[发明专利]一种微生物电化学分析装置及其分析方法

权利要求书

1.一种微生物电化学分析装置，其特征在于，所述装置包括密封的电解池腔体、工作电极、参比电极和对电极、空气阴极；

所述空气阴极设置于电解池腔体的其中一侧；

所述参比电极、工作电极和对电极依次设置在所述电解池腔体顶部，其中所述参比电极的位置靠近设置有空气阴极的电解池腔体一侧。

2.根据权利要求1所述的微生物电化学分析装置，其特征在于，所述参比电极、工作电极和对电极与电解池腔体均为可拆卸式连接。

3.根据权利要求2所述的微生物电化学分析装置，其特征在于，所述工作电极为微生物电极；

所述微生物电极按照如下方法制备：将导电材料置于接种有电活性微生物的电解液中，将电极材料与空气阴极通过外电阻相连，或控制电极材料的电极电势大于-0.3V，使电活性微生物附着于电极材料表面形成生物膜，最终形成具有稳定电极电势的微生物电极，所述导电材料包含碳布、碳毡、碳纸或石墨片中的任意一种；

所述参比电极为Ag/AgCl电极或者饱和甘汞电极；

所述对电极为铂网电极或铂片电极。

4.根据权利要求1所述的微生物电化学分析装置，其特征在于，所述电解池腔体中的电解液为待测微生物电极的营养液，所述营养液中包含浓度不小于0.1mol/L的磷酸盐缓冲溶液且pH为7-8；

所述营养液还包括1g/L的乙酸钠溶液、0.13g/L的KCl溶液、0.31g/L的NH₄Cl溶液、10mL/L的微量元素溶液和5ml/L的维生素溶液。

5.一种微生物电化学分析方法，其特征在于，利用权利要求1～4任一项所述的微生物电化学分析装置对待测微生物电极进行分析，具体方法如下所示：

将待测微生物电极作为权利要求1～4任一项所述的微生物电化学分析装置中的工作电极，将所述权利要求1～4任一项所述的微生物电化学分析装置置于盛水的容器中，所述容器中的水能够完全淹没所述空气阴极，在200～500rpm转速的搅拌下进行测试，将所述工作电极与电化学工作站的工作电极夹连接、所述参比电极与电化学工作站的参比电极夹连接、所述对电极与电化学工作站的对电极与连接，通过电化学工作站控制工作电极电势由多个循环步组成，使工作电极电势由开路电势向正电位方向递增，直到输出电流不随电极电势增大而出现显著变化，即达到工作电极的极限电流，也可以在极限电流到开路电势的范围内递减，并测定工作电极的输出电流或电势，每一个循环步包含一个恒电位阶段和一个开路阶段，通过循环步的恒电位阶段得到工作电极稳态响应电流随恒电位变化的稳态极化曲线，通过开路阶段得到工作电极欧姆电压降随稳态响应电流变化的欧姆压降曲线。

6.根据权利要求5所述的微生物电化学分析方法，其特征在于，所述稳态响应电流按照如下方法测试：在恒电位阶段测定工作电极输出电流随时间变化的曲线，记为i-t曲线，由i-t曲线中电流达到稳定之后时间段的平均值作为稳态响应电流。

所述恒电位按由开路电势逐渐向正电位方向递增，直到稳态响应电流I不随恒电位E显著变化，即达到极限电流，或者由极限电流向开路电势方向递减变化，获得E-I曲线，即为工作电极的稳态极化曲线。

7.根据权利要求5所述的微生物电化学分析方法，其特征在于，所述欧姆压降曲线按照如下方法测试：在开路阶段测定工作电极电势随时间变化的曲线，记为E-t曲线，E-t曲线快速下降阶段的电势差即为对应循环步恒电位阶段电流引起的欧姆电压降，获得工作电极的欧姆压降曲线。

8.根据权利要求7所述的微生物电化学分析方法，其特征在于，所述欧姆电压降按照如下方法确定：计算E-t曲线的二阶导数，取二阶导数曲线剧烈波动后趋于平稳的初始点作为E-t曲线快速下降阶段的结束点，由开路阶段前的恒电位减去E-t曲线快速下降结束点的电位，得到工作电极的欧姆电压降。