Apa yang anda tahu tentang penderia elektrokimia Malaysia

Penderia elektrokimia ialah sejenis penderia yang bergantung pada sifat elektrokimia analit untuk memindahkan kuantiti kimia kepada kuantiti elektrik untuk penderiaan dan pengesanan.

Penderia elektrokimia terawal bermula pada tahun 1950-an, apabila ia digunakan untuk pemantauan oksigen. Dan hingga 1980-an, apabila ia digunakan untuk memantau pelbagai jenis gas toksik dan menunjukkan kepekaan dan selektiviti yang baik.

Ⅰ. Prinsip kerja penderia elektrokimia

 Penderia elektrokimia berfungsi dengan bertindak balas secara kimia dengan gas yang diukur dan menghasilkan isyarat elektrik yang berkadar dengan kepekatan gas. Kebanyakan penderia gas elektrokimia menghasilkan arus yang berkadar linear dengan kepekatan gas.

 Penderia gas elektrokimia berfungsi seperti berikut: Molekul gas sasaran yang bersentuhan dengan penderia terlebih dahulu melalui diafragma yang menghalang pemeluwapan dan juga bertindak sebagai penghalang habuk. Kemudian molekul gas meresap melalui tiub kapilari, mungkin melalui penapis seterusnya, dan kemudian melalui membran hidrofobik ke permukaan elektrod penderiaan. Di sana molekul-molekul serta-merta teroksida atau dikurangkan, dengan itu menjana atau memakan elektron sehingga menghasilkan arus elektrik.

 Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa jumlah molekul gas yang memasuki sensor dengan cara ini dihadkan oleh resapan melalui kapilari. Dengan mengoptimumkan laluan, isyarat elektrik yang sesuai diperoleh mengikut julat ukuran yang dikehendaki. Reka bentuk elektrod penderiaan adalah penting untuk mencapai tindak balas yang tinggi terhadap gas sasaran dan untuk menyekat tindak balas yang tidak diingini kepada gas yang mengganggu. Ia melibatkan sistem tiga peringkat untuk pepejal, cecair dan gas, dan semuanya melibatkan pengenalpastian kimia bagi gas analit. Sel elektrokimia dilengkapkan oleh elektrod kaunter yang dipanggil, elektrod Cont, yang mengimbangi tindak balas pada elektrod penderiaan. Arus ionik antara elektrod Cont dan elektrod Sen diangkut oleh elektrolit dalam badan sensor, manakala laluan arus disediakan melalui wayar yang ditamatkan oleh penyambung pin. Elektrod ketiga biasanya disertakan dalam penderia elektrokimia (penderia 3-elektrod). Elektrod rujukan yang dipanggil digunakan untuk mengekalkan potensi elektrod penderiaan pada nilai tetap. Untuk tujuan ini dan biasanya untuk pengendalian penderia elektrokimia, litar potensi berterusan diperlukan.

Ⅱ. Komponen penderia elektrokimia

Penderia elektrokimia terdiri daripada empat komponen utama berikut:

1. Membran boleh bernafas (juga dikenali sebagai membran hidrofobik): Membran ini berfungsi untuk menutup elektrod penderiaan (mangkin) dan, dalam keadaan tertentu, mengawal berat molekul gas yang sampai ke permukaan elektrod. Biasanya, membran ini dibuat daripada filem Teflon dengan keliangan yang rendah. Apabila membran ini digunakan untuk menutup elektrod, penderia dirujuk sebagai penderia bersalut. Sebagai alternatif, filem Teflon keliangan tinggi boleh digunakan, bersama-sama dengan kapilari, untuk mengawal berat molekul gas yang mencapai permukaan elektrod. Konfigurasi ini dikenali sebagai sensor jenis kapilari. Selain menyediakan perlindungan mekanikal untuk sensor, filem ini juga berfungsi sebagai penapis, menghapuskan zarah yang tidak diingini. Untuk memastikan berat molekul gas yang sesuai dibenarkan untuk melaluinya, adalah penting untuk memilih saiz apertur yang sesuai untuk kedua-dua membran dan kapilari. Saiz apertur mesti membenarkan molekul gas yang mencukupi untuk mencapai elektrod penderiaan sambil menghalang kebocoran atau pengeringan cepat elektrolit cecair.

2. Elektrod: Adalah penting untuk memilih bahan elektrod dengan teliti. Bahan tersebut hendaklah bersifat pemangkin, mampu melakukan tindak balas separa elektrolitik dalam tempoh yang berpanjangan. Biasanya, elektrod dibuat daripada logam berharga, seperti platinum atau emas, yang bertindak balas dengan cekap dengan molekul gas melalui pemangkinan. Bergantung pada reka bentuk penderia, tiga elektrod boleh dibina daripada bahan yang berbeza untuk memudahkan tindak balas elektrolisis.

3. Elektrolit: Elektrolit mestilah berkemampuan untuk memudahkan tindak balas elektrolitik dan memindahkan cas ionik ke elektrod dengan cekap. Ia juga mesti membentuk potensi rujukan yang stabil dengan elektrod rujukan dan serasi dengan bahan yang digunakan dalam penderia. Tambahan pula, penyejatan pantas elektrolit boleh menyebabkan isyarat sensor menjadi lemah, yang berpotensi menjejaskan ketepatan dan kebolehpercayaannya.

4. Penapis: Kadangkala, penapis penyental diletakkan di hadapan penderia untuk menghapuskan gas yang tidak diingini. Pemilihan penapis adalah terhad, dengan setiap jenis mempamerkan tahap kecekapan yang berbeza. Karbon teraktif berdiri sebagai bahan penapis yang paling banyak digunakan, dengan berkesan menapis kebanyakan bahan kimia, tidak termasuk karbon monoksida. Dengan berhati-hati memilih media penapis yang sesuai, penderia elektrokimia mencapai selektiviti yang lebih tinggi terhadap gas yang dimaksudkan.

Ⅲ. Klasifikasi Penderia Elektrokimia

Terdapat banyak cara untuk mengklasifikasikan penderia elektrokimia. Bergantung pada isyarat keluaran yang berbeza-beza, ia boleh dibahagikan kepada penderia potensiometri, penderia amperometri dan penderia konduktometri.

Mengikut bahan yang dikesan oleh penderia elektrokimia, penderia elektrokimia boleh dikelaskan terutamanya kepada penderia ion, penderia gas dan biosensor.

Ⅳ. Sifat Utama dan Faktor Yang Mempengaruhi

1. Kepekaan

Faktor utama yang mempengaruhi kepekaan termasuk: aktiviti pemangkin, pengambilan udara, kekonduksian elektrolit, dan suhu ambien.

2. Pemulihan tindak balas

Faktor utama yang mempengaruhi kelajuan pemulihan tindak balas ialah aktiviti mangkin, kekonduksian elektrolit, struktur ruang gas, sifat gas, dll.

3. Selektif/gangguan silang

Faktor utama yang mempengaruhi selektiviti termasuk jenis mangkin, elektrolit, voltan pincang, penapis, dll.

4. Kebolehulangan/Kestabilan jangka panjang

Faktor yang mempengaruhi kebolehulangan termasuk: kestabilan struktur elektrod, kestabilan elektrolit, kestabilan litar gas, dsb.

5、Prestasi suhu tinggi dan rendah

Faktor yang mempengaruhi kestabilan suhu tinggi dan rendah termasuk: aktiviti mangkin, kestabilan struktur elektrod dan ciri gas.

V. Empat aplikasi utama penderia elektrokimia

Penderia elektrokimia digunakan secara meluas dalam kawasan industri dan awam pengesanan gas, boleh mengesan ozon, formaldehid, karbon monoksida, ammonia, hidrogen sulfida, sulfur dioksida, nitrogen dioksida, oksigen dan gas lain, yang biasa digunakan dalam instrumentasi mudah alih dan peralatan pemantauan dalam talian gas.

1. Penderia Kelembapan

Kelembapan adalah penunjuk penting persekitaran udara, kelembapan udara dan badan manusia mempunyai hubungan rapat antara haba penyejatan, suhu tinggi dan kelembapan yang tinggi, disebabkan oleh kesukaran penyejatan air badan manusia dan berasa tersumbat, suhu rendah dan kelembapan yang tinggi, proses pelesapan haba badan manusia adalah sengit, mudah menyebabkan selsema dan radang dingin. Suhu yang paling sesuai untuk badan manusia ialah 18 ~ 22 ℃, kelembapan relatif ialah 35% ~ 65% RH. Dalam pemantauan persekitaran dan kesihatan, ia biasanya digunakan dalam thermo-hygrometer mentol basah, hygrometer engkol tangan dan hygrometer pengudaraan dan instrumen lain untuk menentukan kelembapan udara.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, sebilangan besar literatur melaporkan tentang penggunaan sensor untuk menentukan kelembapan udara. Kristal kuarza piezoelektrik bersalut yang digunakan untuk penentuan kelembapan relatif dibuat menjadi kristal piezoelektrik kuarza kecil dengan teknik fotolitografi dan etsa kimia, dan empat bahan disalut pada kristal kuarza 10 MHz potong AT, yang mempunyai kepekaan jisim yang tinggi terhadap kelembapan. Kristal ialah resonator dalam litar berayun yang frekuensinya berbeza-beza mengikut jisim, dan dengan memilih salutan yang sesuai, sensor boleh digunakan untuk menentukan kelembapan relatif gas yang berbeza. Kepekaan, kelinearan tindak balas, masa tindak balas, selektiviti, histerisis dan hayat penderia bergantung pada sifat bahan kimia salutan.

2, penderia nitrogen oksida

Nitrogen oksida ialah pelbagai oksida nitrogen yang terdiri daripada campuran gas, selalunya dinyatakan sebagai NOX. Dalam nitrogen oksida, pelbagai bentuk nitrogen oksida kestabilan kimia adalah berbeza, udara sering dibahagikan kepada sifat kimia nitrogen monoksida dan nitrogen dioksida yang agak stabil, kepentingan mereka dalam kebersihan nampaknya lebih penting daripada bentuk nitrogen oksida yang lain.

Dalam analisis alam sekitar, nitrogen oksida secara amnya merujuk kepada nitrogen dioksida. Kaedah standard China untuk memantau nitrogen oksida adalah kaedah kolorimetrik naftalena etilenadiamine hidroklorida, kepekaan kaedah ialah 0.25ug/5ml, kaedah pekali penukaran dipengaruhi oleh komposisi larutan penyerap, kepekatan nitrogen dioksida, kelajuan pengumpulan gas, struktur tiub penyerap, kewujudan bersama ion dan suhu dan banyak faktor lain, tidak sepenuhnya bersatu. Penentuan sensor ialah kaedah baharu yang dibangunkan sejak beberapa tahun kebelakangan ini.

3、Penderia Gas Hidrogen Sulfida

Hidrogen sulfida ialah gas tidak berwarna dan mudah terbakar dengan bau telur busuk yang istimewa, yang merengsa dan menyesakkan nafas, serta berbahaya kepada tubuh manusia. Kebanyakan kaedah menggunakan kalorimetri dan kromatografi gas untuk menentukan hidrogen sulfida di udara. Penentuan bahan pencemar udara yang kandungannya selalunya serendah paras mg/m3 adalah salah satu aplikasi utama penderia gas, tetapi penderia gas semikonduktor tidak dapat memenuhi keperluan sensitiviti dan selektiviti untuk memantau gas pencemar tertentu dalam tempoh yang singkat. masa.

Tatasusunan penderia filem nipis dop perak terdiri daripada empat penderia yang merekodkan kepekatan sulfur dioksida dan hidrogen sulfida secara serentak menggunakan penganalisis universal berdasarkan pentitratan koulometrik dan isyarat daripada tatasusunan penderia gas semikonduktor. Amalan telah menunjukkan bahawa penderia filem nipis dop perak yang digunakan pada 150 °C dalam cara suhu malar adalah berkesan untuk memantau kandungan hidrogen sulfida dalam udara bandar.

4. Penderia Sulfur Dioksida

Sulfur dioksida adalah salah satu bahan utama yang mencemarkan udara, dan pengesanan sulfur dioksida dalam udara adalah bahagian biasa ujian udara. Aplikasi penderia dalam memantau sulfur dioksida telah menunjukkan keunggulan yang besar, daripada memendekkan masa pengesanan kepada menurunkan had pengesanan. Polimer pepejal digunakan sebagai membran pertukaran ion, dengan satu sisi membran mengandungi elektrolit dalaman untuk kaunter dan elektrod rujukan, dan elektrod platinum dimasukkan pada sisi lain untuk membentuk sensor sulfur dioksida. Penderia dipasang dalam sel aliran dan mengoksidakan sulfur dioksida pada voltan 0.65V. Kandungan sulfur dioksida kemudiannya ditunjukkan. Peranti penderiaan mempamerkan kepekaan arus yang tinggi, masa tindak balas yang singkat, kestabilan yang baik, hingar latar belakang yang rendah, julat linear 0.2 mmol/L, had pengesanan 8*10-6 mmol/L, dan nisbah isyarat-ke-bunyi daripada 3.

Sensor bukan sahaja boleh mengesan sulfur dioksida di udara, tetapi juga digunakan untuk mengesan sulfur dioksida dalam cecair kekonduksian rendah. Salutan sensitif gas bagi penderia gas sulfur dioksida filem nipis silikat diubah suai secara organik telah direka menggunakan proses sol-gel dan teknologi putaran. Salutan ini mempamerkan kebolehulangan dan keterbalikan yang sangat baik dalam penentuan sulfur dioksida, dengan masa tindak balas pantas kurang daripada 20 saat. Selain itu, ia menunjukkan interaksi minimum dengan gas lain dan dipengaruhi secara minimum oleh perubahan suhu dan kelembapan.