有机磷农药检测电路的设计与实现

　　0　引言

　　有机磷农药化学性质不稳定,在自然界极易分解,污染食品后残留时间较短。所以,慢性中毒较为少见,对人体的危害以急性中毒为主。近年来,用于检测有机磷农药残留的电化学酶传感器越来越引起人们的重视。通过结合酶抑制原理与电化学分析技术,使得检测结果具有较好的可靠性和较高的检测限。为了让电化学酶传感器能在现场进行实际检测,需要开发便于携带和操作的分析仪器系统。由于电化学酶传感器所测的电化学电流信号非常微弱,采集识别很困难,为此,设计了一个利用恒电位仪和仪用放大器所组成的检测电路,有效地将微电流信号放大输出为电压信号,供模数转换芯片进行采集。

　　1　恒电位仪检测原理

　　恒电位仪是电化学测试中一种重要的仪器,其性能直接影响电化学测试结果的准确度。目前,通常采用的测试电路原理如图1所示,三电极体系中能自动补偿溶液中的欧姆电位降(即被测电极之间的溶液电阻)。因此,采用三电极体系能够保持工作电极电位恒定,使得实验的精密度显著提高.

　　三电极工作体系中,工作电极W是虚地的,电压信号施加在参比电极上,从而构成相对于参比电极Ref的工作电极的电位变化。而电流则通过对电极C形成通路。三电极的体系要求参比电极与工作电极的电位差严格的等于输入的控制信号。由于参比电极上具有一定的内阻,所以一般要求参比电极上没有电流流过。所以,AMP1接成电压跟随器,使之具有较高的输入阻抗,从而保证电流不会流入参比电极,导致电压损耗和参比电极的钝化。电压控制信号V1和V2通过加法电路施加到参比电极上。而工作电极上流过的电流通过AMP3进行电流电压转换。其中,参比电极上的电位为

　　对于恒电位仪而言,由于电解池的阻抗特性变化范围非常大,而运放的输出电压有限,所以对于不同的电解池,恒电位仪应该具有不同的灵敏度。所以,在电流电压转换时,往往采用继电器来选择不同的转换电阻,切换不同的灵敏度。由于在测量较小的极化电流时,系统容易引入噪声,所以选用的继电器时触点的接触电阻和噪声电流应尽可能小。

　　2　信号检测与放大电路

　　根据酶电极与待测液体反应的特点,设计了如图2的微弱信号检测电路。电路检测的过程是恒电位电路给酶电极提供一定的工作电压V1,酶电极与待检测液发生化学反应,经过一定的滞后期产生待检测的微弱电流信号。此微弱信号先经过I/V变换放大后变成电压(-10~10 V)信号,最后到A/D转换器进行A/D转换。

　　由酶电极的工作电极(W)输出的微弱电流信号(Iin)输入到运放(AD711)的反向输入端。MUX308是八选一模拟开关。A2、A1、A0 3根地址信号可以选择NO1~NO8中的一路与COM相连,从而控制放大电路的放大倍数。V1是从电位控制电路输入的电压信号(-2·048~2·048 V),精度1 mV.电位控制电路是通过4路12位D /A转换芯片DAC7615完成。