原标题：Micro-reference Electrodes
摘要
快速、准确地测定溶液中的离子是医学、研究、实验室日常工作以及过程控制中日益增长的需求。便携式化学分析仪的开发取决于传感器的小型化能力。使用伏安法或安培法技术，由于分析物浓度主要与测得的电流有关，因此电势的容忍不确定性仍然相对较大，而测得的电流在某个电势窗口中是相当恒定的。因此，伪参比电极或准参比电极已经成功地应用于伏安和安培微系统。然而，对于电位传感器，零电流电位与分析物离子的活性直接相关。因此，参比电极的电位变化与样品成分的关系必须保持一定较小。人们已经付出了相当大的努力来提高离子选择性电极的性能。因此，具有与宏观 ISE 相当分析性能的小型化 ISE 现在可用于许多离子。然而，离子传感器的真正小型化往往因缺乏合适的微型参比电极而受到阻碍。对微系统维度的理解在文献中有所不同。真微电极的尺寸应约为 1 μm；但是，此维度是指活动区域。电极外壳的尺寸可能大几个数量级。很多时候，术语微型参比电极是指外部尺寸在较低毫米范围内的电极。电极外壳的尺寸可能大几个数量级。很多时候，术语微型参比电极是指外部尺寸在较低毫米范围内的电极。与往常一样，参比电极必须满足三个基本要求：（1） 它应该具有稳定的电位（即电位不应取决于样品溶液的成分），（2） 电位应可逆地建立（即，电位将在小的瞬态扰动后迅速恢复到其平衡值），（3） 电位应该是可重复的（即在构建参比电极时应获得相同的电极电位来自相同的电极/溶液组合;特别是批量生产）。在小型化参比半电池时，主要问题是参比电极必须在多大程度上满足这些基本要求。一方面，在开发低成本的一次性电极时，需要简单的设计和廉价的零部件;不得满足特殊的长期稳定性。另一方面，需要复杂的技术来开发具有更长使用寿命的传感器系统，同时又不降低宏观电极的性能。新技术方法的发展，如厚膜和薄膜技术，支持与平面参比电极的排列。尽管厚膜和薄膜技术已得到很大程度的优化，但必须考虑小型参比电极的特殊问题。因为银对玻璃或 SiO2等基材的粘附力较差，则使用铬或钛的粘合层来提供足够的粘合力。这些胶粘剂层的裸露边缘可能导致混合电位的出现，或者在极端情况下，铬和钛会被氧化，从而导致正电位偏移。来自底层的原子相互扩散对银层的污染也会对电极性能产生致命影响，尤其是在银转化为氯化银的过程中。与宏观参比电极相比，小型化参比电极的使用寿命受到限制，因为 AgCl 在高浓度 Cl− 溶液中的溶解度不可忽略（形成 Ag(I) 的氯络合物）。对于具有只有几百纳米厚的 AgCl 层的电极，这个问题就很严重了。在小型化设备中加入储液罐在技术上并不容易实现。此外，由于小型化，电解液体积大大减少，即使在低泄漏率下，参比电解液的快速污染以及耗尽和干燥也成为限制因素，即尝试小型化第二类宏观参比电极会导致使用寿命严重缩短。此外，参比室内部填充电解液的泄漏会极大地干扰小体积样品中工作电极的响应。为避免含有电解质的凝胶干涸，可以考虑液络部的小型化。但是，参比电解液和样品之间接触区域的小型化也受到限制。通过使用致密的隔膜，可能会出现不稳定的扩散电位。小孔很容易堵塞，并且参比电解液与样品之间的接触会中断。此外，与宏观排列相比，干扰离子（例如样品中的氧化还原系统、银离子的络合剂或与银离子形成难溶化合物的离子）以更快的速度和更高的浓度到达参比电极表面。
介绍
快速、准确地测定溶液中的离子是医学、研究、实验室日常工作以及过程控制中日益增长的需求。便携式化学分析仪的开发取决于传感器的小型化能力。使用伏安法或安培法技术，由于分析物浓度主要与测得的电流有关，因此电势的容忍不确定性仍然相对较大，而测得的电流在某个电势窗口中是相当恒定的。因此，伪参比电极或准参比电极已经成功地应用于伏安和安培微系统。然而，对于电位传感器，零电流电位与分析物离子的活性直接相关。因此，参比电极的电位变化与样品成分的关系必须保持一定较小。人们已经付出了相当大的努力来提高离子选择性电极的性能。因此，具有与宏观 ISE 相当分析性能的小型化 ISE 现在可用于许多离子。然而，离子传感器的真正小型化往往因缺乏合适的微型参比电极而受到阻碍。对微系统维度的理解在文献中有所不同。真微电极的尺寸应约为 1 μm；但是，此维度是指活动区域。电极外壳的尺寸可能大几个数量级。很多时候，术语微型参比电极是指外部尺寸在较低毫米范围内的电极。与往常一样，参比电极必须满足三个基本要求：（1） 它应该具有稳定的电位（即电位不应取决于样品溶液的成分），（2） 电位应可逆地建立（即，电位将在小的瞬态扰动后迅速恢复到其平衡值），（3） 电位应该是可重复的（即在构建参比电极时应获得相同的电极电位来自相同的电极/溶液组合;特别是批量生产）。在小型化参比半电池时，主要问题是参比电极必须在多大程度上满足这些基本要求。一方面，在开发低成本的一次性电极时，需要简单的设计和廉价的零部件;不得满足特殊的长期稳定性。另一方面，需要复杂的技术来开发具有更长使用寿命的传感器系统，同时又不降低宏观电极的性能。新技术方法的发展，如厚膜和薄膜技术，支持与平面参比电极的排列。尽管厚膜和薄膜技术已得到很大程度的优化，但必须考虑小型参比电极的特殊问题。因为银对玻璃或 SiO2等基材的粘附力较差，则使用铬或钛的粘合层来提供足够的粘合力。这些胶粘剂层的裸露边缘可能导致混合电位的出现，或者在极端情况下，铬和钛会被氧化，从而导致正电位偏移。来自底层的原子相互扩散对银层的污染也会对电极性能产生致命影响，尤其是在银转化为氯化银的过程中。与宏观参比电极相比，小型化参比电极的使用寿命受到限制，因为 AgCl 在高浓度 Cl− 溶液中的溶解度不可忽略（形成 Ag(I) 的氯络合物）。对于具有只有几百纳米厚的 AgCl 层的电极，这个问题就很严重了。在小型化设备中加入储液罐在技术上并不容易实现。此外，由于小型化，电解液体积大大减少，即使在低泄漏率下，参比电解液的快速污染以及耗尽和干燥也成为限制因素，即尝试小型化第二类宏观参比电极会导致使用寿命严重缩短。此外，参比室内部填充电解液的泄漏会极大地干扰小体积样品中工作电极的响应。为避免含有电解质的凝胶干涸，可以考虑液络部的小型化。但是，参比电解液和样品之间接触区域的小型化也受到限制。通过使用致密的隔膜，可能会出现不稳定的扩散电位。小孔很容易堵塞，并且参比电解液与样品之间的接触会中断。此外，与宏观排列相比，干扰离子（例如样品中的氧化还原系统、银离子的络合剂或与银离子形成难溶化合物的离子）以更快的速度和更高的浓度到达参比电极表面。
已经发表了许多科学论文和专利，描述了用于特定传感器或传感器阵列布置的集成微参考电极的特殊结构。由于要解决的问题多种多样，因此很难为集成微参考的概念找到一个通用角色。在下文中，将讨论制备小型化参比电极的基本原则、策略和材料。在实践中，用户必须根据需要单独决定参比电极的概念。
二元小型化参比电极的结构
对于圆柱形参比电极的小型化，通常使用直径约为 0.3-0.5 mm 的细银线。通过将电线浸入硝酸 （60%） 中约 30 秒，清洁电线。对于小型平面参比电极，可以使用不同的基材，如硅基材料、陶瓷、玻璃、热封膜或柔性聚酰亚胺膜 （Kapton）。市售的 100 取向硅晶片采用标准程序进行清洁（例如，用含氟溶液清洗并用去离子水冲洗）。清洁和干燥后，表面被氧化。Kapton 材料通过一系列溶剂冲洗，然后在氧-氩等离子体中进行干蚀处理来清洁。由于 Kapton 材料的柔韧性通常会在进一步的结构化过程中带来许多困难，因此建议在电极制造过程中使用硬硅片作为支撑。
对于进一步的结构化，可以使用光刻工艺（剥离工艺）或丝网印刷方法（参见第 13 章）。在光刻方法的情况下，可以区分正过程和负过程。在这两种情况下，第一步都是将光敏光刻胶均匀地涂在基材上，例如通过旋涂。将掩模（例如具有铬层结构的石英玻璃板）放置在光刻胶上，并且仅在玻璃板上没有铬的地方用紫外线照射晶圆。在正过程的情况下，照射区域的光刻胶在下一步中溶解。在负处理的情况下，照射区域留在晶圆上，而其他区域在下一步中溶解。金属层可以通过电子枪依次蒸发。为了避免钛和铬的腐蚀，边缘由疏水性聚合物保护。一层薄薄的 Pt 或 Pd 可用作 Ti 和 Ag 之间的扩散屏障。最后一步是将光刻胶与覆盖金属一起剥离。丝网印刷的主要优点是，在掩模的帮助下，浆料可以直接沉积在基材上，即它不像光刻工艺那样耗时。
在许多情况下，当参比电极不需要表现出指定的和热力学确定的电位时，传统的参比电极被伪参比电极取代。这些可以是 （1） 最简单的形式，Au、Ag 或 Pt 的金属丝（或层）（参见图 11.1），或 （2） 以更复杂的形式，Ag-salt 覆盖的 Ag 电极；然而，缺乏通常的盐储层（例如 KCl）和盐桥，因此无法获得完整且热力学控制的可逆参比电极。金属层可以通过光刻工艺或丝网印刷方法（参见上文）进行沉积。这种微伪参比电极是伏安法和安培分析系统的一部分，可在市场上买到。
伪参比电极优选用于在明确定义的条件下运行的小型化芯片实验室系统（μTAS = 微总分析系统）。Ag/AgCl 参比系统是采用微加工技术最容易生产的平面微参比电极。薄膜 Ag/AgCl 元素的基本结构由沉积和图案化在介电基板上的银层和粘合剂中间金属层组成，然后进行化学或电化学氯化。可以进行化学氯化，例如在 0.05 M FeCl3中解决方案。电化学氯化可以在含有 0.1 mol L-1盐酸的溶液中通过施加 1.0 V 的恒定电压或恒定电流进行。使用微安级的恒定电流可以获得最佳效果。通过将含Ag/AgCl的浆料丝网印刷到适当的基板（如结构硅片或聚酯箔）上，可以获得50微米到几百微米之间的相当厚的薄膜。 含银或银/氯化银混合物的聚合物基浆料在市场上有售。
Bratten等研究了半导体加工技术在制造亚纳升体积电化学测量设备中的应用：集成的微Ag/AgCl参比电极导致伏安图越来越失真，而类似的Ag/AgI参比电极应该在几个小时内不变形且稳定。Ag/AgBr 伪参比电极被描述为微型氧传感器的组成部分。
Zhang等描述了用于伏安法测量的集成银/氯化银参比电极的碳纤维微电极。碳纤维微电极被密封在玻璃毛细管中。该毛细管通过溅射程序涂有一层薄薄的银膜。然后通过电化学方式将顶层转化为 AgCl（参见图11.2）。
为了应对 AgCl 的溶解，已经遵循了不同的策略：
（一）通过电沉积（将厚银层电镀到适当的基材上）或丝网印刷使银和氯化银层非常厚。Ag/AgCl 准参比电极的寿命还取决于银层向 AgCl 的转化程度。只有当 10-30% 的转化率时，AgCl 层的粘附效果最好。
（二）使用含 Cl− 的稀电解质溶液。
（三）用保护层覆盖 Ag 层，以便从 Ag 到 AgCl 的转化从边缘开始，并且 Ag/AgCl 垂直夹在基层和保护层之间。为避免溶液与贱金属接触，提出了一种特殊的结构，如图 1.13 所示。
（四）用多孔聚合物（如Nafion、聚氨酯或用PVC或聚（丙烯酸正丁酯）覆盖的导电聚合物的组合覆盖整个表面。 Schnakenberg使用应用蒸发技术的 Ag/AgCl/Ag 和光敏 polyHEMA（甲基丙烯酸羟乙酯）层的组合来防止分析物中氯化物浓度的变化。Cosofret 等人成功地将 p-HEMA 覆盖的 Ag/AgCl 层用作柔性聚酰亚胺衬底 （Kapton） 上的微加工传感器阵列中的参比电极，用于测量跳动心脏。Bakker 建议基于疏水性聚合物的无液络部参比电极可能起作用，因为膜材料是微孔的，本身充当液络部。然而，涂层会产生额外的界面电位，这些介电位会根据离子环境而变化，或者通过阻断交换电流使电极电位更加波动。
在使用微电极阵列进行电位测量的情况下，建议使用“完整的微参考电极”。此处使用的术语“完整的微参比电极”是指由与传统大电极相同的部件组成的参比电极。它们的工作原理与后者基本相同。主要区别在于大小。针型参比电极经常用于小型化。Ag/AgCl 系统（或类似系统）位于尺寸为毫米级的毛细管中。毛细管的一端变薄，孔口容纳液络部。市售的完整参比微电极具有末端外径为 1-2 mm 的毛细管。液络部由陶瓷熔块或纤维实现。Kitade 及其同事描述了一种真正的微型参比电极。他们使用市售的 Femtotip® 毛细管作为电极体。这种吸头具有外径为 1 μm 的毛细管，通常用于显微注射到贴壁细胞和悬浮细胞中。尖端填充有 KCl 琼脂凝胶以实现液体连接。银线的裸露部分必须用聚苯乙烯膜覆盖，以避免内部电解质溶液和裸露银线之间产生任何额外的电位。
Hassel 等人在玻璃毛细管中使用相同的配置（见图11.4）。这种超微量参比电极的问题在于，电位会受到电磁干扰的强烈影响。因此，需要在电极和电位计之间使用屏蔽线。主要缺点是电极在制造后仅能保持功能 7 天，并且仅适用于一次性使用。内部电解质溶液的泄漏、通过琼脂糖凝胶从电解质储液罐中干燥以及氯化银层的溶解可能是电极寿命短的原因。然而，重现性非常高，与宏观参比电极的差异几乎为零。当然，这种超薄玻璃毛细管非常脆弱。
更有前途的应用是平面微参比电极。平面微型参比电极的基本结构与准参比电极相同。此外，将使用含有电解质（主要是氯化钾）的储液槽或含有电解质的膜。第二种传统参比电极的缩小尺寸限制在于，参比电解液体积的小型化会导致使用寿命缩短，因为参比电解液的流出以及测量电解液的渗透会非常迅速地改变参比电解液的浓度。为了解决这个问题，一些作者使用了含有氯化钾的凝胶，如 KCl-琼脂糖。这些电极表现出良好的重现性，对 pH 变化和氯离子浓度的差异不敏感，但没有说明电极的储存。问题是琼脂糖凝胶在储存过程中会变干；因此，此类电极仅在制备后立即用于实验室。其他作者使用掺杂了 KCl 的聚丙烯酰胺水凝胶作为内部电解质。固体 KCl 在参比电解液体积中的沉积可以延长参比室的使用寿命，但由于盐的溶解性，储液罐很快就会耗尽。
Yee提出了一种带有微机械硅腔的微型液接参比电极。电极主要由四部分组成：（1）一个硅基腔与两个侧通道的组合，（2）一层作为离子交换膜的 Corning 7930 多孔玻璃，（3） 一层作为后盖的 Corning 7740 玻璃，以及（4）Ag/AgCl 丝。该腔体是使用 SiO2从硅晶片的两侧进行各向异性蚀刻形成的，作为掩模材料和标准硅蚀刻工艺。腔体的体积可以通过硅晶片的厚度和 SiO2的后开口来控制面具。腔体形成后，后盖 Corning 7740 玻璃与硅进行静电粘合。然后，使用环氧树脂覆盖电极的前端 Corning 7930 多孔玻璃。通过将多孔玻璃侧与真空泵连接并将电解质溶液注入两个侧通道之一，腔体中充满饱和的 KCl 溶液。细银丝经过电化学氯化，然后从另一个侧通道插入。最后，使用环氧树脂封闭两个通道。小型化电极显示出具有不同前开口区域的电极之间的偏移；即，这种小型化参比电极的可重复性似乎是一个问题。电极在 1 M KCl 中显示出 0.25 mV h-1 的电位漂移，表明 Cl-离子从电极腔中扩散出来。Suzuki提出了类似的方法（参见图11.5）。这种电极的使用寿命可以延长到 100 小时，电位波动为 ±1 mV。
Mroz描述了一种基于 Ag/AgCl 系统的一次性参比电极，没有隔膜（见图11.6）。内部电解质溶液封闭在玻璃纤维过滤介质中，提供有限的泄漏。电极是通过在热封膜上沉积 Ag/AgCl 丝网印刷油墨来生产的。将玻璃纤维过滤介质放置在导线上，将第二片放在顶部，然后将三层层压在一起。通过将电极浸入 3 M KCl 中来填充滤纸。填充是自发的，由毛细管力引起。为了与被测溶液接触，将在测量前切断电极的下部。中等浓度的 KCl 和 NaCl 以及 3 至 11 范围内的测试溶液的 pH 值对一次性参比电极电位的影响非常小。电极的电位足够稳定至少 1 天，漂移约为 0.5 mV/h。
克服隔膜小型化问题的另一种方法是使用含盐的聚合物，如聚醋酸乙烯酯、季铵盐聚氯甲基苯乙烯、PVC 或 pHEMA。Kinlen设计的参比电极涉及用含氯离子的聚合物（例如三乙胺四分化聚氯甲基苯乙烯）涂覆银-氯化银表面。在这里，氯离子被 Nafion 封装在聚合物层内。退火后，Nafion 阳离子选择性膜有效阻止氯离子扩散到测试溶液，并在 Ag/AgCl 表面保持恒定的氯离子活性。
Koudelka推出了一种平面双电极氧传感器，该传感器具有平面 Ag/AgCl/Cl− 参比电极，内部电解质为水凝胶（图 1）。电极在室温下通过聚合覆盖聚（2-羟乙基甲基丙烯酸酯），pHEMA。聚合后，将 pHEMA 浸泡在含有氯化钾的电解质溶液中。最后，整个传感器用硅橡胶（50 μm） 覆盖，以稳定吸水后脆弱的 pHEMA 层。
作者指出，对于几天的连续测试，参比电位在 10 mV 范围内是稳定且可重现的。为避免含有KCl的凝胶变干，建议用聚合物（如硅胶、PVC、Nafion、硝酸纤维素或薄保护膜的组合）覆盖凝胶。Tymecki 提出了一种通过丝网印刷在柔性聚酯箔上制造平面 Ag/AgCl/KCl 参比电极的方法。使用以下结构获得了最佳结果：（1）掺杂 KCl 的保护膏（高度疏水的膏，通常用于保护层的丝网印刷），（2） Ag/AgCl 浆料，（3） 掺杂 KCl 的保护浆料和 （4） 带有小孔的未改性保护浆料，以使 KCl 与溶液之间有接触（另见第 13 章).在这里，水渗透和电解液泄漏的过程相对较慢。这种电极在 10 天的时间范围内显示出可接受的稳定性。此外，重现性也相当好（八个电极的 sd = 4.1 mV）。电极可以在环境条件下储存至少 9 个月。
Mamińska 及其同事提出了一种小型化参比电极，该电极由平面 Ag/AgCl层组成，该层覆盖着含有离子液体（1-十二烷基-3-甲基咪唑氯化物，IL）的 PVC 膜。含有添加剂的膜提供具有恒定氯化物浓度和恒定电位的内部固体电解质。这种电极的可重复性是可以接受的（在 10 mV 以内）。寿命取决于 IL 的数量，可以达到近 2 个月。柿内描述了用含有离子液体1-甲基-3-辛基咪唑鎓双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺的凝胶AgCl直接覆盖Ag/AgCl丝。离子液体起到盐桥的作用。问题是 IL 可能会从膜部分浸出到测试溶液中。
R(E)FETs
ISFET 是从半导体器件的制造技术发展而来的，是电位测量中使用的一种重要传感器器件。主要优点是体积极小、固态结构和制造多离子传感器的能力。30 多年前，已经提出了使用差分排列的方法，即将离子敏感和离子不敏感结构集成在一起，后者用作参考元件 （R(E)FET）。主要问题是 R(E)FET 所需的半导体改性表面也并不总是与测试溶液处于热力学平衡，并且可能对侵蚀性或干扰性溶解物质或未充分表征的老化现象敏感。
Comte 和 Janata [39] 是第一个使用改进的 pH-ISFET 作为参考场效应晶体管 （R（E）FET） 的人。在参比门的膜上构建一个充满缓冲琼脂糖凝胶的小隔室，并通过玻璃毛细管与样品溶液连接（见图11.8）。
使用氟化物敏感的 ISFET（一种含有 CaF 的储液槽）采用类似的方法2Lisdat 和 Moritz建议使用聚合物膜（纤维素-2,4-乙酸酯）作为与氟化物敏感 ISFET 的差异排列中的参考室，以确定氟化物浓度。乍一看，这个概念似乎相当有前途。然而，由于使用寿命有限、小型化限制和相当复杂的制备，它没有得到认可。
更有前途的似乎是通过真空沉积、离子束溅射和等离子聚合在ISFET栅极表面涂覆疏水、绝缘和离子阻挡膜，化学接枝脂肪族链，共价锚定光聚合形成的离子阻挡聚合物膜，涂覆双层等。Oyama提出了一种 R（E）FET，其栅极涂有两种双层态的聚合物薄膜。内层是电活性电聚合聚（p，p′-双酚）膜，外层是通过紫外线辐射使光敏聚酰亚胺前体自由基聚合制备的聚酰亚胺膜。在恒定浓度的 NaClO 下，双层薄膜包被的 R（E）FET 对 Cl− 离子几乎不敏感。内膜中电活性位点的浓度非常高（约为 1 M），因此预计薄膜中的氧化还原电偶决定了电极表面的电位水平，即内膜被认为具有“内部”标准溶液的作用。在连续测量 11 h 期间，参比电极的漂移在 0.2 mV 以内。Tahara报道了 R（E）FET，即 pH-ISFET 的栅极绝缘体直接涂有浸泡有氯化钾的等离子体聚合苯乙烯薄膜（参见图11.9）。
该膜可防止位于栅极绝缘体和电解质之间的界面电位变化，使其不受溶解在样品溶液中的离子种类和活性的影响。薄膜的特殊结构表明，氯化钾溶液紧紧地固定在薄膜表面，起到盐桥的作用。Matsuo提出了一种聚对二甲苯栅极 ISFET 作为参比电极。聚对二甲苯膜是一种几乎疏水和离子阻挡的膜，聚对二甲苯栅 ISFET 表现出非常低的 pH 敏感性，对钠离子或氯离子等其他离子的敏感性可以忽略不计。作者通过将位点结合模型应用于电解质-绝缘体界面，并通过栅极容量（场效应）考虑电解质中的电荷与半导体表面中的电荷之间的相互作用，从理论上分析了电解质-绝缘体-半导体系统。从结果中，他们得出了参考 ISFET 参数的必要条件，即绝缘体的低解离位点密度与半导体电荷密度之间的关系，这将使绝缘体的表面电位恒定。
总而言之，可以说已经进行了很多尝试来创建 REFETS，但到目前为止还没有长期稳定可靠的设备成功。此外，理论解释是相反的。
Yoon等提出了一种基于液络部聚合物膜的参比电极系统，用于在流动条件下进行血液分析。他们使用硅晶片和陶瓷基板制造了带有集成参比电极的离子选择传感器。氯化银层涂有基于芳香族聚氨酯（PU 40 膜）的膜，其中含有等摩尔量的阴极和阳极亲脂性添加剂（TDMACl 和 KTpClPB）以降低电阻。陶瓷基传感器是通过丝网印刷方法制造的。两种参比电极在具有不同 pH 值和不同临床相关离子浓度的各种电解质溶液中均显示出相当稳定的电位，前提是溶液的离子强度超过 0.01 M。基于陶瓷芯片的集成 ISE 卡式瓶可以连续使用一周。
Anastasova等描述了基于导电聚合物和掺杂亲脂性电解质的传统增塑PVC膜的固体接触参比电极。在这里，Au/PEDOT、TBA-TBB、o-NPOE 和 PVC 是笔状多传感器探头（直径 13 毫米，带有七个集成电极，每个电极的直径为 1 毫米）的部件。由于表面离子交换过程的动力学阻碍，响应时间约为 2 分钟；电极表现出良好的长期稳定性，3 个月后响应无显著偏差。
在 Nagy 等人建议的方法中，参考信号将由两个独立的电极产生，这两个电极由分别覆盖有阴离子和阳离子导电膜的 Ag/AgCl 层组成。电极通过电阻器并联，并根据 Nernst 方程对溶液中的一价阳离子和阴离子产生本质响应。然后，得到的 EMF 几乎与样品浓度变化无关。这种方法有许多缺点（例如，测得的电位会随着样品电解质性质的变化而变化）。
Lee 提出了将聚合物膜直接沉积在金属表面的参比电极。聚合物膜包含阴离子和阳离子交换位点（即四（对氯苯基）硼酸钾和十三烷基甲基氯化铵）。聚氨酯与聚（四亚甲基醚二醇）（PTMEG）结合获得最佳结果。
Dumschat建议使用含有高氯酸盐敏感膜的参比电极（见图11.10）。
将银触点沉积在玻璃基板上，并覆盖高氯酸盐敏感膜。电解质腔充满含高氯酸钾的凝胶，与样品溶液的接触面积很小。这种电极的使用寿命比含氯化钾的同类电极长，因为氯化钾的溶解度高于高氯酸钾。相同的概念可用于由高氯酸盐敏感膜与固体高氯酸钾和 CaSO 的混合物接触组成的 REFET4·2H2O 并覆盖有聚乙烯/聚酯薄膜。薄膜上的一个小孔用作液络部。
一个有趣的替代方案是由 Diekmann 及其同事开发的一次性电极。在这里，超细纤维基质（例如滤纸）填充了氧化还原电解质溶液。石墨用作条状导体。滤纸用热封膜层压。为了填充滤纸，切下一小条，将电极浸入含有 KCl 和 K 等摩尔混合物的溶液中[Fe(CN)6] 和 K3[Fe(CN)6] 在氮气气氛中。为了存放电极，必须关闭开口。当然，这种电极的使用寿命非常短（2 天），并且由于 K 的氧化，储存会显得很复杂[Fe(CN)6]带 O2以及从内溶液中干燥。此外，还必须考虑温度依赖性和其他氧化还原系统的影响。然而，由于制备简单且成本低，因此它是一种有趣的实验室使用方法。
结论
为开发可靠的微参考系统，人们付出了相当大的努力。因此，已经提出了不同的策略来构建微参考隔室，主要用于研究实验室的短时测量或一次性设备。然而，到目前为止，微参比电极长期稳定性的主要问题仍未得到令人满意的解决。全固态参比电极的开发仍处于早期阶段，需要基础研究以增加固态电极电化学过程领域的知识。主要问题是，从理论角度来看，是否真的有可能在微米尺度上创建一个可靠的参考系统。
来源：Kahlert, H. (2013). Micro-reference Electrodes. In: Inzelt, G., Lewenstam, A., Scholz, F. (eds) Handbook of Reference Electrodes. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-36188-3_11