מה אתה יודע על חיישני אלקטרוכימיה

החיישן האלקטרוכימי הוא סוג של חיישן שמשתמש במאפיינים אלקטרוכימיים של החומר הנבדק כדי להמיר כמות כימית לכמות חשמלית עבור תובלה ו手机版.

הסנסורים האלקטרוכימיים הראשונים הופיעו בשנות ה-50, כשהם שימשו לבקרת חמצן. ובשנות ה-80, כשהם שימשו לבקרת מגוון רחב של גזי רעל והראו רגישות ובחירה טובות.

ⅰ. עיקרון פעולתו של הסנזור האלקטרוכימי

הסנסורים האלקטרוכימיים פועלים על ידי התגובה כימית עם הגז שנמדד ויוצרים אות חשמלי פרופורציונלי לקונצנטרציה של הגז. רוב חיישני גזים אלקטרוכימיים יוצרים זרם שהוא פרופורציונלי באופן ליניארי לקונצנטרציה של הגז.

censor חשמלי-כימי פועל כך: מולקולות הגז המטרה שמצטרפות ל-sensor עוברות תחילה דרך סיבוב שמנע התקררות ופועל גם כסינון אבק. לאחר מכן, מולקולות הגז נפוצות דרך צינור קפילרי, אולי דרך סינון נוסף, ואז דרך ממברנה הידרופובית אל פני האלקטרודה החשובה. שם המולקולות מתחמץ או מופחת מיד, מה שמייצר או מאכלס אלקטרונים ומייצר זרם חשמלי.

הערה חשובה היא שכמות המולקולות של הגז שנכנסות לסנזור בדרך זו מוגבלת על ידי התפשטות דרך הקפילרה. על ידי אופטימיזציה של הנתיב, מתקבל אות חשמלי מתאים לפי טווח המדידה הרצוי. תכנון האלקטרודה החושבת הוא חיוני כדי להשיג תגובתיות גבוהה לגז המטרה ולחסום תגובות לא רצויות לגזי הפרעה. זה כולל מערכת בשנייה של שלבים עבור מוצקים, נוזלים וגזיים, וכל אחד מהם כולל זיהוי כימי של גז האנליט. התא האלקטרוכימי מושלם על ידי האלקטרודה הנקראת 'אלקטרודה נגדית', האלקטרודה Cont, אשר מאיזנת את התגובה על האלקטרודה החושבת. הזרם האיוני בין האלקטרודה Cont לאלקטרודה Sen מועבר על ידי הליקוטל בתוכו של גוף הסנזור, בעוד שהנתיב של הזרם מסופק באמצעות חוט שמסתיים במחבר פינים. אלקטרודה שלישית בדרך כלל כלולה בסנזורים אלקטרוכימיים (סנזורים עם שלוש אלקטרודות). אלקטרודה הנקראת 'אלקטרודה מرجع' משמשת כדי לשמור על הפוטנציאל של האלקטרודה החושבת בערך קבוע. לשם כך ובדרך כלל לשימוש בסנזורים אלקטרוכימיים, נדרש מעגל פוטנציאל קבוע.

ⅱ. רכיבים של חיישן אלקטרוכימי

החיישן האלקטרוכימי כולל את ארבעת הרכיבים המפתח הבאים:

1. קרנים נושמות (ידועות גם כקרניים הידרופוביות): קרני אלו משמשות כדי להכסים את האלקטרודות החושות (קטליטיות) ובמקרים מסוימים לשלוט במשקל המולקולרי של הגזים שמגיעים לפני השטח של האלקטרודה. בדרך כלל, הקרניים מופקות מסרטי טפלון עם פורוסיות נמוכה. כאשר הקרניים מועסקות כדי להכסים את האלקטרודות, חיישנים אלו מכונים כחיישנים מחופשים. באופן חלופי, ניתן להשתמש בסרט טפלון עם פורוסיות גבוהה יחד עם קפילארית כדי לשלוט במשקל המולקולרי של הגז שמגיע לפני שטח האלקטרודה. תצורה זו מכונה כחיישן מסוג קפילארי. בנוסף להגנה מכנית על החיישן, הסרט גם פועל כמסנן, מונע חלקיקים לא רצויים. כדי לוודא שהמשקל המולקולרי המתאים של הגז יתיר לעבור, חשוב לבחור את גודל הפתח המתאים הן לקרן והן לקפילארית. גודל הפתח חייב לאפשר מספר מספיק של מולקולות גז להגיע אל האלקטרודה החושה תוך מניעת דליפה או יבוש מהיר של הליקואלכטרוליט.

2. אלקטרודה: חשוב לבחור בזהירות את חומר האלקטרודה. החומר צריך להיות קטליטי, מסוגל לבצע תגובה חצי-אלקטרוליטית לאורך תקופה ארוכה. בדרך כלל, אלקטרודות נוצרות ממתALS יקרים, כמו פלטינה או זהב, שמשתפים פעולה בצורה יעילה עם מולקולות גז דרך קטליזה. בהתאם לתכנון הסנזור, שלוש האלקטרודות עלולות להיבנות מחומרים שונים כדי לאפשר את התגובה האלקטרוליטית.

3. אלקטריט: האלקטריט חייב להיות מסוגל לסייע בתגובות אלקטרוליטיות ולהעביר את המטען האיוני אל האלקטרודה בצורה יעילת. הוא גם חייב ליצור פוטנציאל הפניה יציב עם האלקטרודה הפניה והיותו תאימות עם החומרים המשמשים בתוך הסנזור.ßerdem, התאווה מהירה של האלקטריט יכולה לגרום להחלשות אות הסנזור, מה שאולי יפגע בדוקיו ובאמינותו.

4. פילטרים: מפעם לפעם, פילטרי שטיפה ממוקמים לפני חיישן כדי להיפטר מגזים בלתי רצויים. בחירת הפילטרים מוגבלת, כאשר כל סוג מציג רמת יעילות שונה. פחם פעיל הוא החומר הפילטרי הנפוץ ביותר, המסנן את רוב הכימיקלים, חוץ מהפחמן חד חמצני. על ידי בחירה זהירה של החומר הפילטרי המתאים, חיישנים אלקטרוכימיים מושגים בירוריות גבוהה יותר כלפי הגזים המיועדים להם.

ⅲ. אופן חלוקה של חיישן אלקטרוכימי

ישנן דרכים רבות לחלק את החיישנים האלקטרוכימיים. בהתאם לסוגי אותות הפלט שלהם, הם יכולים להיחלק לחיישני פוטנציאומטר, חיישני אמפרומטר וחיישני קונדוקומטר.

לפי החומרים שנגלה ע"י החיישנים האלקטרוכימיים, ניתן לחלק את החיישנים האלקטרוכימיים בעיקר לחיישני יונים, חיישני גז וביו-חיישנים.

ⅳ. תכונות עיקריות וגורמים המשפיעים

1. רגישות

הגורמים העיקריرئيسיים שמשפהו על החساسות כוללים: פעילות הקטליזטור, דריכה של אוויר, תדמית החשמל של האלקטרוליט והטמפרטורה הסביבתית.

שחזור התגובה

הגורמים principales שמשפהו על מהירות שחזור התגובה הם פעילות הקטליזטור, תדמית החשמל של האלקטרוליט, מבנה מחדר הגז, תכונות הגז וכו'.

בחרות/הפרעה מไขים

הגורמים principales שמשפהו על הבחרות כוללים את סוג הקטליזטור, האלקטרוליט, המתח של הטיה, מסנן וכו'.

חזרתיות/יציבות ארוכת טווח

הגורמים המשפהים על החזרתיות כוללים: יציבות מבנה האלקטרודה, יציבות האלקטרוליט, יציבות מעגל הגז וכו'.

ביצוע, ביצועי טמפרטורה גבוהה ו baja

הגורמים שמשפהו על יציבות טמפרטורה גבוהה ובaja כוללים: פעילות הקטליזטור, יציבות מבנה האלקטרודה ותכונות הגז.

ה. ארבע יישומים עיקריים של חייסנים אלקטרוכימיים

חיישני אלקטרקטוכימיים בשימוש נרחב בתחומי התעשייה והציבור של זיהוי גזים, יכולים לגלות אוזון, פורמלדהיד, מונוקסיד כרבן, אמוניה, דיויד חנקן, דו-חמצן גופרית, דו-חמצן חנקן, חמצן וגזים אחרים, בשימוש נפוץ בכלי מדידה נייד ובכלי שיפוט מעקב מקו-גאז.

1. חיישן לחות

הטמיעה היא מורה חשוב של הסביבה האווירית, יש קשר הדוק בין רמת הטמיעה באוויר לגוף האדם דרך תהליך התאדות. בטמפרטורות גבוהות וטמיעה גבוהה, קשה למים בגוף האדם להתאדים, מה שגורם להרגשה חנוקה. בטמפרטורות נמוכות וטמיעה גבוהה, התהליך של אובדן חום בגוף הוא עז יותר, מה שעשוי לגרום לתלושות ובצורות קפואות. הטמפרטורה המתאימה ביותר לגוף האדם היא 18~22℃, והטמיעה היחסית היא 35%~65% RH. במעקב אחר הסביבה והבריאות, משתמשים בדרך כלל בכלי מדידה כמו תרמומטר-טמיעה עם כדור לח, מד טמיעה ידני וכלי מדידת טמיעה עם אויר מתגלגל כדי לקבוע את רמת הטמיעה באוויר.

בשנים האחרונות, מספר גדול של דיווחים בספרות על שימוש בחושים כדי לקבוע את רמת החמצנות האוויר. קרסוליי חשמל-קואץ' פיאזואלקטריים מוספים שמשתמשים לקביעת רמת החמצנה היחסית מיוצרים לקרסולים קטנים יותר באמצעות טכניקות פוטוליתיוגרפיה וחריטה כימית, וארבעה חומרים מסתכלים על קרסוליי חשמל-קואץ' פיאזואלקטריים מסוג AT בתדר 10 MHz, שיש להם רגישות מסה גבוהה לחמצנה. הקרסל הוא רזונטור במעגל אוסצילציה שבו התדירות משתנה עם המסה, ובבחירת הכיסוי המתאים, ניתן להשתמש בחוש כדי לקבוע את החמצנה היחסית של גזים שונים. רגישות החוש, ישריות התגובה, זמן התגובה, נבחרות, הסטראס והזמן חיים תלויים בטבעו של החומר הכוסה.

2, חוש חנקן אוקסיד

חמצן חנקני הוא מגוון של אוקסידים של חנקן המורכבים מערבוב של גזים, לעתים מתבטאים כ-NOX. בחמצן חנקני, יציבות הכימית של צורות שונות של חמצן חנקן שונה, ובאוויר הן מופרדות לרוב לחנקן חד-חמצני וחנקן דו-חמצני שיציבות הכימית שלהן יחסית יציבה. חשיבותן בהיגיינה נראית להיות חשובה יותר מאשר לצורות אחרות של חמצן חנקן.

באנליזה סביבתית, חמצן אזוטי מתייחס בדרך כלל לאזוט דיאוקסיד. השיטה הסטנדרטית בסין למדידת חומרים חמצוניים היא שיטת הצבעוניות של נפטאלן אטילנדיימין הידרוכלוריד, רגישות השיטה היא 0.25מג/5מ"ל, שיטת מקדם ההמרה מושפעת מהרכב הפתרון האבסורבנטי, ריכוז azt דיאוקסיד, מהירות איסוף הגז, מבנה צינור האבסורבציה, קיום יונים וטמפרטורה וגורמים רבים אחרים, ולא מוחלטת לחלוטין. תובענות סנסור היא שיטה חדשה שהופצה בשנים האחרונות.

3, חיישן גז סולפיד הידרוגן

הידרוגן סולפידי הוא גז חסר צבע, דליק, עם ריח ביצה מרקבת מיוחד, שגורם להפרעות ומציק לגוף האנושי. רוב השיטות משתמשות בקרורימטריה ובכרומטוגרפיה של גזים כדי לקבוע את כמות הידרוגן סולפידי באוויר. קביעת זיהום אוויר של תרכובות שהן לעיתים קרובות בשיעורים נמוכים של מג"ר/מ3 היא אחת מהיישומים העיקריים של חיישני גזים, אך חיישני גזים סמי-מתכתיים אינם יכולים לענות על דרישות החساسות והבחירהיות של מעקב אחר גזי זיהום מסוימים בזמן קצר.

מערך חיישנים של שכבה דקה מופחתת כסף כולל ארבעה חיישנים שמאHIRים בו זמנית את cocncntrations של דו-חמצון גופרית והידרוגן סולפידי באמצעות אנליזה אוניברסלית מבוססת טיטרציה קולומטרית והסיגנלים ממערך חיישני הגז הסמי-מתכתי. התרגול הראה שחיישני שכבה דקה מופחתת כסף שנמשכים בטמפרטורה קבועה של 150 °C הם יעילים למעקב אחרי התכולה של הידרוגן סולפידי באוויר העירוני.

4. חיישן דו-חמצני גופרית

דו-חמצני גופרית הוא אחת החומרים העיקריים שמשכפל את האטמוספירה, והגדרת כמות דו-חמצני הגופרית באוויר היא חלק רגיל מבחינת איכות האוויר. השימוש בחיישנים להערכה של כמות דו-חמצני הגופרית הראה יתרונות גדולים, החל מקיצור זמן ההערכה ועד ירידה בגבול הערכה. פולימרים מוצקים משמשים כקרני החליפת יונים, עם צד אחד של קרן המכיל חומרים חשמליים פנימיים עבור האלקטרודות הנגד והמرجع, ואלקטרודה מסיבת פלטינה מובנית מצידה השני כדי ליצור את חיישן דו-חמצני הגופרית. החיישן מותקן בתא זרימה ומעביר חשמל לדוחמני הגופרית במתג של 0.65V. הכמות של דו-חמצני הגופרית מציינת לאחר מכן. התקן הדיווח מראה רגישות תוקף גבוהה, זמן תגובה קצר, יציבות טובה, רעש רקע נמוך, טווח ליניארי של 0.2 mmol/L, גבול גילוי של 8*10-6 mmol/L, ויחס אות לרעש של 3.

החיישן אינו רק מסוגל לגלות דו חמצני גופרית באוויר, אלא גם לשמש לגילוי דו חמצני גופרית ב액 נמוך בהולכת. תכנת החשיפה לגז של חיישן גז דו חמצני גופרית בעדיפת סיליקט מודיפקית אורגנית הופקה באמצעות תהליך sol-gel וטכנולוגיה של ספין. התכנת הזו מציגה שינוע יפה ושחזור טוב בגילוי דו חמצני הגופרית, עם זמן תגובה מהיר של פחות מ-20 שניות. בנוסף, היא מפגינה אינטראקציה מזערית עם גזי צד ו(GLFW מושפעת מעט משינויים בטמפרטורה וברמות לחות.