Apa kowe tahu ngening sensor elektrokimia?

Sensor elektrokimia iku macem sensor sing nglakoni sifat elektrokimia analit kanggo nyangkut jumlah kimia menyang jumlah listrik kanggo pendeteksian.

Sensor elektrokimia paling dini bisa dilacak kembali ke tahun 1950-an, ketika digunakan untuk pemantauan oksigen. Dan ke 1980-an, ketika digunakan untuk memantau berbagai gas beracun dan menunjukkan sensitivitas dan selektivitas yang baik.

ⅰ. Prinsip kerja sensor elektrokimia

Sensor elektrokimia bekerja dengan bereaksi secara kimia dengan gas yang diukur dan menghasilkan sinyal listrik yang sebanding dengan konsentrasi gas. Sebagian besar sensor gas elektrokimia menghasilkan arus yang secara linier sebanding dengan konsentrasi gas.

Sensor gas elektrokimia bekerja sabagai berikut: Molekul gas sasaran singget kontak kanana sensor pradhane ngalewati selapang kang mencegah kondensasi lan ogé tegese sebagi penghalang debu. Wewengkon gas kasebut ngalewati liyur capilir, bisa jadi menembus filter lan setelah iku ngalewati membran hidrofob ka wadah elktroda deteksi. Ana ing wadah iki molekul-molekul anu sreg dioksidasi atanapi direduksi, nanging nalika yen ngasilkeun atanapi ngonsumsi elektron-elektron kang ngasilkeun arus listrik.

Penting untuk dicatet yen kuantitas molekul gas anjangsung sensor nalika kabeh iki dibatasake nganti difusi menyang kapilar. Nalika jalur ditemtokake, sinyal listrik sing cocog diakses sesuai jejer pengukuran sing diingini. Rancangan elektroda sensing penting kanggo nyieun respon sing tinggi terhadap gas tujuan lan nganggoresi respon sing ora diingini ngenani gas-gas gangguan. Iku melibatke sistem tigastage kanggo padatan, cairan lan gas, lan kabeh melibatke identifikasi kimia sing gas analit. Sel elektrokimia dilengkapi dening elektroda kontra sing disebut Cont electrode, sing ngimbangi reaksi menyang elektroda sensing. Arus ion antar Cont electrode lan Sen electrode ditransportake dening elektrolit ing badan sensor, sementara jalan arus disediakake melalui kabel sing diakhiri dening konektor pin. Elektroda ketiga biasane disertakan ing sensor elektrokimia (sensor 3-elektroda). Elektroda referensi digunakake kanggo njaga potensial menyang elektroda sensing tetep pada nilai tetap. Kanggo tujuan iki lan biasane kanggo oparasike sensor elektrokimia, rute potensial tetap diperlukan.

ⅱ. Komponen-komponen sensor elektrokimia

Sensor elektrokimia terdiri dari empat komponen utama berikut:

1. Membran berpori (juga dikenal sebagai membran hidrofobik): Membran ini berfungsi untuk menutup elektroda pengindera (katalitik) dan, dalam beberapa kasus, mengatur bobot molekul gas yang mencapai permukaan elektroda. Biasanya, membran ini dibuat dari film Teflon dengan porositas rendah. Ketika membran ini digunakan untuk menutupi elektroda, sensor tersebut disebut sensor bertutup. Sebaliknya, film Teflon berpori tinggi dapat digunakan bersama kapiler untuk mengontrol bobot molekul gas yang mencapai permukaan elektroda. Konfigurasi ini dikenal sebagai sensor tipe kapiler. Selain memberikan perlindungan mekanis bagi sensor, film ini juga berfungsi sebagai filter, menghilangkan partikel yang tidak diinginkan. Untuk memastikan bobot molekul gas yang sesuai diizinkan melewati, penting untuk memilih ukuran lubang yang tepat baik untuk membran maupun kapiler. Ukuran lubang harus memungkinkan cukup banyak molekul gas mencapai elektroda pengindera sambil mencegah kebocoran atau pengeringan cepat elektrolit cair.

2. Elektroda: Penting untuk hati-hati memilih bahan elektroda. Bahan tersebut harus katalitik, mampu melakukan reaksi semi-elektrolisis selama periode yang lama. Biasanya, elektroda dibuat dari logam mulia, seperti platinum atau emas, yang bereaksi dengan efisien bersama molekul gas melalui katalisis. Bergantung pada desain sensor, ketiga elektroda dapat dibuat dari bahan yang berbeda untuk memfasilitasi reaksi elektrolisis.

3. Elektrolit: Elektrolit harus mampu memfasilitasi reaksi elektrolisis dan secara efisien mentransduksi muatan ion ke elektroda. Elektrolit juga harus membentuk potensial referensi yang stabil dengan elektroda referensi dan kompatibel dengan bahan-bahan yang digunakan dalam sensor. Selain itu, penguapan cepat elektrolit dapat menyebabkan pelemahan sinyal sensor, yang dapat mengganggu akurasi dan keandalannya.

4. Filter: Kadang-kadang, filter scrubber ditempatkan di depan sensor untuk menyingkirkan gas yang tidak diinginkan. Pilihan filter terbatas, dengan masing-masing tipe menunjukkan tingkat efisiensi yang berbeda. Arang aktif merupakan bahan filter yang paling banyak digunakan, secara efektif menyaring sebagian besar bahan kimia, kecuali monoksida karbon. Dengan memilih media filter yang tepat, sensor elektrokimia dapat mencapai selektivitas yang lebih tinggi terhadap gas yang dimaksud.

ⅲ. Klasifikasi Sensor Elektrokimia

Ada banyak cara untuk mengklasifikasikan sensor elektrokimia. Bergantung pada sinyal keluaran yang berbeda, mereka dapat dibagi menjadi sensor potensiomatrik, sensor amperometrik, dan sensor konduktometrik.

Berdasarkan zat yang dideteksi oleh sensor elektrokimia, sensor elektrokimia dapat diklasifikasikan menjadi sensor ion, sensor gas, dan biosensor.

ⅳ. Sifat Utama dan Faktor yang Mempengaruhi

1. Kesensitifan

Faktor utama yang mempengaruhi sensitivitas meliputi: aktivitas katalis, hisap udara, konduktivitas elektrolit, dan suhu lingkungan.

2. Pemulihan respons

Faktor utama yang mempengaruhi kecepatan pemulihan respons adalah aktivitas katalis, konduktivitas elektrolit, struktur kamar gas, sifat gas, dll.

3. Selektivitas/Interferensi silang

Faktor utama yang mempengaruhi selektivitas meliputi jenis katalis, elektrolit, tegangan bias, filter, dll.

4. Repeatabilitas/Stabilitas jangka panjang

Faktor-faktor yang mempengaruhi repeatabilitas meliputi: stabilitas struktur elektroda, stabilitas elektrolit, stabilitas rangkaian gas, dll.

5. Kinerja suhu tinggi dan rendah

Faktor-faktor yang mempengaruhi stabilitas suhu tinggi dan rendah meliputi: aktivitas katalis, stabilitas struktur elektroda, dan karakteristik gas.

V. Empat aplikasi utama sensor elektrokimia

Sensor elektrokimia daptonggo digunakake ing wilayah industri lan wong cilik kanggo deteksi gas, bisa mendeteksi ozon, formaldehida, karbon monoksida, amonia, belerang hidrogen, dioksida belerang, dioksida nitrogen, oksigen lan gas liyane, umum dipaké ing alat portabel lan instrumen pemantauan gas online.

1. Sensor Kepadatan Uap

Kepadatan udara ngaruh penting ing lingkungan udara. Hubungan antara kelembapan udara lan tubuh manungsa erat kaitonya kanthi proses penguapan, panas tinggi lan kelembapan tinggi bakal ngrusakke tubuh manungsa kanggo nepetan akibat susahna penguapan air tubuh lan rasane sesak. Kalor rendah lan kelembapan tinggi, proses penyebaran kalor tubuh jadi saking intens, mudah menimbulkan pilek lan beku. Suhu paling cocok kanggo tubuh manungsa yaiku 18~22℃, sementara kelembapan relatif yaiku 35%~65% RH. Dina pengawasan lingkungan lan kesehatan, umumna digunakake alat-alat sawijining wet bulb thermo-hygrometer, higrometer genggaman tangan, lan higrometer ventilasi kanggo nyaringake kelembapan udara.

Nggune taun akhir-akon, kasep boga kabar nyeritakake panyanggaan sensor kanggo ngukur kelembapan udara. Kristal kuarts piezoelektrik sing dilapisi digunakake kanggo ngukur kelembapan relatif dibuat jadi kristal kuarts piezoelektrik cilik menawa teknik fotolitografi lan ukiran kimia, lan anu empat dilapiskake ing kristal kuarts AT-cut 10 MHz sing ana massa sensitif tinggi ngena kelembapan. Kristal iku manggonake resonator ing rangkaian getar sing frekuensine nganti massane, lan nalika lapisan sing cocog dipilih, sensor iku bisa digunakake kanggo ngukur kelembapan relatif saka gas sing beda-beda. Sensitivitas, linieritas respon, waktu respon, selektivitas, histeresis lan umur panjang sensor tergantung kana sifat bahan kimia sing dilapiskake.

2、Sensor oksida nitrogen

Oksida nitrogen adalah berbagai macam oksida nitrogen yang terdiri dari campuran gas, sering dinyatakan sebagai NOX. Dalam oksida nitrogen, stabilitas kimia dari bentuk-bentuk oksida nitrogen itu berbeda-beda, udara sering dibagi menjadi monoksida nitrogen dan dioksida nitrogen yang memiliki sifat kimia relatif stabil, signifikansi mereka dalam kebersihan tampaknya lebih penting daripada bentuk lain dari oksida nitrogen.

Dina analisis lingkungan, nitrogen oksida umumna dirujuk kana nitrogen dioksida. Metode standar China kanggo pemantauan nitrogen oksida utawa naphthalene ethylenediamine hidroklorida metode warna, sensitivitas metode iku 0.25ug/5ml, koefisien konversi metode dipengaruhi komposisi larutan penyerap, konsentrasi nitrogen dioksida, kecepatan pengumpulan gas, struktur tabung penyerap, ion bersamaan lan suhu sarta sawetara faktor liya, ora sepenuhna disatukan. Penentuan sensor iku metode anyar sing dikembangke ana ing taun-taun akhir.

3、Sensor Gas Sulfida Hidrogen

Hidrogen sulfida iku gas tanpa warna, bisa nyala, lan gaduh bau telor busuk sing iritasi lan nganggo, kanggo tubuh manungsa. Kebanyakan metode yen nggunakake kalorimetri lan kromatografi gas kanggo nentukan hidrogen sulfida ing udara. Penentukan polutan udara sing kadhang-kadang kandhane cuma menyang tingkat mg/m3 iku salah siji aplikasi utama sensor gas, tapi sensor gas semiconductor ora bisa memenuhi kaperluan sensitifitas lan selektifitas kanggo ngamati gas polutan tertentu ing waktu singget.

Areyhan tipis sing dhuwuraken perak terdiri saka opat sensor sing sajahan nyuwunin kandhangan sulfur dioksida lan hidrogen sulfida nalika nggunakake analisis umum berasaskan titrasi koulometrik lan isyarat-isyarat saka areyhan sensor gas semiconductor. Praktikane wis tunjukkan yen sensor areyhan tipis sing dhuwuraken perak sing dipakake ing suhu 150 °C nalika konstan apik kanggo ngamati kandhangan hidrogen sulfida ing udara kotabumi.

4. Sensor Dioksida Sulfur

Dioksida sulfur salah satu zat utama yang mencemari udara, lan anu deteksi dioksida sulfur dina udara mangrupakeun bagian reguler tina uji udara. Aplikasi sensor dina pemantauan dioksida sulfur wis nampa keunggulan kenceng, saka ng pendekkeun waktu deteksi sampean ngenduskeun batas deteksi. Polimer padat dipaké sabagé membrán tukar ion, saking sisi membrán anu ngandung elektrolit intern kanggo elektroda kontra jeung refénsi, lan élektroda platinum disisipakeun dina sisi liyane kanggo nyusun sensor dioksida sulfur. Sensor iku dilampirkeun dina sel aliran lan ngoksidasi dioksida sulfur dina tegangan 0.65V. Kandungan dioksida sulfur kénéngan ditunjukkan. Perangkat pamasaran iku nyéntréna sensitifitas arus tinggi, waktu tanggap singkat, stabilitas bagus, gondog latar belakang rendah, jangkauan linier 0.2 mmol/L, batas deteksi 8*10-6 mmol/L, lan rasio sinyal-ke-bising 3.

Sensor iku ora nanging bisa ngideteksi sulfur dioksida ing udara, tapi ogah bisa digunakake kanggo ngideteksi sulfur dioksida ing cairan kanggo konduktivitas rendah. Pelapis gas-sensitif saka film tipis silikat anorganik sensor gas sulfur dioksida dibuatakake nalika proses sol-gel lan teknologi spin. Pelapis iki nyajike reproduktibilitas lan reversibilitas sing apik ing ngukur sulfur dioksida, kanthi waktu tanggap sing cepet kurang saka 20 detik. Kabehé, iki nampa interaksi liyane dening gas liya-liya lan sedikit dipengaruhi dening perubahan suhu lan kelembapan.