Apa sampeyan ngerti babagan sensor elektrokimia

Sensor elektrokimia minangka jinis sensor sing gumantung marang sifat elektrokimia saka analit kanggo transduksi jumlah kimia menyang jumlah listrik kanggo sensing lan deteksi.

Sensor elektrokimia paling wiwitan wiwit taun 1950-an, nalika digunakake kanggo ngawasi oksigen. Lan ing taun 1980-an, nalika padha digunakake kanggo ngawasi sawetara saka sudhut gas beracun lan nuduhake sensitivitas apik lan selectivity.

Ⅰ. Prinsip kerja sensor elektrokimia

 Sensor elektrokimia kerjane kanthi reaksi kimia karo gas sing diukur lan ngasilake sinyal listrik sing proporsional karo konsentrasi gas. Umume sensor gas elektrokimia ngasilake arus sing sebanding karo konsentrasi gas.

 Sensor gas elektrokimia dianggo kaya ing ngisor iki: Molekul gas target sing kontak karo sensor pisanan ngliwati diafragma sing nyegah kondensasi lan uga minangka penghalang bledug. Banjur molekul gas nyebar liwat tabung kapiler, bisa uga liwat saringan sabanjure, lan banjur liwat membran hidrofobik menyang permukaan elektroda sensing. Ing kana molekul-molekul kasebut langsung dioksidasi utawa dikurangi, saéngga ngasilake utawa ngonsumsi èlèktron saéngga ngasilake arus listrik.

 Wigati dicathet yen jumlah molekul gas sing mlebu ing sensor kanthi cara iki diwatesi kanthi difusi liwat kapiler. Kanthi ngoptimalake jalur kasebut, sinyal listrik sing cocog dipikolehi miturut kisaran pangukuran sing dikarepake. Desain elektroda sensing penting kanggo entuk respon sing dhuwur kanggo gas target lan nyegah respon sing ora dikarepake kanggo gas sing ngganggu. Iki kalebu sistem telung tahap kanggo padatan, cairan lan gas, lan kabeh kalebu identifikasi kimia saka gas analit. Sèl elektrokimia rampung dening elektroda kontra sing disebut, elektroda Cont, sing ngimbangi reaksi ing elektroda sensing. Saiki ion antarane elektroda Cont lan elektroda Sen diangkut dening elektrolit ing awak sensor, nalika path saiki diwenehake liwat kabel mungkasi dening konektor pin. Elektroda katelu biasane kalebu ing sensor elektrokimia (sensor 3-elektroda). Elektroda referensi sing diarani digunakake kanggo njaga potensial elektroda sensing ing nilai tetep. Kanggo tujuan iki lan biasane kanggo operasi sensor elektrokimia, sirkuit potensial konstan dibutuhake.

Ⅱ. Komponen saka sensor elektrokimia

Sensor elektrokimia kalebu papat komponen utama:

1. Membran ambegan (uga dikenal minangka membran hidrofobik): Membran iki digunakake kanggo nutupi elektroda sensing (katalitik) lan, ing kasus tartamtu, ngatur bobot molekul gas sing tekan permukaan elektroda. Biasane, membran iki digawe saka film Teflon kanthi porositas sing kurang. Nalika membran kasebut digunakake kanggo nutupi elektroda, sensor kasebut diarani sensor sing dilapisi. Utawa, film Teflon porositas dhuwur bisa digunakake, bebarengan karo kapiler, kanggo ngontrol bobot molekul gas sing tekan permukaan elektroda. Konfigurasi iki dikenal minangka sensor jinis kapiler. Saliyane nyedhiyakake proteksi mekanik kanggo sensor, film kasebut uga nduweni fungsi minangka panyaring, ngilangi partikel sing ora dikarepake. Kanggo mesthekake bobot molekul gas sing diidini ngliwati, penting kanggo milih ukuran aperture sing cocog kanggo membran lan kapiler. Ukuran aperture kudu ngidini molekul gas cukup kanggo nggayuh elektroda sensing nalika nyegah bocor utawa pangatusan kanthi cepet saka elektrolit cair.

2. Elektroda: Iku wigati kanggo kasebut kanthi teliti, milih materi elektroda. Materi kasebut kudu katalitik, bisa nindakake reaksi semi-elektrolitik sajrone wektu sing suwe. Biasane, elektroda digawe saka logam mulia, kayata platinum utawa emas, sing bereaksi kanthi efisien karo molekul gas liwat katalisis. Gumantung ing desain sensor, telung elektroda bisa digawe saka macem-macem bahan kanggo nggampangake reaksi elektrolisis.

3. Elektrolit: Elektrolit kudu bisa nggampangake reaksi elektrolitik lan kanthi efisien nransfer muatan ion menyang elektroda. Uga kudu mbentuk potensial referensi sing stabil karo elektroda referensi lan kompatibel karo bahan sing digunakake ing sensor. Salajengipun, penguapan cepet saka elektrolit bisa mimpin kanggo weakening saka sinyal sensor, duweni potensi kompromi akurasi lan linuwih.

4. Filter-filter: Kadhangkala, saringan scrubber dipanggonke ing ngarep sensor kanggo ngilangi gas sing ora dikarepake. Pilihan saringan diwatesi, kanthi saben jinis nuduhake tingkat efisiensi sing beda. Karbon aktif minangka bahan panyaring sing paling akeh digunakake, kanthi efektif nyaring akeh bahan kimia, ora kalebu karbon monoksida. Kanthi milih media panyaring sing cocog, sensor elektrokimia entuk selektivitas sing luwih dhuwur menyang gas sing dituju.

Ⅲ. Klasifikasi Sensor Elektrokimia

Ana akeh cara kanggo nggolongake sensor elektrokimia. Gumantung saka sinyal output sing beda-beda, bisa dipérang dadi sensor potensiometri, sensor amperometri, lan sensor konduktometri.

Miturut zat sing dideteksi dening sensor elektrokimia, sensor elektrokimia utamane bisa diklasifikasikake dadi sensor ion, sensor gas lan biosensor.

Ⅳ. Properties Utama lan Faktor Pengaruh

1. Sensitivitas

Faktor utama sing mengaruhi sensitivitas kalebu: aktivitas katalis, asupan udara, konduktivitas elektrolit, lan suhu sekitar.

2. Recovery respon

Faktor utama sing mengaruhi kacepetan pemulihan respon yaiku aktivitas katalis, konduktivitas elektrolit, struktur ruang gas, sifat gas, lsp.

3. Selectivity / Cross-gangguan

Faktor utama sing mengaruhi selektivitas kalebu jinis katalis, elektrolit, tegangan bias, filter, lsp.

4. Repeatability / stabilitas jangka panjang

Faktor sing mengaruhi pengulangan kalebu: stabilitas struktur elektroda, stabilitas elektrolit, stabilitas sirkuit gas, lsp.

5. Kinerja suhu dhuwur lan kurang

Faktor sing mengaruhi stabilitas suhu dhuwur lan kurang kalebu: aktivitas katalis, stabilitas struktur elektroda, lan karakteristik gas.

V. Papat aplikasi utama saka sensor elektrokimia

Sensor elektrokimia digunakake ing industri lan sipil deteksi gas, bisa ndeteksi ozon, formaldehida, karbon monoksida, amonia, hidrogen sulfida, belerang dioksida, nitrogen dioksida, oksigen lan gas liyane, sing umum digunakake ing instrumentasi portabel lan instrumentasi pemantauan online gas.

1. Sensor Kelembapan

Kelembapan minangka indikator penting ing lingkungan udhara, asor udara lan awak manungsa nduweni hubungan sing raket antarane panas penguapan, suhu dhuwur lan kelembapan sing dhuwur, amarga awak manungsa angel nguap banyu lan krasa kaku, suhu kurang lan asor dhuwur, proses boros panas awak manungsa iku kuat, gampang kanggo nimbulaké colds lan frostbite. Suhu sing paling cocok kanggo awak manungsa yaiku 18 ~ 22 ℃, asor relatif 35% ~ 65% RH. Ing ngawasi lingkungan lan kesehatan, umume digunakake ing thermo-hygrometer bolam udan, hygrometer tangan-cranked lan hygrometer ventilasi lan instrumen liyane kanggo nemtokake kelembapan udara.

Ing taun-taun pungkasan, akeh laporan literatur babagan panggunaan sensor kanggo nemtokake kelembapan udara. Kristal kuarsa piezoelektrik sing dilapisi digunakake kanggo nemtokake kelembapan relatif digawe dadi kristal piezoelektrik kuarsa cilik kanthi teknik fotolitografi lan teknik etsa kimia, lan papat zat dilapisi ing kristal kuarsa 10 MHz potong AT, sing nduweni sensitivitas massa sing dhuwur kanggo kelembapan. Kristal minangka resonator ing sirkuit osilasi sing frekuensi beda-beda gumantung karo massa, lan kanthi milih lapisan sing cocog, sensor bisa digunakake kanggo nemtokake kelembapan relatif gas sing beda-beda. Sensitivitas, linearitas respon, wektu respon, selektivitas, histeresis lan umur sensor gumantung marang sifat bahan kimia lapisan.

2. Sensor Nitrogen Oksida

Nitrogen oksida minangka macem-macem oksida nitrogen sing kasusun saka campuran gas, asring ditulis minangka NOX. Ing oksida nitrogen, macem-macem bentuk stabilitas kimia nitrogen oksida beda-beda, udhara asring dipérang dadi sifat kimia nitrogen monoksida lan nitrogen dioksida sing relatif stabil, tegesé ing kebersihan katon luwih penting tinimbang wangun nitrogen oksida liyane.

Ing analisis lingkungan, nitrogen oksida umume nuduhake nitrogen dioksida. Cara standar China kanggo ngawasi nitrogen oksida yaiku metode colourimetric naphthalene ethylenediamine hydrochloride, sensitivitas metode kasebut yaiku 0.25ug / 5ml, metode koefisien konversi dipengaruhi dening komposisi solusi penyerap, konsentrasi nitrogen dioksida, kecepatan. koleksi gas, struktur tabung absorber, coexistence saka ion lan suhu lan akeh faktor liyane, ora rampung manunggal. Penentuan sensor minangka cara anyar sing dikembangake ing taun-taun pungkasan.

3. Sensor Gas Hidrogen Sulfida

Hidrogen sulfida minangka gas sing ora ana warna lan gampang diobong kanthi mambu endhog bosok khusus, sing nyebabake iritasi lan asphyxiating, lan mbebayani kanggo awak manungsa. Umume cara nggunakake kalorimetri lan kromatografi gas kanggo nemtokake hidrogen sulfida ing udara. Penentuan polutan udara sing isi asring kurang saka tingkat mg / m3 minangka salah sawijining aplikasi utama sensor gas, nanging sensor gas semikonduktor ora bisa nyukupi syarat sensitivitas lan selektivitas kanggo ngawasi gas polutan tartamtu ing wektu sing cendhak. wektu.

Susunan sensor film tipis perak-doped kasusun saka papat sensor sing bebarengan ngrekam konsentrasi sulfur dioksida lan hidrogen sulfida nggunakake analisa universal adhedhasar titrasi coulometrik lan sinyal saka susunan sensor gas semikonduktor. Praktek wis nuduhake yen sensor film tipis doped perak sing digunakake ing 150 °C kanthi suhu konstan efektif kanggo ngawasi konten hidrogen sulfida ing udara kutha.

4. Sensor Sulfur Dioksida

Sulfur dioksida minangka salah sawijining zat utama sing ngrusak udhara, lan ndeteksi belerang dioksida ing udhara minangka bagean rutin saka tes udara. Aplikasi sensor ing ngawasi sulfur dioksida wis nuduhake kaunggulan gedhe, saka shortening wektu deteksi kanggo Mudhunake watesan deteksi. Polimer padhet digunakake minangka membran pertukaran ion, kanthi sisih siji membran ngemot elektrolit internal kanggo elektroda counter lan referensi, lan elektroda platinum dipasang ing sisih liyane kanggo mbentuk sensor belerang dioksida. Sensor dipasang ing sel aliran lan ngoksidasi belerang dioksida kanthi tegangan 0.65V. Isi sulfur dioksida banjur dituduhake. Piranti sensitivitas nuduhake sensitivitas saiki dhuwur, wektu nanggepi cendhak, stabilitas apik, swara latar mburi kurang, kisaran linear 0.2 mmol/L, watesan deteksi 8*10-6 mmol/L, lan rasio sinyal-kanggo-noise. saka 3.

Sensor kasebut ora mung bisa ndeteksi belerang dioksida ing udara, nanging uga digunakake kanggo ndeteksi belerang dioksida ing cairan konduktivitas sing kurang. Lapisan sensitif gas saka sensor gas sulfur dioksida film tipis silikat sing diowahi sacara organik digawe nggunakake proses sol-gel lan teknologi spin. Lapisan iki nuduhake reproducibility lan reversibility sing apik banget ing penentuan sulfur dioksida, kanthi wektu respon sing cepet kurang saka 20 detik. Kajaba iku, iku nuduhake interaksi minimal karo gas liyane lan minimally dipengaruhi dening owah-owahan ing suhu lan asor.