4.1 网版印刷电极

网版印刷电极是20世纪很重要的一项发明产品，在电分析化学领域中，此项产品改 变了传统抛光电极的实验使用方式，从需要抛光到可抛弃式电极增进了研究速度与 能量。网版印刷技术是利用一具有细微孔洞的网版，将油墨挤压透过网版而印製在 目标载体上，因此可设计印刷特定形状与大小，一般印製的油墨线宽介于100 μm与 数个毫米之间，厚度则最薄约为10 μm。感测器领域中广为应用的产品莫非血糖感测 器不可，其供应着全世界最大的医疗器材市场以协助糖尿病患得以维持健康的身体 状态。除此之外，网版印刷碳电极也被广泛应用开发在生物感测器、环境检测、食 品安全、免疫分析、医药检测及光电产品等领域当中。

• 4.1.1 禅谱科技生产製造网版印刷碳电极

  
  禅谱科技可依据客户需求客製化设计生产多样形式、大小、材质的网版印刷电极， 并且具有良好的品质可让研究人员安心且专心于研究开发，如图所示，碳单电极、 碳三电极、甚至碳多电极、方形电极、扇形电极皆由禅谱科技专为客户量身订製的 网版印刷碳电极，电极表面积的控制、三电极间的距离设定、多电极的空间比例设 计皆是重要的品质因素，因此禅谱科技的多年製造与设计经验可提供使用者完美品 质的网版印刷碳电极。
  
  碳油墨是网版印刷碳电极扮演着核心的角色，其中碳粒的大小与型态、聚合接着剂 的成分与比例及其他重要添加剂接影响印刷品质的好坏，唯有精准地控制比例与严 格的製造要求才能造就出完美的产品。(1)
  

  图2 改变电位与改变电流之向量图




• 4.1.2 网版印刷碳电极的品质表现

  
  如何知道一支网版印刷碳电极是否品质良好是使用者必须知道了解的，其中我们必 须考虑到活性工作电极面积(electroactive surface area of working electrode)、异 质速率常数(heterogeneous rate constant)及氧化还原电位差(peak to peak separation of redox system)等重要性指标。网版印刷碳三电极取代了传统三电极系 统，大大减少了溶液使用量与电极间距控制问题，仅须利用网印技术即可製造出电 极面积一致的三电极系统，可精准控制工作电极与参考电极间的距离、辅助电极面 积控制，完整呈现一黄金比例。
  



• 4.2.3 工作电极活性面积

  
  活性电极面积可藉由Randles-Sevčik方程式计算得出，採用的方法是扫描可逆氧化 还原物质所得到的相关数据进行计算。由文献中得知(1)，他们测试禅谱科技生产的网 版印刷碳电极得到活性面积约为0.035 cm2，(1)活性面积越大，氧化还原讯号越大， 对电化学分析的应用越好，因此各家厂商都以生产高活性面积的网版印刷碳电极为目 标，但必须同时兼顾再现性良好的要求。
  
  

  Ip = (2.65 × 105) n3/2 A C D1/2 υ1/2

  
  
  
  • n 是氧化还原程序中的电子转移数量
  • A 代表工作电极活性面积
  • D 是扩散係数
  • C 是分析物浓度
  • υ 是扫描速率
  
  
  

• 4.1.4异质速率常数 (k0)

  
  异质速率常数可藉由Nicholson方法决定，方程式如下所示，电子转移的标准速率常 数是由氧化还原波峰与频率所决定(1-4)，由文献发表得知，禅谱科技生产的电极其异 质速率常数约为2.5 X 10-4 ，速率常数越大，转移速率越快，因此具有高电子转移速 率。(4)
  
  • 𝛹 是动能参数
  • DO 是赤血盐的扩散係数(7.6×10−6 cm2 s−1)
  • DR 是亚铁氰化钾的扩散係数(6.3×10−6 cm2 s−1)
  • α 是转移係数(0.5)
  • R 是气体常数
  • T 是绝对温度(K)
  • n 是电子转移数
  • F 是法拉第常数
  
  



• 4.1.5 氧化还原电位差(△Ep)

  
  氧化还原电位差可用来计算电子转移数目，一个电子的转移造成的电位差(△Ep )理论 上是59 mV，禅谱科技生产的网版印刷碳电极测试出来的电位差约为116 mV，是一 个良好的可逆系统。但是电位差容易受到接着剂成分与其比例、烘烤製作温度及保 存条件等因素影响，因此精准地控制上述条件是必须的。当电位差约接近时59 mV， 如下页图谱所示，其可逆性越好，因此可依此来判定电极好坏。(1,2)
  
  
  • Epa 是氧化电位
  • Epc 是还原电位
  • n 是电子转移数目



• 4.1.5氧化还原电位差(△Ep)

  
  

• 4.1.6 电极表面官能基

  
  在碳电极表面通常经过处理会形成氧化官能基，不管是电化学预氧化或者是氧电浆 轰击表面皆会产生，处理过后的表面官能基于文献中被发表具有影响工作碳电极的 催化氧化能力，对某些分析物具有特殊的氧化能力与选择性，官能基种类除了碳氢 官能基之外还包含羟基、羰基、醛基、羧酸根等官能基，如下图所示。(1-3)
  
  

• 4.1.7 电极表面的边缘平面结构

  
  根据文献中提到高规则结构的石墨烯表面有两种主要结构，分别是边缘结构(edge plane)与平面结构(basal plane)，两`者的电化学特性大相迳庭，平面结构很稳定，边 缘结构则具有高活性的催化能力。文献发表证实其特殊催化特性，并由拉曼光谱证 明经由电化学预氧化的网版印刷碳电极具有相同的边缘结构并且可以藉由电化学处 理控制其数量，使其产生边缘结构而可以在中性环境中同步侦测DA、UA及AA，如 下图所示，这是一般电极无法做到的。(1-3)
  
  

参考文献

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• 1.Rashid O. Kadara, Norman Jenkinson, Craig E. Banks, Sensors and Actuators B 138 (2009) 556–562
• 2.Morrin, A.J. Killard, M.R. Symth, Anal. Lett. 36 (2003) 2021.,
• 3.Nicholson, R. S. Anal. Chem. 1965, 37(11), 1351
• 4.R.N. Adams, Electrochemistry at Solid Electrodes, Marcel-Dekker, New York, 1969.
• 5.Rashid O. Kadara, Norman Jenkinson, Craig E. Banks, Sensors and Actuators B 138 (2009) 556–562 𝑘0 = 𝛹 𝐷 𝜋𝜈 0
• 6.Joseph Wang, Analytical Electrochemistry 2nd ed., 2000
• 7.Craig E. Banks, Trevor J. Davies, Gregory G. Wildgoose and Richard G. Compton, Chem. Commun., 2005, 829–841
• 8.K. Sudhakara Prasad, Govindan Muthuraman, Jyh-Myng Zen, Electrochemistry Communications 10 (2008) 559–563
• 9.Natarajan Thiyagarajan, Jen-Lin Chang, Krishnan Senthilkumar, Jyh-Myng Zen, Electrochemistry Communications 38 (2014) 86–90