電化學傳感器用來測定目標分子或物質的電學和電化學性質，從而進行定性和定量的分析和測量。電化學傳感器的發(fā)展具有悠久的歷史，它的基本理論和技術發(fā)展與電分析化學密切相關，最早的電化學傳感器可以追溯到20世紀50年代，并隨著微電子和材料加工技術不斷更新而發(fā)展。
1959年，捷克科學家海洛夫斯基發(fā)明伏安分析法而獲諾貝爾化學獎。伏安法之一的極譜法，可以區(qū)分不同價態(tài)的金屬離子或鍵合態(tài)及游離的金屬離子，因此可以對生物利用率和重金屬毒性進行評估，使其成為環(huán)境分析所必須的技術。電極是伏安法儀器的核心部分，因為電極材料的限制，造成靈敏度低、檢測時間長、操作較復雜或重現(xiàn)性差等缺陷，使得伏安法沒有獲得廣泛的應用。
20世紀60年代離子選擇性電極及酶電極相繼問世，電化學傳感器進入了穩(wěn)定發(fā)展時期，在環(huán)境監(jiān)控、醫(yī)藥分析、在線分析等方面獲得廣泛應用。20世紀70年代，科學家利用化學修飾電極，改變電極表面結構以控制電化學過程，標志著電化學傳感器的功能化修飾和控制進入分子水平。
近年來，隨著納米材料科學和微電子技術的快速發(fā)展，新原理、新技術、新材料和新工藝的廣泛采用，傳感器在小型化、微型化、智能化方向得到了日新月異的發(fā)展，具有特殊性能和優(yōu)點的電化學傳感器不斷涌現(xiàn)并進入實際應用。在歐美，伏安法已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的原子吸收法大量應用于醫(yī)藥、生物和環(huán)境分析領域。
目前，采用納米技術，提高電化學傳感器的選擇性、靈敏度和多目標同時測定，成了國內外研究熱點，具體地說，集中在碳納米管和石墨烯傳感器的制備和產(chǎn)業(yè)化。
碳納米管被認為是一種性能優(yōu)異的新型功能材料和結構材料，世界各國均在其制備和應用方面投入大量的研究開發(fā)力量，期望能占領該技術領域的“制高點”。碳納米管傳感器是目前納米傳感器的最重要平臺，在航天、機械、儀器儀表、汽車制造、油氣勘探、電子工程及醫(yī)療器械行業(yè)都有廣泛用途，并已經(jīng)成為相關技術發(fā)展的基礎條件。而石墨烯的出現(xiàn)，要比碳納米管更晚，但在近幾年已經(jīng)超越了碳納米管成為國際新熱點。
納米材料傳感器與電化學儀器的結合之所以成為熱點，主要還是因為在構建物聯(lián)網(wǎng)的成本和運營方面，比光譜類儀器有巨大的優(yōu)勢。隨著新型功能化納米材料的不斷涌現(xiàn)，電化學傳感器的一些缺陷將被克服，并在工農業(yè)、環(huán)境監(jiān)控和醫(yī)療領域展示其應用價值，尤其是在新型的物聯(lián)網(wǎng)建設中，可以應用到生命科學、環(huán)境、健康、國防等眾多領域。
近年來，重金屬污染事故頻發(fā)，造成了嚴重的環(huán)境污染和經(jīng)濟損失。各級政府對重金屬污染的監(jiān)控和治理十分重視。其中，重金屬分析，特別是重金屬污染事故的快速跟蹤監(jiān)測技術，一直是人們關注和研究的課題。
目前檢測重金屬的技術主要有光譜法和電化學法，光譜法包括AAS、ICP-MS、ICP-AES、AFS等;電化學法包括伏安法、極譜法、電位分析法等。這些方法在不同的領域和檢測環(huán)境需求中發(fā)揮各自的優(yōu)勢。電化學傳感器技術屬于電化學法，在重金屬檢測中具有獨特特點和優(yōu)點，包括：
(1)便攜和低成本
隨著微電子技術和納米材料科學的快速發(fā)展，電化學傳感器朝著微型化和智能化發(fā)展，在重金屬檢測中具有便攜和低成本的明顯優(yōu)勢，特別是應對重金屬突發(fā)事故，可以現(xiàn)場進行監(jiān)控，而且其使用和維護成本比較低。
(2)操作簡單、選擇性好、靈敏度高和多元素同時檢測
納米材料，比如碳納米管、金納米顆粒等，處于宏觀體系和微觀體系之間的過渡區(qū)域，是由數(shù)目極少的原子或分子組成的原子群。這一結構特征使納米材料具有獨特的微尺寸效應、表面效應和量子效應，表現(xiàn)出不同于宏觀材料的電化學催化、特殊電子轉移性能等。納米材料在電化學傳感器的廣泛應用，使電化學傳感器在重金屬檢測中具有操作簡單、選擇性好、靈敏度高和多元素同時檢測的優(yōu)點，極大的拓寬其在重金屬離子監(jiān)測的應用范圍，在重金屬痕量分析方法中占有越來越重要的地位。
電化學傳感器具有十分廣闊的市場，僅經(jīng)典的pH傳感器，每年全球的市場近100億美元，另外一種電化學傳感器--血糖儀，其市場規(guī)模也達到50億美元以上。隨著無線技術、微電子技術和納米材料的快速發(fā)展，電化學傳感器在許多領域將獲得前所未有的機會，尤其在環(huán)境監(jiān)控、食品安全和原材料質控等領域將有著極廣泛的應用前景。
國家在“十二五”規(guī)劃發(fā)展期間，環(huán)保設備和監(jiān)控領域的市場達5000億元，并且以每年15%的速度增長?？梢灶A見，利用新技術和新材料，緊密結合中國的市場實際，開發(fā)簡單、實用、自動化、免維護的傳感器，在水質、大氣、工業(yè)過程監(jiān)測和健康監(jiān)控領域將具有十分廣闊的市場。