Ko zini par elektrokemiskajiem senzoriem?

Elektrokimiskais senzors ir sensora tips, kas balstās uz analītes elektrokimiskajām īpašībām, pārvēršot kimisko lielumu elektriskā lielumā, lai to justu un noteiktu.

Pirmie elektrokimiskie senzori datējas līdz 1950. gadam, kad tie tika izmantoti skaidrojot sajaukumu. Un līdz 1980. gadiem, kad tie tika izmantoti plaša spektra toksišo gāzu monitorēšanai, parādot labu jutību un selektivitāti.

i. Elektrokimisko senzoru darbības princips

Elektrokimiskie senzori strādā, reaģējot ar mērīto gāzi un raugot elektrisku signālu, kas ir proporcionāls gāzes koncentrācijai. Vienlaicīgi vairums elektrokimiskajiem gāzu senzoriem rauga siltumu, kas ir lineāri proporcionāls gāzes koncentrācijai.

Elektrokemiskais gāzes sensors darbojas šādi: mērķa gāzes molekulas, saskaroties ar sensoru, vispirms pārvietojas caur diafrāmu, kas novērš kondensāciju un arī izpilda dusta barjera funkciju. Pēc tam gāzes molekulas difundē caur kapilāro trubu, iespējams, caur nākošo filtru, un tad caur hidrofobu membrānu uz jutīgā elektrodu virsmu. Tur molekulas tiek nekavējoties oksidētas vai reducinētas, ģenerējot vai patērējot elektronus, tādējādi radot elektros strāvu.

Jāpiebilst, ka gāzes molekulu daudzums, kas ienāk sniegšanas sistēmā šādā veidā, ir ierobežots difužijas caur kapilāri. Ceļa optimizēšana nodrošina atbilstošu elektrosignālu saskaņā ar vēlamo mērījumu diapazonu. Sniegšanas elektrodu dizains ir galvenais, lai sasniegtu augstu reakciju uz mērāmo gāzi un novērstu nepieciešamos reakciju efektus uz traucējošajām gāzēm. Tas ietver trīsstāžu sistēmu cietajiem, dzīvotnēm un gāzēm, un visas ietver analītiskās gāzes himikālisko identifikāciju. Elektrokemiskā lūza tiek pabeigta ar tā saucamo pretējo elektrodu, Cont elektrodu, kas līdzsvaro reakciju sniegšanas elektrodā. Jonu strāva starp Cont elektrodu un Sen elektrodu tiek transportēta ar elektrolītu iekš sniegšanas sistēmas ķēmes, savukārt strāvas maršruta nodrošināšanu veic kabelis, kas beidzas ar pin savienojumu. Trešā elektroda parasti ir iekļauta elektrokemiskos sniegšanas sistēmas senzoros (3-elektroda senzori). Tiek izmantota tikai atsaucējošā elektroda, lai uzturētu sniegšanas elektrodu potenciālu fiksētā vērtībā. Šim mērķim un parasti elektrokemisko senzoru darbībai nepieciešams konstanta potenciāla aparatūras bloks.

ⅱ. Elektrokimiskās dzinējas sastāvdaļas

Elektrokimiskā dzinēja ietver sekojošās četras galvenās sastāvdaļas:

1. Ādas (arī zināmas kā hidrofobas membrānas): Šīs membrānas tiek izmantotas, lai aizklātu jutīgos (katalītiskos) elektrodus un, dažādos gadījumos, regulētu gāzu molekulu masu, kas sasniedz elektrodu virsmu. Parasti šādas membrānas izgatavotas no Teflona plenkumiem ar zemu porozi. Kad šīs membrānas tiek izmantotas, lai aizklātu elektrodus, tad šādi senzori tiek saukti par apsegto senzoru tipu. Alternatīvi var izmantot augstporozu Teflona plenkumu kopā ar kapilāru, lai kontrolētu gāzu molekulu masu, kas sasniedz elektrodu virsmu. Šis konfigurācijas tips ir pazīstams kā kapilāra senzors. Pļavas līdz ar to sniedz arī mehānisko aizsardzību senzoram, strādājot kā filtra, izslēdzot nepieciešamos daudzus. Lai nodrošinātu, ka pieļaujamā gāzes molekulu masa var tikt cauri, ir būtiski izvēlēties piemērotu atveres lielumu gan membrānai, gan kapilāram. Atveres lielums jāatbilst tā, lai pietiekami daudz gāzes molekulu sasniedztu jutīgo elektrodu, vienlaikus novēršot elektrolīta iztecēšanu vai ātru sausināšanos.

2. Elektrods: Ir ļoti svarīgi uzmanīgi izvēlēties elektroda materiālu. Šis materiāls jābūt katalizatoram, kas spēj veikt pusēlektrolītisku reakciju ilgstoņu laiku. Parasti elektrodus izgatavo no dārgmetāliem, piemēram, plātīnam vai zeltam, kas efektīvi reaģē ar gāzes molekulām caur katalīzi. Atkarībā no sensora dizaina, trīs elektrodus var būt izgatavoti no dažādiem materiāliem, lai atvieglotu elektrolīzes reakciju.

3. Elektrolīts: Elektrolītam jāspēj veicināt elektrolītiskas reakcijas un efektīvi pārvērst jonu krājumu par elektroda signālu. Tas arī jāveido stabils reference potenciāls kopā ar referencelektrodu un tam jābūt saderīgam ar materiāliem, kas tiek izmantoti sensorā. Turklāt elektrolīta strauja izkāpšana var izraisīt sensora signāla vājināšanos, iespējams apdraudot tā precizitāti un uzticamību.

4. Filtri: Reizēm, pirms dzinātāja tiek iekšķauts filtra elements, lai izņemtu nepieciešamos gāzes. Filtru izvēle ir ierobežota, un katrs tā veids parāda atšķirīgu efektivitātes līmeni. Aktivā carbons ir visbiežāk izmantotais filtru materiāls, kas efektīvi izslēd vairumu ķīmiskajām vielām, izņemot oglekļa monoksīdu. Izmantojot piemērotu filtru materiālu, elektrokimiskie dzinātāji var sasniegt augstāku selektivitāti pret savām mērķgāzēm.

ⅲ. Elektrokimisko dzinātāju klasifikācija

Elektrokimiskos dzinātājus var klasificēt dažādos veidos. Atkarībā no to atšķirīgajiem signāliem, tiem var būt potenciometriskie dzinātāji, amperometriskie dzinātāji un konduktometriskie dzinātāji.

Atkarībā no vielām, ko elektrokimiskie dzinātāji noteic, elektrokimiskie dzinātāji galvenokārt dalās uz jonu dzinātājus, gāzu dzinātājus un biodzinātājus.

ⅳ. Galvenie īpašības un ietekmes faktori

1. Saistība

Galvenie faktori, kas ietekmē jutību, ieskaitot: katalizatora aktivitāti, gaisa pieņemšanu, elektrolīta vadīspēju un apkārtējo temperatūru.

2. Atbilstoša atgriezeniska reakcija

Galvenie faktori, kas ietekmē atbilstošas atgriezeniskās reakcijas ātrumu, ir katalizatora aktivitāte, elektrolīta vadīspēja, gāzes komāra struktūra, gāzes īpašības utt.

3. Izvēle/Krustinierējums

Galvenie faktori, kas ietekmē izvēli, ieskaitot katalizatora, elektrolīta, nobīdes sprieguma, filtra utt. veidu.

4. Atkārtotība/Dilstošs stāvoklis ilgtermiņā

Faktori, kas ietekmē atkārtotību, ieskaitot: elektrodu struktūras stabilitāti, elektrolīta stabilitāti, gāzes maršrutu stabilitāti utt.

5. Augstās un zemās temperatūras darbība

Faktori, kas ietekmē augstās un zemās temperatūras stabilitāti, ieskaitot: katalizatora aktivitāti, elektrodu struktūras stabilitāti un gāzes īpašības.

V. Elektrokimiskās dzinēju četri galvenie lietojumi

Elektrokemiskie senzori plaši tiek izmantoti gāzu detekcijas rūpniecības un civiltiesībās, var noteikt ozonu, formaldehīdu, oglekļa monoksīdu, amoniaku, šūviessēnu, sulfitdioksīdu, azota dioxīdu, skābekli un citus gāzes, parasti tiek izmantoti perejas instrumentācijā un gāzu tiešraides monitorings instrumentācijā.

1. Mitruma sensors

Vesma ir svarīgs gaisa vides rādītājs, starp gaisa vesmu un cilvēka ķermeni ir tuva saikne ar attīstīšanās karstumu. Augstā temperatūrā un augstā vesmā cilvēka ūdens neatdzesas grūti, tādējādi radot jūtu, ka ir nevietā. Zemā temperatūrā un augstā vesmā notiek intensīvs cilvēka karstuma izplūdes process, kas viegli var izraisīt gripu vai akmens. Cilvēka ķermenim piemērotākā temperatūra ir 18~22℃, relatīvā vesma ir 35%~65% RH. Vides un veselības uzraudzībā parasti tiek izmantoti instrumenti, piemēram, moklā termohigromēteris, rokas higromēters un ventilācijas higromēteris, lai noteiktu gaisa vesmu.

Pēdējos gados ir publicētas daudzas literatūras ziņojumus par dzinera lietošanu, lai noteiktu gaisa mitrumu. Lai noteiktu relatīvo mitru, izmanto foto-litogrāfijas un ķīmisko etierēšanas tehnoloģijas, lai veidotu mazus kvartāla piezoelektriskos kristālus, un četras vielas tiek uzklājamas uz AT-griezuma 10 MHz kvartāla kristāliem, kas ir ar augstu masas jutību pret mitrumu. Kristāls ir rezonators sviru aparatūrā, kura frekvence mainās ar masu, un izvēloties piemēroto uzklājumu, dzinējs var tikt izmantots, lai noteiktu dažādu gāzu relatīvo mitrumu. Dzinēja jutība, atbilstošs lineāris, reakcijas laiks, selektivitāte, histerēze un dzīves ilgums atkarīgs no klājiena ķīmisko vielu dabas.

2、Azmnieka oksīda dzinējs

Azmotera oksīds ir daudzveidība no azota oksīdiem, kas sastāv no gāzu miksa, bieži izteikts kā NOX. Azmoterā oksīdā dažādu azota oksīdu formas atšķiras pēc savas quīmiskās stabilitātes, gaisā tos parasti sadala uz vienkārši stabilu quīmisko īpašību azmoneksīdu un divoxidu, kuru nozīme higiēnā liek jaukties par vairāk svarīgu nekā citiem azota oksīda veidiem.

Vides analīzē šķiet, ka slāpekļa oksīds parasti attiecas uz dvideslīgo slāpekli. Ķīnas standarta metode slāpekļa oksīdu monitorings ir naftalīna etilēndiamīna hidrohlorīda krāsošanas metode, metodes jutīgums ir 0,25ug/5ml, pārvērtēšanas koeficienta metode tiek ietekmēta ar absorbenta risinājuma sastāvu, dvideslīgā slāpekļa koncentrāciju, gāzes savādoto ātrumu, absorbcijas trubas struktūru, ionu kopieni un temperatūru, kā arī daudzi citi faktori, kas nav pilnībā vienoties. Senzoru noteikšana ir jauna metode, kas izstrādāta pēdējos gados.

3, Sēņu sēklas gāze senzors

Sulfīda hidroģēns ir bezkrāsains, deglāms gāze ar īpašu sāpējo āboliņu smaržu, kas ir irritierjoša un apvārgoša, kā arī nedarbojoša uz cilvēka organismu. Lielākajā daļā metožu tiek izmantota kalorimetriskā analīze un gāzu hromatogrāfija, lai noteiktu sulfīda hidroģēnu gaisā. Siltumniedrību piesārņojumu noteikšana, kuru saturs bieži sasniedz tikai mg/m³ līmeni, ir viena no galvenajām gasensoru lietojuma jomām, tomēr polūkonduktor gāzu sensori nav spējīgi atbilstīgi izpildīt jutības un selektivitātes prasības attiecībā uz dažu piesārņojumu gāzu uzraudzību īsā laika posmā.

Udeņotās sidrās plāksnju senzoru masīvs sastāv no četriem senzoriem, kas vienlaicīgi reģistrē sulfitraida un sulfīda hidroģēna koncentrācijas, izmantojot universālu analizatoru, balstoties uz koulometrisku titraciju, un signālus no polūkonduktor gāzu senzoru masīva. Prakse liecina, ka udeņotās sidrās plāksnju senzori, kas tiek izmantoti 150 °C konstantā temperatūrā, ir efektīvi pilsētu gaisa sulfīda hidroģēna saturu uzraudzībai.

4. Sulfūrdioksīda sensors

Sulfūrdioksīds ir viens no galvenajiem vielām, kas piesārņo gaisu, un gaisā esošā sulfūrdioksīda noteikšana ir parastā daļa no gaisa pārbaudēm. Sensoru pielietojums sulfūrdioksīda novērošanai ir parādījis lielu virsroku, sākot no noteikšanas laika saīsināšanas līdz noteikšanas robežas pazemināšanai. Kā ionu maiņas membrānām tiek izmantotas ciešas polimēru, ar vienu membrānas malu, kas satur iekšējos elektrolītus pretstatu un kompensācijas elektrodu veidošanai, un plātīna elektrodu, kas ievietots otrā pusē, lai veidotu sulfūrdioksīda sensoru. Sensors ir montēts straumes šūnā un oksidē sulfūrdioksīdu sprieguma 0,65V. Pēc tam tiek norādīts sulfūrdioksīda saturs. Detektora īpašumi ietver augstu strāvas jutību, īsu reakcijas laiku, labu stabilitāti, zemu fona bari, lineāro diapazonu 0,2 mmol/L, noteikšanas robežu 8*10-6 mmol/L un signāla attiecību pret bariem 3.

Sensors ne tikai var noteikt sulfitdioksīdu gaisā, bet arī izmantot sulfitdioksīda noteikšanai zemē ar mazāku elektrovedību. Gasesensīvā orgāniski modificētā silikāta plakanās filmas sulfitdioksīda sensors tika izgatavots, izmantojot sol-gel procesu un rotācijas tehnoloģiju. Šis segums parāda lielisku atkārtotību un atpakaļmainīgumu sulfitdioksīda noteikšanā, ar ātru reakcijas laiku mazāk kā 20 sekundēm. Turklāt tas parāda minimālu interakciju ar citiem gāzēm un tiek minimāli ietekmēts temperatūras un mitruma mainīšanās.