Hûn di derbarê sensorên elektrokîmyayî de çi dizanin

Sensora elektrokîmyayî celebek senzorê ye ku xwe dispêre taybetmendiyên elektrokîmyayî yên analîtê da ku ji bo hîskirin û tespîtkirinê mîqdara kîmyewî veguhezîne mîqdarek elektrîkî.

Sensorên elektrokîmyayî yên pêşîn vedigerin salên 1950-an, dema ku ew ji bo çavdêriya oksîjenê hatine bikar anîn. Û heta salên 1980-an, dema ku ew ji bo şopandina cûrbecûr gazên jehrîn hatin bikar anîn û hesasiyet û hilbijartiyek baş nîşan dan.

Ⅰ. Prensîba xebatê ya sensor elektrokîmyayî

 Sensorên elektrokîmyayî bi gaza ku tê pîvandin reaksiyonên kîmyewî dikin û li gorî kombûna gazê nîşanek elektrîkî hilberînin. Piraniya senzorên gazê yên elektrokîmyayî nûjen çêdikin ku bi rêjeyek rêzê ve bi giraniya gazê re têkildar e.

 Sensorek gazê ya elektrokîmyayî bi vî rengî dixebite: Molekulên gazê yên armanc ên ku bi senzorê re di têkiliyê de ne, pêşî ji diafragmayek ku pêşî li kondensasyonê digire re derbas dibin û di heman demê de wekî bendek tozê jî tevdigerin. Dûv re molekulên gazê di nav lûleyek kapîlar de, dibe ku bi parzûnek paşîn, û dûv re jî bi parzûnek hîdrofobîk digihîje rûyê elektrodê hestyar. Li wir molekul tavilê têne oksîdan an kêm kirin, bi vî rengî elektronan çêdikin an jî dixwin û ji ber vê yekê herikîna elektrîkê çêdikin.

 Girîng e ku were zanîn ku mîqdara molekulên gazê yên ku bi vî rengî dikevin senzorê bi belavbûna di nav kapilarê de sînordar e. Bi xweşbînkirina rêyê, li gorî rêza pîvana xwestinê îşaretek elektrîkî ya guncan tê wergirtin. Sêwirana elektrodê hîskirinê ji bo bidestxistina berteka bilind a li gaza armancê û ji bo tepisandina bersivên nexwestî yên li ser gazên navbeynkar pêdivî ye. Ew ji bo hişk, şil û gazan pergalek sê-qonaxê vedihewîne, û hemî jî nasnameya kîmyewî ya gaza analîtê vedihewîne. Hucreya elektrokîmyayî ji hêla elektroda dijber, elektroda Cont ve, ku reaksiyonê li elektrodê hestyar hevseng dike, temam dibe. Herika îyonî ya di navbera elektroda Cont û elektroda Sen de ji hêla elektrolîtê ve di hundurê laşê senzorê de tê veguheztin, dema ku riya heyî bi têlek ku bi girêdanek pin ve hatî qedandin ve tê peyda kirin. Elektrodek sêyem bi gelemperî di senzorên elektrokîmyayî de (sensorên 3-elektrodê) tê de. Ji bo domandina potansiyela elektrodê hestyar di nirxek sabit de jê re elektrodek referans tê bikar anîn. Ji bo vê armancê û bi gelemperî ji bo xebata senzorên elektrokîmyayî, pêvekek potansiyela domdar hewce ye.

Ⅱ. Parçeyên sensorek elektrokîmyayî

Sensorê elektrokîmyayî ji çar beşên sereke yên jêrîn pêk tê:

1. Parzûnên hilmkirinê (ku wekî membranên hîdrofobî jî têne zanîn): Van perdeyan ji bo vegirtina elektrodên hestyar (katalîtîk) xizmet dikin û di hin rewşan de, giraniya molekularî ya gazên ku digihîjin rûyê elektrodê birêkûpêk dikin. Bi gelemperî, ev membran ji fîlimên Teflon ên bi poroziya kêm têne çêkirin. Dema ku van membranan ji bo vegirtina elektrodê têne xebitandin, senzor wekî senzorên pêçandî têne binav kirin. Alternatîf, fîlimek Teflon bi poroziya bilind, digel kapilarekê, dikare were bikar anîn da ku giraniya molekulê ya gaza ku digihêje rûyê elektrodê kontrol bike. Ev veavakirin wekî senzorek celebek kapîlar tê zanîn. Ji bilî peydakirina parastina mekanîkî ya ji bo senzorê, fîlim di heman demê de wekî parzûnek jî kar dike, perçeyên nedilxwaz ji holê radike. Ji bo ku giraniya molekulê ya guncaw a gazê were destûr kirin ku tê de derbas bibe, girîng e ku meriv mezinahiya dirûvê guncan hem ji bo membran û hem jî ji kapilarê hilbijêrin. Pîvana aperturê divê rê bide molekulên gazê yên têra xwe ku bigihîjin elektrodê hîskirinê dema ku pêşî li rijandin an zuwabûna bilez a elektrolîta şil bigire.

2. Elektrod: Pir girîng e ku meriv bi baldarî materyalê elektrodê hilbijêrin. Pêdivî ye ku materyal katalîtîk be, ku bikaribe di demek dirêj de reaksiyonek nîv-elektrolîtîk pêk bîne. Bi gelemperî, elektrod ji metalên hêja têne çêkirin, mîna platîn an zêr, ku bi katalîzasyonê bi molekulên gazê re bi bandor reaksiyonê dikin. Bi sêwirana sensorê ve girêdayî, dibe ku sê elektrod ji materyalên cihêreng werin çêkirin da ku reaksiyona elektrolîzê hêsantir bikin.

3. Elektrolît: Elektrolît divê karibe reaksiyonên elektrolîtîk hêsan bike û bi bandor barkirina îyonî bi elektrodê veguhezîne. Di heman demê de pêdivî ye ku ew bi elektroda referansê re potansiyelek referansê ya domdar ava bike û bi materyalên ku di hundurê sensorê de têne bikar anîn re hevaheng be. Wekî din, evaporkirina bilez a elektrolîtê dikare bibe sedema qelsbûna sînyala senzorê, ku potansiyel rast û pêbaweriya wê têk bibe.

4. Parzûn: Car carinan, fîlterên paqijkirinê li ber senzorê têne danîn da ku gazên nedilxwaz ji holê rakin. Hilbijartina parzûnan tixûbdar e, digel ku her celeb astek berbiçav a kargêriyê nîşan dide. Karbona aktîfkirî wekî materyalê parzûnê ya ku herî zêde tê bikar anîn radiweste, bi bandor piraniya kîmyewiyan fîlter dike, ji bilî monoksîtê karbonê. Bi bijartina bi baldarî medyaya parzûnê ya guncan, senzorên elektrokîmyayî li hember gazên xwe yên mebest hilbijartiyek zêde bi dest dixin.

Ⅲ. Dabeşkirina Sensorê Electrochemical

Gelek awayên dabeşkirina senzorên elektrokîmyayî hene. Li gorî îşaretên hilberîna wan ên cihêreng, ew dikarin li senzorên potensiyometrî, senzorên amperometrîkî, û senzorên rêvegirtinê werin dabeş kirin.

Li gorî maddeyên ku ji hêla senzorên elektrokîmyayî ve têne kifş kirin, senzorên elektrokîmyayî dikarin bi giranî li senzorên ion, senzorên gazê û biyosensor werin dabeş kirin.

Ⅳ. Taybetmendiyên sereke û faktorên bandorker

1. Hestiyarî

Faktorên sereke yên ku li ser hestiyariyê bandor dikin ev in: çalakiya katalîzatorê, girtina hewayê, rêgirtina elektrolîtê, û germahiya hawîrdorê.

2. Vegerandina bersivê

Faktorên sereke yên ku bandorê li leza vegerandina bersivê dikin çalakiya katalîzatorê, rêgirtina elektrolîtê, avahiya odeya gazê, taybetmendiyên gazê, hwd.

3. Hilbijartina / Cross-destwerdana

Faktorên sereke yên ku bandorê li bijartiyê dikin celebê katalîzator, elektrolît, voltaja bias, parzûn, hwd.

4. Dubarebûn / îstîqrara demdirêj

Faktorên ku li dûbarebûnê bandor dikin ev in: aramiya avahiya elektrodê, îstîqrara elektrolîtê, aramiya dora gazê, hwd.

5, Performansa germahiya bilind û nizm

Faktorên ku bandor li aramiya germahiya bilind û nizm dikin ev in: çalakiya katalîzator, aramiya avahiya elektrodê, û taybetmendiyên gazê.

V. Çar serîlêdanên sereke yên senzorên elektrokîmyayî

Sensorên elektrokîmyayî bi berfirehî li deverên pîşesazî û sivîl ên tespîtkirina gazê têne bikar anîn, dikarin ozon, formaldehyde, karbonmonoksîtê, ammonia, sulfîdê hîdrojenê, dîoksîtê kewkurtê, nîtrojen dioksîtê, oksîjen û gazên din, bi gelemperî di amûrên portable û amûrên çavdêriya serhêl ên gazê de têne bikar anîn.

1. Sensor Humidity

Nembûn nîşanek girîng a hawîrdora hewayê ye, şilbûna hewayê û laşê mirov têkiliyek nêzîk di navbera germa hilmkirinê, germahiya zêde û nemiya zêde de heye, ji ber dijwariya hilmandina avê ya laşê mirov û hestiyarbûnê, germahiya kêm û nemahiya zêde, pêvajoya belavbûna germahiya laşê mirov bi tundî ye, hêsan dibe sedema serma û sermayê. Germahiya herî guncaw ji bo laşê mirov 18~22℃ e, nemahiya têkildar 35%~65% RH e. Di çavdêriya hawîrdorê û tenduristiyê de, ew bi gelemperî di termo-hîgrometerê ampûlê şil, hîgrometerê bi destan û hîgrometera hewayê û amûrên din de ji bo destnîşankirina nemahiya hewayê tê bikar anîn.

Di salên dawî de, hejmareke mezin ji wêjeyê li ser karanîna senzoran ji bo destnîşankirina nemahiya hewayê radigihînin. Krîstalên quartzê yên piezoelektrîkî yên pêçandî yên ku ji bo destnîşankirina nemahiya têkildar têne bikar anîn, bi teknîkên fotolîtografî û xêzkirina kîmyewî ve di krîstalên piezoelektrîkî yên quartzê yên piçûk de têne çêkirin, û çar maddeyên li ser krîstalên quartzê yên AT-birkirî yên 10 MHz, yên ku xwedan hestiyariya girseya bilind a humi ne, têne pêçan. Krîstal di çerxeke helandinê de resonatorek e ku frekansa wê bi girseyê ve diguhere, û bi hilbijartina pêlava guncav, senzor dikare were bikar anîn da ku şilbûna têkildar a gazên cihêreng diyar bike. Hestiyarî, xêzikiya bersivê, dema bersivê, hilbijartî, hîsteresis û heyama senzorê bi cewherê kîmyewî yên xêzkirinê ve girêdayî ye.

2, Sensor oksîdê nîtrojenê

Oksîdê nîtrojenê cûrbecûr oksîtên nîtrojenê ye ku ji tevliheviya gazan pêk tê, bi gelemperî wekî NOX tête diyar kirin. Di oksîda nîtrojenê de, formên cihêreng aramiya kîmyewî ya oksîda nîtrojenê cûda ye, hewa bi gelemperî li taybetmendiyên kîmyewî yên nîtrojen monoksît û nîtrojendîoksîtê bi domdarî tê dabeş kirin, girîngiya wan di paqijiyê de ji formên din ên oksîdê nîtrojenê girîngtir xuya dike.

Di analîza jîngehê de, oksîdê nîtrojenê bi gelemperî ji nîtrojen dioksîtê re vedibêje. Rêbaza standard a Chinaînê ji bo şopandina oksîtên nîtrojenê rêbaza rengîniya naftalîn ethylenediamine hîdrochloride ye, hestiyariya rêbazê 0.25ug / 5ml e, rêbaza hevrêziya veguheztinê ji pêkhateya çareseriya vegirtinê, giraniya nîtrojen dioksîtê, leza bandor dike. ji berhevkirina gazê, strukturên lûleya absorber, hevjiyana îyon û germahiyê û gelek faktorên din, bi tevahî ne yekgirtî ne. Diyarkirina sensor rêbazek nû ye ku di van salên dawî de hatî pêşve xistin.

3, Hîdrojen Sulfide Gas Sensor

Hîdrojen sulfîd gazek bê reng û şewitî ye û bi bêhna hêka xerabûyî ya taybet e, acizker û asfîksî ye û zirarê dide laşê mirov. Piraniya rêbazan kalorimetrî û kromatografiya gazê bikar tînin da ku hîdrojen sulfîdê li hewayê diyar bikin. Tesbîtkirina gemarên hewayê yên ku naveroka wan bi gelemperî bi qasî asta mg/m3 kêm e, yek ji serîlêdanên sereke yên senzorên gazê ye, lê senzorên gazê yên nîvconductor nekarin hewcedariyên hesasiyet û hilbijartiyê ji bo şopandina hin gazên qirêj di demek kurt de bicîh bînin. ya demê.

Rêzeya senora fîlima tenik a zîv-dopkirî ji çar senzoran pêk tê ku bi hevdemî bi karanîna analyzerek gerdûnî ya ku li ser bingeha titrasyona kulometrîk û sînyalên ji rêzika senora gazê ya nîvconductor de, tansiyonên dioksîtê kelûmê û hîdrojen sulfîd tomar dikin. Pratîkê destnîşan kir ku senzorên fîlima nazik ên zîv-dopkirî yên ku di 150 °C de bi rengek germahiya domdar têne bikar anîn ji bo şopandina naveroka hîdrojen sulfîdê di hewaya bajarî de bi bandor in.

4. Sensorê Dioksîdê Sulfur

Doksîda kewûltê yek ji wan maddeyên sereke ye ku hewayê qirêj dike, û tespîtkirina dîoksîta kelûmê di hewayê de beşek birêkûpêk a ceribandina hewayê ye. Serîlêdana senzoran di çavdêrîkirina dîoksîta sulfur de serweriyek mezin nîşan daye, ji kurtkirina dema tespîtê bigire heya kêmkirina sînorê tespîtê. Polîmerên zexm wekî membranên pevguhertina îyonê têne bikar anîn, ku aliyek membranê elektrolîtên hundurîn ji bo elektrodên jimarvan û referansê vedihewîne, û elektrodek platîn li aliyê din tê xistin da ku senzora dîoksîtê ya kelûmê pêk bîne. Sensor di şaneyek herikînê de tê siwarkirin û di voltaja 0.65V de dîoksîta kelûmê oksîde dike. Piştre naveroka sulfur dioxide tê destnîşan kirin. Amûra hîskirinê hesasiyeta heyî ya bilind, demek bersivek kurt, aramiya baş, dengê paşnavê kêm, rêzek rêzek 0.2 mmol / L, sînorê tespîtê 8 * 10-6 mmol / L, û rêjeyek îşaretek berbi deng nîşan dide. ji 3.

Sensor ne tenê dikare dîoksîta sulfurê di hewayê de tespît bike, lê di heman demê de ji bo tesbîtkirina dîoksîtê kelûmê di şilava guhezbariya kêm de jî were bikar anîn. Kişandina hesas a gazê ya senzora gazê ya fîlima tenik a silikat a bi organîkî ve hatî guheztin bi karanîna pêvajoya sol-gel û teknolojiya spinê hate çêkirin. Ev pêlav di destnîşankirina dîoksîda sulfur de ji nû ve hilberandin û vegerandinek hêja nîşan dide, bi demek bersivek bilez a ji 20 çirkeyan kêmtir e. Wekî din, ew bi gazên din re têkiliyek hindiktirîn nîşan dide û bi kêmî ve di bin bandora guheztinên germahî û nermbûnê de ye.