銀/氯化銀（Ag/AgCl）電極是一種常用的非極化電極，其作用原理基于電化學(xué)反應(yīng)和界面平衡，能夠在電極-電解質(zhì)界面實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電位差，從而準(zhǔn)確檢測(cè)生物電信號(hào)（如腦電EEG、心電ECG等）。以下是其核心原理的詳細(xì)分析：

1. 電極結(jié)構(gòu)與材料

• 組成：電極由金屬銀（Ag）基底和表面覆蓋的氯化銀（AgCl）層構(gòu)成（通常通過(guò)電化學(xué)氧化或粉末燒結(jié)工藝制備）。

• 接觸介質(zhì)：使用時(shí)，電極通過(guò)導(dǎo)電膏（含Cl?的電解質(zhì)）與皮膚接觸，形成電極-電解質(zhì)界面。

2. 電化學(xué)反應(yīng)原理

在電極-電解質(zhì)界面，發(fā)生以下可逆氧化還原反應(yīng)：

• 正向反應(yīng)（氧化）：銀原子失去電子，與溶液中的氯離子結(jié)合生成AgCl。

• 逆向反應(yīng)（還原）：AgCl獲得電子，還原為銀并釋放氯離子。

該反應(yīng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，界面形成穩(wěn)定的半電池電位（即電極電位），其大小由能斯特方程決定：

其中：

• E0E0為標(biāo)準(zhǔn)電極電位（Ag/AgCl在25℃時(shí)為+0.222 V vs. SHE）；

• aCl−aCl−?為溶液中氯離子的活度（濃度）。

關(guān)鍵點(diǎn)：

• 電位穩(wěn)定性依賴于Cl?濃度的恒定（因此需使用含Cl?的導(dǎo)電膏）。

• 反應(yīng)可逆性高，避免極化現(xiàn)象（電荷堆積導(dǎo)致的電位漂移）。

3. 在生物電信號(hào)檢測(cè)中的作用

• 信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制：

  1. 生物電信號(hào)（如神經(jīng)元電活動(dòng)）通過(guò)組織傳導(dǎo)至皮膚表面。

  2. 導(dǎo)電膏中的離子電流在電極-電解質(zhì)界面轉(zhuǎn)換為電子電流（通過(guò)Ag/AgCl反應(yīng)）。

  3. 電極將電子電流傳輸至放大器，完成信號(hào)采集。

• 優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)：

  • 低阻抗：AgCl層多孔結(jié)構(gòu)增大了有效反應(yīng)面積，降低界面阻抗。

  • 快速響應(yīng)：可逆反應(yīng)能即時(shí)跟隨生物電信號(hào)的頻率變化（0.1 Hz~10 kHz）。

  • 抗干擾：穩(wěn)定電位減少運(yùn)動(dòng)偽跡和基線漂移。

4. 極化 vs. 非極化特性

• 非極化電極（如Ag/AgCl）：

  • 允許電流雙向通過(guò)，界面無(wú)電荷積累，電位幾乎不受電流影響。

  • 適合微弱直流或低頻信號(hào)（如EEG的慢波成分）。

• 極化電極（如純金屬電極）：

  • 電流會(huì)導(dǎo)致電荷堆積，產(chǎn)生極化電位，干擾信號(hào)（如不銹鋼電極）。

5. 實(shí)際應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

• 氯離子依賴性：需確保導(dǎo)電膏或電解質(zhì)含Cl?（如KCl凝膠），否則AgCl層可能溶解，導(dǎo)致電位不穩(wěn)定。

• AgCl層維護(hù)：長(zhǎng)期使用后，AgCl層可能損耗，需通過(guò)電化學(xué)方法重新氯化（如通電氧化）。

• 避免光照：AgCl見光易分解，儲(chǔ)存時(shí)需避光。

總結(jié)

Ag/AgCl電極的核心原理是通過(guò)可逆的Ag/AgCl/Cl?氧化還原反應(yīng)，在界面建立穩(wěn)定、低噪聲的電位差，從而將離子電流高效轉(zhuǎn)換為電子電流。其非極化特性、低阻抗和快速響應(yīng)能力，使其成為生物電信號(hào)檢測(cè)的“金標(biāo)準(zhǔn)”電極材料