化能力，可以将自由基转化为无害物质进行自我修复，这一系列的过程对细胞增殖、凋亡、损伤具有重要的影响,并在细胞信号转导过程中起着十分重要的作用。当细胞受到外界剌激或发生病变过程中会产生过量O2'_自由基,使得细胞产生氧化应激，引起癌症、神经性疾病、帕金森病等生理病变,从而对细胞的生理和病理功能产生重要的影响。因此,检测生物体中O〗_自由基的浓度具有十分重要的现实意义。
然而，因为自由基具有氧化活性高、体内浓度低、寿命短等特点,所以需要发展原位、实时、活体的自由基检测方法。电化学方法具有操作简单、易微型化、灵敏度高、易于原位、实时、在体检测等优点而备受关注,其中，基于酶传感器的电化学分析方法最为引人注目。
2溶液/电极界面的设计及酶的直接电子传递
2.1溶液/电极界面的设计
针对自由基的电化学分析,对溶液/电极界面进行设计以改善和提高电极的分析性能是一个极其关键的问题^2?16。酶自身体积较大,而活性中心通常都深埋在其内部,从而加大了活性中心到电极表面的电子传递距离，不利于实现直接电子传递。第二代酶传感器采用氧化还原电子媒介体在酶的氧化还原活性中心与电极之间传递电子，但存在媒介体的流失和干扰大的缺陷，给O〗_自由基的准确测定带来干扰,从而极大限制了其实际应用。第三代酶传感器的开发使这个领域向前迈进了一大步。通过界面设计优化,利用酶的直接电子传递机理克服了原先的不足，能够实现细胞或生物体中自由基的直接检测。界面设计优化是人为地设计电极表面微结构和其界面反应，通过将酶固定在电极表面上,使暴露的电活性中心更接近电极表面，实现酶与电极之间快速的电子传递,达到预期检测的目标。2.1.1分子设计分子自组装是对固体表面进行修饰最为有效的手段之一。高度有序、结构可控、定向密集的稳定分子层为保持酶蛋白质的天然结构和构象提供理想的微环境。同时，单分子作为加快电子传递的促进剂，可以用于探索电极表面分子微结构和宏观电化学响应之间的关系。巯基化物在金属表面自组装是目前研究得最广泛、最深入的一类物质。其自组装膜有序性强,不易聚合,条件控制容易等优点扩展其在传感方面研究和应用的范围。Tian等^在金电极表面自组装一层巯基半胱氨酸单分子膜来考察溶液中SOD的电化学活性，同时以裸金电极作为对比，实验结果证实SOD能够固定于分子修饰电极的表面上,使得电极反应更容易实现,这可能由于半胱氨酸在界面自发形成的一种热力学稳定分子层，更有利于实现SOD“软着陆”。随后，他们又将3种SOD(Cu,Zn-SOD,Fe-SOD和Mn-SOD)分别固定在巯基半胱氨酸修饰的金电极界面上，首次同时实现3种SOD的直接电子传递；巯基半胱氨酸作为促进剂加快电子的传递。通过分子设计在界面上自组装单分子体系考察电子转移过程，为更深层次的分子设计和功能组装反馈信息M。
此外,作为一种常用的选择性结合组氨酸标记蛋白质的方式，次氮基三乙酸/组氨酸（NTA/HT)技术成为组氨酸结合最成功的模版。其将蛋白质定向有序固定在电极表面上,并加快电子传递。Joln_等㈣利用该通用模版技术成功将蛋白质固定在金电极表面上，通过大环效应使NTA衍生物的三氮杂环与金属离子稳定反应,使得该体系具有更高的稳定性。Wang等^1首次利用NTA/HT技术将SOD修饰到电极表面上,极大提高了电子传递速率，电子传递常数为（24±1.1)S!1;同时，实现了SOD的直接电化学,并进一步应用于鼠脑在局部缺血和再灌注的过程中自由基浓度变化的检测。
在简单的蛋白质^分子仿生体系中，分子设计在提高传感器检测底物的灵敏度、控制活性中心与电极表面距离、加快长程电子转移等电分析化学的应用和理论方面发挥了重要作用。
2.1.2纳米材料利用酶的特异性检测O2'_自由基时,往往受限于酶负载量过少或缺乏电子传递导体从而致使电信号过小或者电子传递过慢,影响传感器的整体分析性能。纳米材料是材料学中最基础、最活跃的组成部分。不同于体材料和单个分子，纳米材料具有小尺寸效应、表面效应和量子尺寸效应等独特的物理化学性质,特别是良好的生物相容性和稳定性，可作为负载酶的良好基质，在传感领域获得广泛的应用。
Brown等M将直径12nm单层金溶胶颗粒修饰二氧化锡电极,实现了溶液中Cyt.c的直接、可逆电化学，且无需任何预处理步骤。金溶胶颗粒可看作是空间紧密而独立的微电极组合体。但随着纳米颗粒的聚集,Cyt.c的电化学变的准可逆或者不可逆,表明纳米金属尺寸和形貌在实现蛋白质的直接电子传递中也起到极其关键的作用。Zhu等122首次利用1,5或二硫醇交替连接Au、Ag胶体制备多层Au/Ag膜,在温和条件下通过氯金酸溶液去除成孔物质纳米Ag,通过层层自组装技术在氧化铟锡（ITO)电极表面制备了纳米多孔金膜。Cyt.c保持其生物催化活性，电子转移速率为3.9s!1。同时,该第三代传感器具有良好的选择性和稳定性,其检出限达到6.3x106mol/L,线性范围是1.0x105~1.2x102mol/L。
Bi等M通过将多壁碳纳米管修饰玻碳电极上实现了SOD的固定。多壁碳纳米管表面的晶格缺陷提供了较高的局部电子密度,有利于电子在酶蛋白和碳纳米管之间传递；同时,特殊结构的碳纳米管可以作为“分子导线”，加快电子传递到SOD的活性中心，以上两方面因素致使SOD在电极表面上实现直接电子传递。
Deng等M利用蒸汽方法直接在预处理ITO表面沉积上一层花状ZnO纳米材料，设计出新型纳米材料界面,增大了基底的比表面积和导电性。同时，生物相容性保持了SOD的高生物催化活性，结合ZnO作为“纳米导线”加快电子的传递作用，实现了SOD的直接电子传递,构筑了第三代生物传感器，异相电子传递常数可达（10.4±1.8)s!l。Zhu等123将Cyt.c固定在SiO:纳米材料修饰的玻碳电极表面上，实现了Cyt.c的直接电化学。实验数据证实Cyt.c的直接电子传递及微环境的改变与SiOi双功能结构的空间几何构象有关。该模型能够定性的解释纳米材料的尺寸和浓度对氧化还原蛋白的直接电子传递的影响，同时也为广泛应用无机纳米材料来促进电子传递提供一种新思路。
随着纳米技术的不断发展和壮大,各种纳米材料在传感器领域的应用日趋广泛。纳米材料所具有的高比表面积、高活性、特殊物理性质及生物相容等特性使其成为应用于传感方面最有前途的材料之一。2.2基于酶直接电子传递的传感器
直接电子传递是蛋白质分子与电极表面在没有任何媒介和试剂的情况下直接进行电荷交换，这样有利于电子传递效率的提高,更能反映生物体系内的氧化还原系统,为揭示生物体内电子传递的机理奠定了基础。但是酶蛋白的活性中心通常是深埋在其内部，当其固定在裸电极表面时,没有合适的界面微
环境来实现其直接电子传递,致使阻碍其在活体检测方面的实际应用。通过界面设计使修饰电极可以建立理想的接触界面,暴露酶的电活性中心，实现酶与电极之间快速的直接电子传递,并利用其对自由基的选择性达到预期的检测目的，对于预防和治疗疾病以及抗氧化药物的研发都具有现实意义。
2.2.1基于Cyt.c的传感器Cyt.c是一种存在于线粒体内膜外侧的金属蛋白分子，是呼吸链中一个重要的电子载体。通过血红素辅基中心铁离子价态的变化来传递电子，在细胞呼吸链中具有举足轻重的作用。研究其在电极上的电子传递及与O2'_自由基的生物作用，对于了解生命体内的能量转化和物质代谢具有重要的意义。因此,探索实现Cyt.c与电极表面之间的直接电子传递成为电分析化学研究的方向之一。 Cooper等将巯基半胱氨酸自组装到裸金电极表面,通过碳二亚胺缩合反应固定Cyt.c,考察了yt.c与电极之间的电子传递情况,结果显示Cyt.c在电极表面实现直接电子传递；其表观电位为2mV(vs.SCE),表明此传感器具有潜在实际应用的可行性。Cooper等M采用电化学分析方法检测黄嘌昤/黄嘌昤氧化酶体系酶化反应产生的自由基，其原理如图1所示。酶化反应产生O〗_自由基还原Cyt.c,自身被氧化成Oi;同时还原态的Cyt.c在电极表面正电位下迅速被氧化为氧化态。基于此反应机理,他们实现了嗜中性粒细胞中应激产生的02’_自由基的动态检测，且引起的电流响应速率与02"自由基的产生速率成线性关系。-传感器的灵敏度取决于负载活性酶的数量以及酶与自由基的反应速率。Wegrich等63利用定点诱变技术在Cyt.c活性位点附近引进带正电荷的赖氨酸,考察其在巯基分子修饰的金电极上的分析性能。实验数据表明诱变重组的Cyt.c均具有氧化还原图10厂电流传感器的作用机理示意图电活性,能够实现直接电化学，并且与O2’_自由基的Fig.1Mechanismofoperationofamperometric反应速率显著加快。基于诱变Cyt.c构筑的电化学生sensor物传感器在灵敏度和稳定性上都有不同程度的提
高。纳米材料的不断发展为电极界面设计提供了新的契机,其巨大的比表面积和良好的生物相容性,既
能增大酶的负载量,又能较好的保持酶蛋白的高催化活性，同时作为良好导体加快电子的传递。Rahimi
等M将多层碳纳米管/室温离子液体的纳米复合材料与Cyt.c混匀后，直接滴涂到玻碳电极表面上,简单有效地制备了O〗_第三代生物传感器。首先,多层碳纳米管作为电子促进剂,加快Cyt.c和电极之间的电子传递;其次,室温离子液体保持了Cyt.c的空间构象结构和生物催化活性,二者协同提高了传感器的
灵敏度、响应时间、检测限等分析性能。正如人们所期望的，基于Cyt.c的O〗_传感器可避免抗坏血酸、尿酸的干扰，能够在低电位下检测。然而,作为过氧化物酶的本质特点,Cyt.c同样能够还原来自酶化反应产生和体内共存的&O2,受其干扰。虽然Gobi等M报道可以通过设计电极来控制Cyt.c的过氧化酶活性,但Cyt.c不是O〗-的特异性酶,这极大限制了其在复杂生物体系中的选择性检测的作用。众所周知，SOD可高活性和选择性地将O〗-歧化为O:和H2O2M,从而完成O〗-高选择性测定。因此,采用SOD替代Cyt.c来构筑高灵敏度和高选择性的O〗_生物传感器越来越受到业内人士的普遍关注。
2.2.2基于SOD与仿生SOD的O「传感器SOD是广泛分布于生物体内重要的抗氧化酶,也是生物体内清除自由基的首要物质。作为一种金属蛋白酶，常见的几种不同金属中心SOD是Cu,Zn-SOD,n-SOD,Fe-SOD和Ni-SOD,它们都能将O；-自由基有效的歧化为%。2和。2保护机体不受毒性的侵害。但其电活性中心都包埋于蛋白质深处，致使SOD与电极表面的直接电子传递难以实现。
因此，实现SOD与电极之间的直接电子传递对第三代O2’_生物传感器的构筑以及实际应用的发展具有现实意义。
Ohsaka等M首次将Cu,Zn-SOD修饰在半胱氨酸自组装修饰的金电极表面上构筑了第三代传感器。实验结果表明，自组装的半胱氨酸分子可作为SOD电极反应的促进剂。结合传感器高灵敏度、高选择性和快速响应的良好分析性能，实现对酶化反应产生O^自由基的检测，这一工作是利用SOD直接电化学实现O;_自由基检测的一个巨大突破。Ohsaka课题组M首次发现O;_自由基在SOD电极上能够同时氧化和还原,并进行对比实验证实了可以在氧化和还原电压双向检测自由基，这为实现溶液中自由基的分析检测提供了第一手资料，同时为实现持久和可靠的检测生物体系里的O；-自由基奠定了基础。接着，Tian等^首次在半胱氨酸膜修饰的电极上同时实现3种活性中心SOD(Cu,Zn-SOD,Fe-SOD和Mn-SOD)的直接电子传递。如图2所示，通过活性中心的氧化还原循环，SODs能够催化还原成H2O2和氧化成O2,使得阳极和阴极上的电流响应明显增大，这说明SOD对O；-具有双功能电催化活性。结合SOD快速电子传递的特性,该传感器为双向实现O^电化学检测的提供了一条可行性路线。
Ge等M将Cu,Zn-SOD和Fe-SOD固定在巯基半胱氨酸修饰的裸金电极表面上,研究其动力学和吸附过程,结果表明通过不同动能学过程均能结合到电极表面上。
在实际应用检测中，高灵敏、高选择性的检测方法越来越显示出其重要性。纳米技术的发展为高灵敏电化学分析方法的发展提供了机遇。例如，纳米材料在生物分析检测中得到了广泛应用，已有多种信号放大方法用于高灵敏电化学分析方法的构建。
如图3所示,Tian课题组[43首次在锥状、棒状和球状3种不同形貌的纳米金表面上同时实现了SOD的直接电化学。热力学和动力学分析表明SOD在不同界面上的电子转移速度，与纳米金的形貌有关；同时，
良好的生物相容性让纳米金表面的SOD保持了其自身的生物催化活性，可用来构建既可在氧化电位又可在还原电位下进行0厂自由基检测的生物传感器。
无需其它步骤，结合良好的分析性能大大增加了其应用于实现生物体内O^测定的可行性。
综上所述，分析检测都是在体外分析体系中通过外来不断加入O2'_自由基进行电分析，与体内的复杂生物环境截然不同。因此我们很有必要对体内O；-自由基进行准确的分析检测，以便更好的深入理解O^自由基在生理和病理上中所发挥的作用。
3细胞释放检测
在细胞水平上，当细胞受到外界剌激或者生理病变过程中会产生过量自由基，从而对细胞生理功能产生重要影响，进而引起生理病变。因此，构筑适于检测细胞内O2'_自由基的传感器,原位、实时地检测自由基浓度的变化,对疾病预防与治疗的途径具有重要的生理及病理意义。
Tanaka等[44利用碳纤维修饰电极检测由免疫球蛋白G和卟啉醇肉豆蔻酸乙酸酯剌激单中性白细胞产生O^自由基的氧化电流。实验证明自由基会在剌激1min后产生，5min达到最大值,20min后消失，这种方法获得的电流4寸间关系与传统方法获得的结果一致。随后,Tanaka课题组[45设计了一种检测由单个噬菌细胞释放自由基的电流方法,其灵敏度高达到fA级。
在实际样品检测时,天然酶的空间结构和构象变化容易致使其丧失催化活性,成为制约它们实际应用瓶颈。为了避免这些缺陷，基于活性位点■铜、铁和锰设计的低分子量、具有SOD生物活性的仿生酶研究已陆续报道[4649]。Cabelli等^研究了锰磷酸盐作为仿生SOD在有机活体内的抗氧化机理。为了证明结果的可靠性,他们采用两种不同方法:脉冲辐射法和Co~60i辐射法产生自由基。实验证明Mn2+与O「自由基反应生成暂态的MnO:+,然后MnO:+快速歧化生成O:和^O:。
Tian课题组利用M%(PO4)2具有仿生SOD的生物特性,在高导电纳米针状TiOi膜上构筑了一个具有选择性高和稳定性好的第三代O〗_生物传感器，提供了一种方便、快速原位直接检测贴壁生长在修饰膜表面的正常人胚肾细胞HEK293T和CHO癌细胞释放的O〗_自由基的电化学分析新方法。检测原理如图4所示,在M%(PO4)2仿生酶的催化作用下发生歧化反应的过程中，将Or分别转化成Oi和&O2(如图4A)。此过程可看成是分别在两个电极上独立进行的两个反应。一方面,在阳极反应中图（4B),电解液中的被MnOi+的氧化生成O2,同时MnOi+被还原成Mn2+。而生成的Mn2+能够在电极上失去电子，重新被氧化成MnO2+。另一方面，在阴极反应中（图4C),O；-氧化Mn2+生成MnO2+,而生成的MnO2+在电极表面得到电子被还原成Mn2+。因此,在O〗-存在的情况下,通过Mn2+修饰电极上的氧化或还原电流检测O2'_。因此,通过两极上氧化或还原电流信号的变化，即可实现对O2’_的检测。电化学信号表明此生物传感器可以实现细胞应激反应产生0厂自由基的可逆响应，暗示02'_自由基可作为_种癌症生物标记物，为生理和病理方面的研究提供了基础。
基于SOD生物仿生酶(PO4)2,Zhou等开发了一种可靠和持久原位实时检测O-自由基的方法。Mn2+通过离子交换作用进入zeolite~ZSM-5的纳米结构中，进一步被聚二烯丙基二甲基氯铵化覆盖固定到电极表面上。沸石的纳米微结构加快了Mn2+的直接电子传递，其表观电位是（561±6)mV(vs.Ag/AgCl),位于O2'-/O2和O2'-/H2O2动力学电位内，可以将O〗_歧化为Oi和％O2。利用分子筛较好的生物相容性和细胞黏附性，让细胞贴壁生长，
可靠、持久的原位实时测定了细胞释放出来的O‘-自由基浓度,实现从理论到实践应用的转变。
作为细胞信号的传导分子，自由基与金属离子密切关系，包括Ca2+通道、K+通道、Na+通道等。
Tian课题组153基于Mn^TPAA(Mn-tris2-(2-pyridylmethyl)aminoethyl]amine)仿生酶构筑了O;生物传感器,具有高的稳定性和良好的重现性。以Hela细胞为模型,他们进一步研究了细胞释放O〗_自由基与细胞内Ca2+之间的依存关系。如图5所示，在无抑制剂时，加入Ang后荧光强度明显增强，说明Angn剌激细胞产生的O「促使细胞内Ca2+的释放,Ca2+与Fluo4-AM结合,从而使荧光增强。然而，在实验前先用NADPH氧化酶抑制剂Apo或阴离子通道阻滞剂DIDS处理10min,再进行的相同实验时,AngH剌激细胞前后荧光强度没有明显变化。这说明Apo抑制细胞外O〗_的产生而影响荧光强度的增加，DIDS阻止细胞外O〗_进入细胞而抑制细胞Ca2+浓度的增大。这一研究对认识自由基信号的传导与其它生理和病理的关系提供了一种新思路。
4活体电化学分析
电化学分析方法虽具有高灵敏性、原位、实时在线检测等优点,适于活体内o2'_自由基的分析和检测,但目前这方面鲜有文献报道。
对于植物体内0厂自由基的检测,Deng等M基于半导体ZnO纳米材料成功构筑了第三代生物传
感器，实现了豆芽体内O^的检测。如图6所示，活体实验采用双电极体系,ZnO/SOD微电极作为工作电极,铂丝作为对电极。ZnO/SOD微电极的制备步骤如下：首先，ITO导电玻璃切割成剌状；然后，将ZnO纳米材料电沉积到导电玻璃表面上，并进一步负载Cu,Zn-SOD。结果表明，通过一步、无模版的电沉积得到新型六角形ZnO纳米材料，可实现了SOD的直接电子传递;再结合SOD对O^自由基的催化歧化，实现了豆芽体内O^自由基的在线检测。该项研究不仅为酶蛋白在纳米结构半导体膜上构筑第三代生物传感器建立了一个模型，也为研究生物体内O2’-作用机理开启了一扇窗口，可以更深入的理解O；-自由基在生理学和病理学中的作用。
利用TTCA(5,2:5,2-terthiophene-3-carboxylicacid)聚合物膜依次共价键固定DGPD(1,2-Dipalmi-toylsn~glycero-3~phosphoethanolamine^i~dodecanylamine)和Cyt.c,Rahman等1551制备了一种高稳定、高灵敏的体内检测O2_的第三代传感器。他们通过持续不断的往鼠脑注入可卡因溶液剌激产生O2_,并利用该传感器对细胞外的o2’-进行检测。如图1所示，该传感器在盐水、急性和重复注射可卡因不同实验条件下产生了不同程度的电流响应，其中重复注射可卡因操作下传感器的灵敏度最高。-0.31V的低电位结合聚合物膜的屏蔽可使传感器在测定0厂自由基时避免抗坏血酸、尿酸、过氧化氢、氧气等干扰,从而保证此微型传感器植入鼠脑成功测定体内02'-自由基的浓度，并且能够实现动态检测体内02-自由基浓度随可卡因不断急性注入的变化。该微型生物传感器可以作为监测兴奋剂药物暴露引起细胞外0厂自由基浓度变化的一种有效工具。
近来，Tian等63提出了一种植入型微碳纤维电极直接实现活体内0厂自由基检测的新思路。此碳纤维基底上固定的SOD在测定0厂上拥有显著的高选择性和良好的稳定性；同时背景电流的减小使得碳纤维微电极在高灵敏测定生物体内0厂自由基占有优势。随后,Tian课题组M首次利用NTA/HT技术实现了SOD在NTA修饰电极上的直接电化学,极大提高了电子传递。整个传感器的制备过程如图8(A和B)所示。结合传感器的高灵敏度、高稳定性的分析性能以及碳纤维电极生物相容性和可微型化特点,该课题组成功实现鼠脑在缺血再灌注过程中0厂自由基浓度的变化检测（图8C)。该研究为体内活性氧的进一步研究提供了一种新思路，同时也为理解其在氧化应激和生理病理过程中的作用提供了独特的视角。
建立基于纳米材料与功能分子设计界面的02’-自由基检测新方法和适于活体检测的超微电极技图8(A)NTA和SOD修饰电极过程示意图；（B和C)碳纤维电极制备过程以及利用碳纤维电极检测鼠脑内02’_过程示意图
术,将为研究等活性氧在细胞信号转导中的作用，进而解析0厂自由基等活性氧在生命活动中的作用机理,治疗和预防与氧化应激等有关疾病,以及抗氧化物新药的研制与开发等提供一种新的研究思路。
电化学分析范文2
化学与环境一般从以下几个方面进行考查。
一、 有关各种污染物的形成和危害的考查
常见的污染问题主要有：空气污染、水污染、土壤污染、白色污染、电池、金属材料、臭氧层破坏、温室效应、酸雨、室内空气受污染、实验室内的污染等。全面认识这些污染物的来源和危害，认识处理各种污染物的必要性和原则，形成正确，合理地使用化学品的意识，认识化学在环境监测与环境保护中的重要作用，是解答此类题目的关键。
例1 人类只有一个地球，保护环境，人人有责。下列说法能达到相应目的是（ ）
A. 推广使用无氟冰箱有利于防止“臭氧空洞”
B. 工厂用高烟囱排放废气防止“酸雨”
C. 使用车用乙醇汽油防止“温室效应”
D. 及时焚烧废弃塑料减少“白色污染”
解析 本题全面考查了污染物及污染源处理的相关知识。由于含氟物质能破坏臭氧层，推广使用无氟冰箱能防止“臭氧空洞”；工厂用高烟囱排放废气，没有减少有害气体的排放量，只能造成污染的面积增大，故B错误；使用车用乙醇汽油，可以减少一氧化碳的排放，但仍然产生大量的二氧化碳，并不能防止“温室效应”，故C错误；及时焚烧废弃塑料虽减少了“白色污染”，但却产生了大量有害气体，反而增加了空气污染，浪费资源，不可取，故D错误。
答案 A
例2 （2012·宿迁）3月22日是“世界水日”。下列有关水的叙述正确的是（ ）
A. 随意丢弃废电池易造成水土重金属污染
B. 经常饮用蒸馏水对身体有益
C. 水中Ca2+、Mg2+增多导致水体富营养化
D. 大量使用农药、化肥不会污染水
解析 本题重点考查水体污染，废旧电池中含有有毒的重金属等污染物，随意丢弃易造成水中重金属污染，故A正确；蒸馏水中不含人体所需要的矿物质，长期饮用对健康不利，故B错误；水体的富营养化主要是由于水中氮、磷元素增多而造成的，故C错误；大量使用化肥、农药，是造成水体污染的主要原因之一，故D错误。
答案 A
二、 新情境下的污染问题的考查
随着经济的发展和进步，各种新的污染问题层出不穷，在新的环境下，学生要学会利用各种渠道去关注与化学有关的社会热点问题，拓展知识，开阔视野，提高自己的能力，初步形成主动参与社会决策的意识。在解答此类问题时要认真分析题目中的新信息，领会贯通，准确答题。
例3 （2012·烟台）2012年2月29日，我国新修订的《环境空气质量标准》，新标准增加了PM2.5检测指标。PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，主要来自化石燃料的燃烧和扬尘，对人体健康和空气质量的影响很大。
（1） 计入空气污染指数的项目中除了可吸入颗粒物外，还包括 （填序号）
① CO ② CO2
③ SO2 ④ NO2
（2） 以下不属于化石燃料的是 （填序号）
① 天然气 ② 石油
③ 酒精 ④ 煤
（3）我市从4月1号起所有机动车都要进行尾气检测，其中包括PM2.5的检测。汽油燃烧产生的颗粒物主要是 ，这是汽油 燃烧产生的。
（4） 下列关于PM2.5的说法错误的是 （填序号）。
① 燃放烟花爆竹会产生PM2.5；
② PM2.5是造成灰霾天气的“元凶”之一
（下转第63页）
（上接第64页）
③ PM2.5的颗粒大小与分子大小差不多；
④ PM2.5专用口罩使用了活性炭，是利用了活性炭的吸附性。
⑤ 除了对汽车尾气的检测，还有哪些措施对PM2.5的治理能起到积极作用，请举两例：
； 。
解析 本题容易出错的地方是不知道PM 2.5是什么意思，通过阅读认识PM 2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，是小型的可吸入颗粒物，对人体健康和空气质量的影响很大。可以通过植树造林，减少扬尘污染源等手段有效控制。
答案 （1） ①③④ （2） ③ （3） 碳 不完全（4） ③ （5） 减少火力发电，提倡使用水能、太阳能发电；积极植树造林，防治扬尘污染（从减少化石燃料的燃烧，使用清洁能源、植树造林控制扬尘、工业废气处理后再排放等方面回答均可）。
三、 有关绿色化学、节能减排、世界环境日等的考查
通过化学的学习不仅要能初步认识化学与环境的关系，同时逐步树立科学发展观，领悟科学探究的方法，增强对自然和社会的责任感，在实践中不断培养学生的创新意识，使其在面临和处理与化学有关的社会问题时能做出更理智、更科学的思考和判断。
例4 “绿色化学”要求从根本上减少或杜绝污染。下列做法中符合绿色化学理念的是（ ）
A. 实验中未说明药品用量时，取用较多量药品
进行实验
B. 实验室将废液直接倒入下水道
C. 对废旧电池作深埋处理，消除其污染
D. 化工生产中使原料尽可能地转化为产品
例题5 （2012·陕西）2012年“世界环境日”中国主题为“绿色消费，你行动了吗？”，这一主题旨在强调绿色消费，节约资源，保护生态环境。下面做法不符合这一主题的是（ ）
A. 大量使用农药化肥，提高农作物产量
B. 工业废水处理达标后排放，防止水体污染
C. 限制使用塑料购物袋，减少白色污染
D. 推广利用太阳能、风能，缓解温室效应
电化学分析范文3
关键词：初中生；化学；问卷调查；原因；对策
中国分类号：G633.8
初中化学从零开始，既要帮助毫无化学概念的学生打好基础，又要为高中知识做好衔接，同时还要保障学生的中考过关。时间紧、任务重。在教学实践中，发现在上学期期中考试之后，学生的成绩就会出现分化。因此笔者对2014届的学生做了一次问卷调查。然后随机抽取了三个班的问卷分析，以下是调查结果。
1 调查结果
一、请将你的想法告诉我们：
1、 你对所学化学课程感兴趣吗？A不感兴趣 B 感兴趣 C 说不清楚
2、 你认为学习化学是一件？ A 高兴的事B 讨厌的事 C 不得不做的事
3、 上课老师提问时你会？ A 低头，不和老师的眼神交汇B 只要不点到自己， 从不主动回答C 有时举手回答
4、 在课堂上，参加一些实验操作活动吗？A 经常参加 B偶尔参加C 从没参加过
5、 怎样评价你再化学学习方面的能力？ A 一般B 较高C 较差
6、 你喜欢什么类型的化学教学？ A 老师直接讲解B 小组合作探究 C 自己独立思考探究
7、 遇到比较复杂的化学问题你会？ A 动手操作B 自己思考C 置之不理
8、 有课前预习的习惯吗？ A 经常有B 偶尔有 C 几乎没有
9、 当自己的想法与老师、书本不一样时？A 大胆质疑B打消想法，服从老师C 与同学探究
10、在课堂教学中，你提出自己的疑问吗？A 从不提问B 经常提问C 偶尔提问
11、你课外，每天花在化学学科所用时间？A 30分钟B 30-60分钟C 1个小时
二、写出你的真实想法
1、在前四个单元中你最喜欢哪个单元？理由？
41.7喜欢第一单元走进化学世界，简单，可以做实验
47.9喜欢第二单元我们周围的空气，可以做实验，现象直观
10.4喜欢第四单元自然界的水，生活中比较熟悉水，可以做实验
2、到目前为止，你最喜欢你任课老师的哪一节化学课，理由？
66.7喜欢第二单元课题二氧气，有实验 22.6喜欢第一单元，简单
10.7其他
3、到目前的测验中，你最少的一次是多少分？
50分以上：12.5 40分以上：22.5 30分以上：27.5 20分以上：30 其他：7.5其中36分及格，及格：47.5 不及格：52.5
4、学完第四单元，你能写出常见的化学式吗？上册课本中的化学式你能自己读出吗？化学专业用语你迷惑吗？
能写出：92.9 不能写出：7.1 能读出：90.5 不能读出：9.5
迷惑：45.2 不迷惑：54.8
对于此次结果，经过认真的研究和分析。发现了一些原因及相应的对策。
2 分化的原因
2.1 教材的原因
初中教材面对的是零基础的学生，前两个单元内容较为简单，从空气入手，配合实验，学生学习较为轻松。超过40的学生选择自学。第三单元开始，内容从宏观转向微观，增加了难度，缺少能让学生直观体验的实验，降低了学习兴趣。可自学的学生降低到了20。第四单元，出现生活中常见的水和实验，学生的兴趣又重新被调动，但已经不能很好的从微观去理解。到了化学式与化合价，有近一半的学生表现出迷惑。可自学的学生更是降低到了10。
2.2学生的原因
学生学习自主性较差，习惯于依赖老师，忽视总结反思。上课时只关注实验现象，忽视知识的学习，对知识理解不透。有的学生觉得化学分值较低，轻视了化学的学习，有的学生受到社会不良习气的影响，不重视学习。因此在期中考试之后，及格的人数47.5，不及格占到了52.5，出现分化。
2.3教师的原因
初中化学的教学时间只有一年，中考压力大，造成教师在教学上侧重抓进度，背知识，忽视对能力的培养，为了与高中知识能很好衔接，容易过度拓展教材，挫伤了大多数学生的学习积极性，使其产生厌学情绪。
2.4.硬件原因
由于多媒体教室的有限，造成教学手段单一，限制了学生思维的发展。在调查中超过60的学生喜欢有实验且最好能自己动手操作的课。但由于硬件条件缺乏，学生真正接触实验仪器的机会很少。很大程度上也降低了学生的学习积极性。
3 对策
教学过程是师生双向互动过程，为了避免学生过早的出现分化，笔者结合此次问卷和多年的教学实践，觉得应力求做到以下几点：
3.1教学手段充分利用现代信息技术
充分的利用现代教育技术去组织教学，把学生难理解的内容用动画的形式去展现，结合丰富的网络资源更新自己的教法。
3.2转变观念、更新教法
从生活入手，在教学中把知识融入生活实际。比如生活中切开的苹果很快变黄是因为被氧化等。结合自身特点安排教学，比如元素符号和化学式的书写提前写出一部分给学生，分散难点。在教学方法上要形式多变，比如化合价的记忆和使用可以利用口诀和小组比赛的方式，既降低难度又激发兴趣。
3.3循序渐进，不随意拓展
初中教材基础知识内容少、理论性不强，有很多知识点比如化合价在中考中已经被弱化，但高中用到较多。如果只顾及中考，学生到高中会造成脱节，但如果过度拓展，会加重学生负担。所以在教学上要循序渐进，由易到难，不过度拓展。
3.4注重在课堂中对学生能力的培养
在教学过程中，应注意培养学生用化学思维分析问题、科学探究能力等。充分利用启发探究式教学，给学生更多的时间和空间去思考和理解，在教学活动中，尽量保证每一位学生都能参与进来，不仅学到知识也会操作应用。
3.5精简习题，保证效率
九年级课业重时间短，超过80的学生选择了花费时间不超过半小时。老师课前帮助学生整理习题。课后的习题，是对知识点科学、合理、有效的加以应用，应当堂完成。其他的习题合理删减，学生肯定不会做错的题目精简一部分，综合性题选择不是拓展太深的让学生完成，拓展过宽的让学生选做。平时的练习中，把学生的易错点归纳整理，集中训练。降低学生负担，提高效率。
综上所述，教师应不断加强对自身业务的学习，善于整合各种教学资源，多站在学生的角度，在教学中让学生多接触实验，注重学生能力和化学思维的培养，把化学与生活结合，让化学从生活走进课堂，进而走入学生的内心，就一定能降低这个分化点。
参考文献：
[1]义务教育教科书.教师教学用书[M].北京：人民教育出版社，2012..
[2]赞可夫.和教师的谈话[M].教育科学出版社，2000
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电化学分析范文4
一、技术基础的共同点
机电一体化技术系统一般由机械本体、传感检测、执行机构、控制及信息处理、动力系统等五部分组成。而电梯可以分为系统即曳引系统、导向系统、轿厢系统、门系统、平衡系统、电力拖动系统、电气控制系统和安全保护系统。两者的相关技术基础是相同的，有机械技术、传感技术、接口技术、伺服驱动技术及信息处理技术和自动控制技术。因此，电梯作为《机电一体化技术》一体化教学项目有着共同的技术基础。
二、教学侧重的不同点
《机电一体化技术》课程作为机电类专业学生的专业课程在各大本专科院校均有开设。是本科机械设计制造及其自动化、高职机电一体化专业的必修课程，开设范围广。课程旨在让学生了解相关技术的基础上学习系统论、信息论和控制论三大理论体系，掌握机电一体化产品的系统设计能力和系统分析的能力。然而，从解决电梯人才缺口而对电梯的学习的教学计划来看，我们需要让学生了解电梯的结构与各大功能系统的同时，还要掌握电梯日常运行的维护和管理的相关知识。为此，在侧重点上有所不同，为此对于课程的设置上带来了一定的困难，所以要有所取舍。
三、解决方案的探讨
首先，技术对应。现行的专业教材上多用CNC机床（计算机数控机床）作为教学的案例，其优点在于CNC机床是典型的机电一体化产品。满足《机电一体化技术》中所提及的技术基础及功能要素。从技术基础来看，《机电一体化技术》所讨论的技术基础在电梯这个典型的机电一体化设备上都能找到。在这一点上为电梯作为机电一体化技术的教学内容提供了可能。对此，可以将电梯的各大系统和机电一体化技术的组成系统根据技术基础的一致性做一一对应的融合。此外，完整课程体系。介于课程重点在于机电一体化技术，所以课程上必定有一个关于《机电一体化技术》的完整课程体系。课程定位为让学生掌握电梯这种典型的机电一体化产品的系统设计能力和系统分析的能力，通过理论的学习和电梯的动手拆装，让学生通过本课程的学习后达到举一反三的效果。同时尽量加入电梯日常运行的维护和管理的相关知识。
四、课程优点
该种课程的优点有三方面。首先，让更多机电类专业的学生通过学习《机电一体化技术》课程的时候了解电梯，吸引更多优秀的人才继续学习进入电梯这个行业，解决电梯行业人员缺口的问题。其次，将学生熟悉的电梯设备作为教学案例给学生讲述机电一体化技术，能更好地增强学生的学习兴趣。最后，通过电梯各大系统理论知识的拆分和系统技术的学习，学生可以将理论的知识通过对电梯动手的组装和维修得到强化。让学生在学中做、做中学，两门课程最后融合成一门课程，增加了知识的内容，却减少了学习的时间和难度。
五、推广难点
从技术理论上看，电梯和机电一体化技术的技术基础是相通的，但是电梯作为《机电一体化技术》的教学项目在各大高校开展起来还有一定的难度。主要有师资和教学设备两个方面的问题。一方面高校专业教师大多没有电梯行业工作的经验，缺乏专业的团队针对性的进行课程的开发，完整课程开发的难度较大。另外一方面，鉴于电梯行业属于高危行业，普通电梯不太适合教学的使用。为了适应教学的需要，需要建设专业的电梯教学设备，这些技术上和经济上的困难是电梯作为机电一体化教学项目推广困难的关键因素。
六、总结
电化学分析范文5
关键词 变电站接地网；缺陷；诊断方法
中图分类号TM63 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）104-0128-02
0引言
在电力工业发展发展的历程中，在接地网运行过程中的安全问题一直受到生产运行部门的高度重视。变电站接地网不仅为电站内电器设备提供电位参考，还可以起到均衡电压的作用，当电力系统发生故障或遭受雷击时，接地网能迅速的排泄故障电流并快速的将变电站的地电电位升压，以保障工作人员的人身安全和电器设备正常使用。影响变电站接地网安全因素有很多方面，这些因素包括跨步电压、电位分布、接触电势和接地电阻等，除此之外也还会有其他新问题不断出现。
1接地网缺陷的诊断方法
接地网的导体常年埋在地下，由于土壤腐蚀、接电短路或焊接不良及泄漏等原因，极可能会导致接地网接地引线或接地导体的腐蚀或者断裂，甚至会严重影响到接地网的连接性能并且会使接地电阻升高。当电力系统出现接地短路故障，会引起接地网电位异常增加或接地网本身出现局部电位差现象，也可能因为电缆外皮环流损坏设备绝缘能力，一旦高压穿入控制间就会造成检测和控制设备出现问题，造成巨大的损失。随着电子技术的发展，诊断接地网缺陷的方法不断完善，新的诊断缺陷理论也不断产生，其基本的诊断方法有：电磁场分析法、接地网节点分析法、大电流分析法、电化学分析法和其他无损检测法等，对接地网缺陷的诊断方法分析如下。
1.1电磁场分析法
电磁场分析法可以直接利用麦克斯韦方程考虑介质的边界进行模拟，因此可以得到接地网的磁场分布或地表电位分布，然后再通过详细的测量实际电网的磁场分布图或电位分布图，对比之下很轻易的就可以得到局部的磁场或电场变化，获得接地网局部缺陷。电磁场分析法的优点是能分析多个项目，但是计算起来却极为复杂而且测试实现起来也比较复杂，对精确度的控制也比较差。
1.2接地网节点分析法
当前，接地网节点分析法是诊断接地网缺陷研究的热点，其实质就是用电阻法来分析接地网缺陷问题。接地网导体之间的电阻是固定不变的，接地引线和接地网可以看作是整个接地网络系统中的许多节点，通过计算节点电压电阻的变化就可以分析判断出接地网某段导体是否出现腐蚀或出现断裂。接地网接电分析法是把接地网每段导体的电阻当作故障参量，用不同方法建立节点诊断的方程，用线性优化的方法来计算结果，然后与原始数据进行对比获得节点腐蚀情况。接地网节点分析法的测试测试起来非常简单而且概念也很清楚清楚，但是结果分析会受到网格偏移和接地引线故障的影响，精确度不好控制。
1.3大电流分析法
大电流分析法就是给接地网施加大功率功频电流，然后测量接地网以及周边的电位分布，包括通过接触电压、功频接地电阻值、最高位梯度等参数，并且检查接地网和设备接地的连接情况。大电流分析法方法比较成熟、原理清楚，但是如果要用用大电流分析法全面的检查接地网的缺陷问题依然存在很多问题，用大电流法时测量工作十分复杂、需要大量电流还可能要停电。另外大电流法只对多个断点敏感，而且还没有办法反映腐蚀的情况。
1.4电化学分析法
电化学分析法是利用接地导体经过土壤腐蚀产生电化学作用的特点来进行对接地网腐蚀情况进行检测，通过测定土壤环境对接地网接地导体的腐蚀程度或腐蚀速率来评估接地网对腐蚀控制的效果，还可以为优化防护腐蚀提供设计依据。电化学分析有很多检测方法，最基本的检测方法就是测定材料的腐蚀量，对于金属作为接地体的接地网中，电化学绕阻抗法、电位测量法、线性极化法等都可以用于接地网腐蚀检测。电化学分析法可以为预测提供参数并且方法成熟，可以在设备运行情况下进行测量，但是只能获取局部腐蚀数据，分析项目太少。
1.5其他无损检测法
随着社会经济的的发展越来越多的无损检测法被应用在工程建设中，这些无损检测的方法包括涡流检测、探地雷达、超声波监测等，这些监测方法不仅检测迅速，而且广泛应用在电网结构检测当中。但是因为变电站土壤结构多样化且接地网接地结构过于复杂，导致部分无损检测方法不能直接应用于检测。但无损检测方法检测迅速直接，检测结果清楚明了，可惜不足的是可分析项目太少，在对于接地网接地体的检测方面还存在问题，实际应用起来比较困难。
2结论
变电站接地网安全运行对电力系统的可靠性和安全性起着非常重要的作用，应该及时的对变电站接地网缺陷进行诊断分析，并迅速的做出相应防护措施，避免对经济和人身安全造成重大危害。目前，代表接地网性能的参数越来越多，常见的接地网缺陷诊断分析方法不能同时完成对所有接地网缺陷诊断的检测，因此综合检测接地网缺陷的方法将成为接地网缺陷诊断发展的方向之一。
参考文献
[1]何俊佳.接地网故障诊断算法研究综述[J].电气应用，2010（2）.
[2]陈先禄.接地网腐蚀的诊断方法研究[J].高电压技术，2004（6）.
电化学分析范文6
关键词：电化学传感器；环境检测；应用研究
引言
环境问题是现代世界统一关注的问题，在社会经济飞速发展的今天，环境污染问题也越来越严重，给人们的生活、健康、经济都带来深远的影响。电化学分析技术是现代环境污染物以及环境微检测技术中新兴起来的一种技术。目前电化学传感器主要应用在对土壤环境、水体环境中金属离子的检测，对大气环境中二氧化硫、二氧化氮等气体的检测等。
1 电化学传感器的基本原理
电化学传感器是化学传感器的一种，是现代化学分析测定中的一类特殊传感器。主要是利用污染物质在电极表面发生电化学反应，再通过特定的换能器将这种感知信息转换成可识别的，与目标物质浓度变化成比例的电信号被人们识别，从而达到定性或定量的分析检测目标物质的一种仪器设备。
2 电化学传感器在环境检测中的应用
2.1 电化学传感器对重金属离子的检测
目前重金属离子检测方法有光谱法、质谱法、电化学方法等。电化学方法由于测定操做步骤简单、价格低廉而在重金属离子的检测领域发挥着重要作用。华东理工大学的陈晨[1]等人采用丝网印刷技术与模板复杂合成法制备了多孔丝网印刷碳电极，并用铋膜对该电极进行了修饰，实现了对铅和镉两种重金离子的检测，检测限达到0.03ug/L和0.34ug/L。中国农业大学的王志强[2]等人采用导电物质分子导线作为粘合剂，制作了一种新型碳糊电极，并用Nafion膜和锡膜在电极表面进一步修饰，利用该电极对多个农田灌溉水水中的镉离子进行了测定，检测限为0.13ug/L，并把检测结果与原子吸收光谱法测量结果对照，分析表明该传感器具有良好的检测准确性和可靠性。邹绍芳等人研究了重金属化学传感器在海水检测中的应用并研制了用于多元素重金属检测的集成微型传感器用于测定锌、铜、锰、砷、铁、铬等多种元素。Lau等人研究了可以同时检测Pb2+和Cd2+的电化学传感器，该传感器是利用发光二极管（LED）原理设计的，对两种金属离子的检测限都能达到nmol/L。
2.2 电化学传感器对有机污染物的检测
2.2.1 电化学传感器对多环芳烃物质的检测
多环芳香烃类物质（PAH）是一大类有毒有害的污染物质，且有致癌性，水体中的 PAH含量非常低，一般在1×10-9ng/mL范围内，很难检测，这样就需要开发灵敏度较高的检测传感器实现对水体中PAN的检测。Schechter等人发明了光纤光学荧光传感器，这种传感器对（PAH）的检测限可达到 4×10-11μmol/L，对蒽类物质的监测限为5×10-10μmol/L。江南大学梁刚、刘新会[3]教授等通过特定的荧光分子亮度可以大致的分析出蒽的浓度。相对于传统的检测手段精度更高，检测结果容易观察，且节省了检测时间，为后续传感器上敏感元件上特殊材料的使用提供了依据。
2.2.2 电化学传感器对酚类化合物的检测
酚类化合物是一类普遍存在的有机污染物，在体内蓄积可产生细胞毒性，危害人体健康。是一种优先监测的有机污染物。宋伟[4]等人采用电聚合方法制备了可抛型的茜素红―石墨烯修饰丝网印刷电极，并把该电极应用于水中酚类化合物的测定，该修饰电极对对苯二酚和邻苯二酚具有明显的催化作用，检出限分别达4.34×10-6mol/L，3.42×10-6mol；张婷婷等人将有序介孔碳修饰到玻碳电极上构建了电化学传感器，并应用到硝基苯酚异构体以及苯酚衍生物的酸度系数的测定上，检测限分别为0.1、0.08μmol/L。除此之外Zheng[5]课题组采用DNA/多壁碳纳米管（MWCNTs）修饰的玻碳电极，实现对苯酚、甲基酚及儿茶酚等酚类污染物的检测，此种技术的出现标志着检测技术已经到达了分子水平。
2.2.3 对农药残留的检测
农药在农产品的生产、储存过程中以及在危害防治中起着重要的作用。尤其是人口多、耕地面积有限的今天，农药保证了粮食的丰产丰收，满足人们对农副产品的需求等方面发挥着重要的作用，为人类创造了巨大的经济效益。但农药的过度使用造成了对环境的污染，农产品农药残留超标，严重危害着人体健康。薛瑞[6]等人以石墨烯-Nafion复合物作为固相吸附剂，制备用于检测有机磷农药的电化学传感器；张伟龙[7]等人研究了聚苯乙烯磺酸钠功能化石墨烯的新型电化学发光传感器，实现了对抗蚜威、啶虫脒和吡虫啉三种农药的检测，检出限分别为0.667ng/mL，40ng/mL，50ng/mL。
2.2.4 电化学传感器对气体污染物的检测
电化学气体传感器主要是通过观查电流变化来监测气体的浓度和成分的。简家文等[8]采用Pt为电极，YSZ（铂-氧化钇-氧化锆）为氧离子转换器，可以检测1×10-4μmol/L4～1×10-3μmol/L范围的NO。Moon等人采用氧化钨（WO3）的纳米颗粒，对NO2的检测限达到800ppb，达到了对大气检测的要求。
3 展望
电化学传感器技术与以往的传统方法相比具有诸多优势，在环境监测领域的研究应用已经深入到各个角落，但是目前大部分还是处于大量的理论研究过程中，真正到实际应用仍有大量的工作要做。例如，检测气体时需要传感器的微型化；在检测郊野水源水质检验的时候，检测环境和条件难以达到要求；另外，目前大多数电化学传感器一般只能对单一污染物进行研究，缺乏对某一类污染物的系统性研究等等。虽然困难重重，但是随着电化学传感器技术的不断改进与创新，未来依然有希望在相关企业单位的废气排放、污水排放的现场径直检验和郊野环境的动态没有人监控下的实时监测，电化学生物传感器具有环境污染小、样品用量少、对样品损伤程度低能与微制造技术相兼容等特性，使电化学传感器在原位、实时、连续监测等方面拥有巨大的应用潜力和良好的发展前景。
参考文献
[1]陈晨.用于重金属离子检测的电化学传感器的研究[D].上海：华东理工大学，2011.
[2]王志强.农产品及其产地环境中重金属快速检测关键技术研究[D].
北京：中国农业大学，2014.
[3]梁刚，刘新会.电化学DNA生物传感器在检测环境有机污染物中的应用[J].环境化学，2013（7）：88-97.
[4]宋伟.基于纳米材料的可抛式电化学传感器在环境监测中的应用[D].上海：华东理工大学，2011.
[5]Y.Q.ZhengYang，C.Z，W.Helal，Carbon nanotule-based DNA bicisenson for moni-toring phenolic pollutants [J].Microchun Acta，2009，16（1）：21-26.
[6]薛瑞.纳米材料电化学传感界面的构建及农药残留检测应用[D].北京：北京工业大学，2014.
