Unajua nini kuhusu sensorer za electrochemical

Sensor ya kielektroniki ni aina ya sensa inayotegemea sifa za kieletrokemikali za kichanganuzi kubadilisha kiasi cha kemikali kuwa kiasi cha umeme kwa ajili ya kuhisi na kutambua.

Sensorer za awali kabisa za elektrokemikali ni za miaka ya 1950, zilipotumika kwa ufuatiliaji wa oksijeni. Na hadi miaka ya 1980, zilipotumiwa kufuatilia aina mbalimbali za gesi zenye sumu na zilionyesha unyeti mzuri na kuchagua.

Ⅰ. Kanuni ya kazi ya sensor ya electrochemical

 Vihisi vya kemikali za kielektroniki hufanya kazi kwa kuitikia kemikali huku gesi ikipimwa na kutoa mawimbi ya umeme sawia na ukolezi wa gesi. Sensorer nyingi za gesi ya kielektroniki zinazalisha mkondo unaolingana sawia na ukolezi wa gesi.

 Sensor ya gesi ya kielektroniki hufanya kazi kama ifuatavyo: Molekuli za gesi lengwa zinapogusana na kitambuzi hupitia kiwambo ambacho huzuia kufidia na pia hufanya kazi kama kizuizi cha vumbi. Kisha molekuli za gesi huenea kupitia tube ya capillary, ikiwezekana kupitia chujio kinachofuata, na kisha kupitia membrane ya hydrophobic kwenye uso wa electrode ya kuhisi. Hapo molekuli hutiwa oksidi mara moja au kupunguzwa, hivyo kuzalisha au kuteketeza elektroni hivyo kuzalisha mkondo wa umeme.

 Ni muhimu kutambua kwamba kiasi cha molekuli za gesi zinazoingia kwenye sensor kwa njia hii ni mdogo kwa kuenea kwa njia ya capillary. Kwa kuboresha njia, ishara inayofaa ya umeme inapatikana kulingana na safu ya kipimo inayotaka. Muundo wa elektrodi ya kuhisi ni muhimu ili kufikia mwitikio wa juu kwa gesi inayolengwa na kukandamiza majibu yasiyofaa kwa gesi zinazoingilia. Inahusisha mfumo wa hatua tatu wa vitu vikali, vimiminika na gesi, na yote yanahusisha utambuzi wa kemikali wa gesi ya uchanganuzi. Seli ya elektrokemikali inakamilishwa na kinachojulikana kama elektrodi ya kukabiliana, elektrodi ya Cont, ambayo husawazisha majibu kwenye elektrodi ya kuhisi. Mkondo wa ioni kati ya elektrodi ya Cont na elektrodi ya Sen husafirishwa na elektroliti ndani ya chombo cha kihisi, huku njia ya sasa ikitolewa kupitia waya uliokatishwa na kiunganishi cha pini. Electrode ya tatu ni kawaida pamoja na katika sensorer electrochemical (3-electrode sensorer). Kinachojulikana kama electrode ya kumbukumbu hutumiwa kudumisha uwezo wa electrode ya kuhisi kwa thamani ya kudumu. Kwa kusudi hili na kwa kawaida kwa ajili ya uendeshaji wa sensorer electrochemical, mzunguko wa uwezo wa mara kwa mara unahitajika.

Ⅱ. Vipengele vya sensor ya electrochemical

Sensor ya electrochemical inajumuisha vipengele vinne muhimu vifuatavyo:

1. Utando unaoweza kupumua (pia hujulikana kama utando wa haidrofobu): Utando huu hutumika kufunika elektrodi za kuhisi (kichochezi) na, katika hali fulani, kudhibiti uzito wa molekuli ya gesi zinazofika kwenye uso wa elektrodi. Kwa kawaida, utando huu hutengenezwa kutoka kwa filamu za Teflon na porosity ya chini. Wakati utando huu unatumika kufunika elektrodi, vitambuzi hurejelewa kama vitambuzi vilivyofunikwa. Vinginevyo, filamu ya Teflon yenye porosity ya juu inaweza kutumika, pamoja na kapilari, kudhibiti uzito wa molekuli ya gesi inayofikia uso wa electrode. Usanidi huu unajulikana kama kihisi cha aina ya kapilari. Kando na kutoa ulinzi wa mitambo kwa kihisi, filamu pia hufanya kazi kama kichujio, ikiondoa chembe zisizohitajika. Ili kuhakikisha uzito unaofaa wa molekuli ya gesi inaruhusiwa kupita, ni muhimu kuchagua ukubwa unaofaa wa aperture kwa membrane na capillary. Saizi ya tundu lazima iruhusu molekuli za gesi za kutosha kufikia elektrodi ya kuhisi huku ikizuia kuvuja au kukauka haraka kwa elektroliti kioevu.

2. Electrode: Ni muhimu kuchagua kwa uangalifu nyenzo za elektrodi. Nyenzo zinapaswa kuwa za kichocheo, zenye uwezo wa kufanya majibu ya nusu-electrolytic kwa muda mrefu. Kwa kawaida, elektrodi hutengenezwa kutoka kwa madini ya thamani, kama vile platinamu au dhahabu, ambayo huathiri vyema molekuli za gesi kupitia kichocheo. Kulingana na muundo wa kihisi, elektrodi tatu zinaweza kujengwa kutoka kwa nyenzo tofauti ili kuwezesha mmenyuko wa elektrolisisi.

3. Electroliti: Electroliti lazima iwe na uwezo wa kuwezesha athari za kielektroniki na kupitisha chaji ya ioni kwa elektrodi kwa ufanisi. Ni lazima pia kuunda uwezo thabiti wa kumbukumbu na electrode ya kumbukumbu na iendane na vifaa vinavyotumiwa ndani ya sensor. Zaidi ya hayo, uvukizi wa haraka wa electrolyte unaweza kusababisha kudhoofika kwa ishara ya sensor, uwezekano wa kuhatarisha usahihi na uaminifu wake.

4. Vichungi: Mara kwa mara, vichujio vya scrubber vinawekwa mbele ya sensor ili kuondokana na gesi zisizohitajika. Uchaguzi wa vichungi ni mdogo, na kila aina inaonyesha kiwango tofauti cha ufanisi. Mkaa ulioamilishwa husimama kama nyenzo ya kichujio inayotumiwa sana, ikichuja kwa ufanisi kemikali nyingi, bila kujumuisha monoksidi kaboni. Kwa kuchagua kwa uangalifu vyombo vya habari vya chujio vinavyofaa, sensorer za electrochemical hufikia uteuzi wa juu kuelekea gesi zinazokusudiwa.

Ⅲ. Uainishaji wa Sensor ya Electrochemical

Kuna njia nyingi za kuainisha sensorer za electrochemical. Kulingana na ishara zao za pato tofauti, zinaweza kugawanywa katika sensorer za potentiometri, sensorer za amperometric, na sensorer za conductometriki.

Kulingana na vitu vinavyogunduliwa na vitambuzi vya elektrokemikali, vitambuzi vya elektrokemikali vinaweza kuainishwa hasa katika vihisi vya ioni, vihisi vya gesi na vihisi vya kibiolojia.

Ⅳ. Sifa Kuu na Mambo ya Ushawishi

1. Usikivu

Sababu kuu zinazoathiri unyeti ni pamoja na: shughuli za kichocheo, ulaji wa hewa, conductivity ya electrolyte, na joto la kawaida.

2. Ahueni ya majibu

Sababu kuu zinazoathiri kasi ya kurejesha majibu ni shughuli za kichocheo, conductivity ya electrolyte, muundo wa chumba cha gesi, mali ya gesi, nk.

3. Uteuzi/Uingilivu Mtambuka

Sababu kuu zinazoathiri kuchagua ni pamoja na aina ya kichocheo, electrolyte, voltage ya upendeleo, chujio, nk.

4. Kujirudia/Utulivu wa muda mrefu

Mambo yanayoathiri kurudia ni pamoja na: utulivu wa muundo wa electrode, utulivu wa electrolyte, utulivu wa mzunguko wa gesi, nk.

5, utendaji wa joto la juu na la chini

Mambo yanayoathiri utulivu wa joto la juu na la chini ni pamoja na: shughuli za kichocheo, utulivu wa muundo wa electrode, na sifa za gesi.

V. Matumizi makubwa manne ya vitambuzi vya elektrokemikali

Sensorer za elektrokemikali hutumika sana katika maeneo ya viwandani na ya kiraia ya kugundua gesi, zinaweza kugundua ozoni, formaldehyde, monoksidi kaboni, amonia, salfidi hidrojeni, dioksidi ya sulfuri, dioksidi ya nitrojeni, oksijeni na gesi zingine, zinazotumika kwa kawaida katika ala zinazobebeka na uwekaji wa ala za ufuatiliaji wa gesi mtandaoni.

1. Sensorer ya unyevu

Unyevu ni kiashiria muhimu cha mazingira ya hewa, unyevu wa hewa na mwili wa binadamu una uhusiano wa karibu kati ya joto la uvukizi, joto la juu na unyevu wa juu, kutokana na matatizo ya uvukizi wa maji ya mwili wa binadamu na kujisikia stuffy, joto la chini na unyevu wa juu, mwili wa binadamu joto itawaangamiza mchakato ni makali, rahisi kusababisha homa na jamidi. Joto linalofaa zaidi kwa mwili wa binadamu ni 18 ~ 22 ℃, unyevu wa jamaa ni 35% ~ 65% RH. Katika ufuatiliaji wa mazingira na afya, hutumiwa kwa kawaida katika thermo-hygrometer ya balbu yenye unyevunyevu, kipima sauti kilichopigiliwa kwa mkono na kipima hewa cha kupitisha hewa na vyombo vingine ili kubaini unyevu wa hewa.

Katika miaka ya hivi karibuni, idadi kubwa ya ripoti za maandiko juu ya matumizi ya sensorer kuamua unyevu wa hewa. Fuwele za quartz zilizofunikwa za piezoelectric zinazotumiwa kuamua unyevu wa jamaa hutengenezwa kwa fuwele ndogo za piezoelectric za quartz na mbinu za kupiga picha na kemikali, na vitu vinne vimewekwa kwenye fuwele za quartz za AT-cut 10 MHz, ambazo zina unyeti mkubwa wa unyevu kwa unyevu. Kioo ni resonator katika mzunguko wa oscillating ambao mzunguko unatofautiana na wingi, na kwa kuchagua mipako inayofaa, sensor inaweza kutumika kuamua unyevu wa jamaa wa gesi tofauti. Unyeti, mstari wa majibu, wakati wa majibu, kuchagua, hysteresis na maisha ya sensor hutegemea asili ya kemikali za mipako.

2, Sensor ya oksidi ya nitrojeni

Oksidi ya nitrojeni ni aina mbalimbali za oksidi za nitrojeni zinazojumuisha mchanganyiko wa gesi, mara nyingi huonyeshwa kama NOX. Katika oksidi ya nitrojeni, aina tofauti za utulivu wa kemikali ya oksidi ya nitrojeni ni tofauti, hewa mara nyingi hugawanywa katika mali ya kemikali ya kiasi kikubwa ya monoksidi ya nitrojeni na dioksidi ya nitrojeni, umuhimu wao katika usafi unaonekana kuwa muhimu zaidi kuliko aina nyingine za oksidi ya nitrojeni.

Katika uchambuzi wa mazingira, oksidi ya nitrojeni kwa ujumla inahusu dioksidi ya nitrojeni. Njia ya kawaida ya China ya ufuatiliaji wa oksidi za nitrojeni ni njia ya rangi ya naphthalene ethylenediamine hydrochloride, unyeti wa njia ni 0.25ug/5ml, njia ya mgawo wa ubadilishaji huathiriwa na muundo wa suluhisho la kunyonya, mkusanyiko wa dioksidi ya nitrojeni, kasi. ya mkusanyiko wa gesi, muundo wa bomba la kunyonya, kuwepo kwa ions na joto na mambo mengine mengi, sio umoja kabisa. Uamuzi wa sensor ni njia mpya iliyoundwa katika miaka ya hivi karibuni.

3, Kihisi cha Gesi ya Sulfidi ya Haidrojeni

Sulfidi hidrojeni ni gesi isiyo na rangi, inayoweza kuwaka na harufu maalum ya yai iliyooza, ambayo inakera na kupumua, na inadhuru kwa mwili wa binadamu. Mbinu nyingi hutumia calorimetry na kromatografia ya gesi ili kuamua sulfidi hidrojeni katika hewa. Uamuzi wa vichafuzi vya hewa ambavyo maudhui yake mara nyingi huwa chini kama kiwango cha mg/m3 ni mojawapo ya matumizi makuu ya vitambuzi vya gesi, lakini vitambuzi vya gesi ya semiconductor haviwezi kukidhi mahitaji ya unyeti na uteuzi wa kufuatilia baadhi ya gesi chafuzi kwa muda mfupi. ya wakati.

Mkusanyiko wa sensa ya filamu-nyembamba yenye rangi ya fedha ina vihisi vinne ambavyo hurekodi kwa wakati mmoja viwango vya dioksidi ya salfa na salfidi hidrojeni kwa kutumia kichanganuzi cha ulimwengu wote kulingana na titration ya coulometric na mawimbi kutoka kwa safu ya semiconductor ya gesi. Mazoezi yameonyesha kuwa vitambuzi vya filamu-nyembamba vya rangi ya fedha vinavyotumiwa kwa 150 °C kwa hali ya joto isiyobadilika ni bora kwa ufuatiliaji wa maudhui ya sulfidi hidrojeni katika hewa ya mijini.

4. Sensor ya Dioksidi ya Sulfuri

Dioksidi ya sulfuri ni mojawapo ya vitu kuu vinavyochafua hewa, na kugundua dioksidi ya sulfuri katika hewa ni sehemu ya kawaida ya kupima hewa. Utumiaji wa vitambuzi katika kufuatilia dioksidi ya salfa umeonyesha ubora mkubwa, kutoka kwa kufupisha muda wa utambuzi hadi kupunguza kikomo cha ugunduzi. Polima imara hutumiwa kama tando za kubadilishana ioni, huku upande mmoja wa utando una elektroliti za ndani za kaunta na elektrodi za marejeleo, na elektrodi ya platinamu ikiingizwa upande mwingine kuunda kihisi cha dioksidi sulfuri. Sensor ni vyema katika kiini mtiririko na oxidise dioksidi sulfuri katika voltage ya 0.65V. Yaliyomo ya dioksidi sulfuri basi yanaonyeshwa. Kifaa cha kutambua hisia kinaonyesha unyeti wa juu wa sasa, muda mfupi wa majibu, uthabiti mzuri, kelele ya chini chinichini, safu ya mstari wa 0.2 mmol/L, kikomo cha utambuzi cha 8*10-6 mmol/L, na uwiano wa mawimbi hadi kelele. ya 3.

Sensor haiwezi tu kuchunguza dioksidi ya sulfuri katika hewa, lakini pia kutumika kuchunguza dioksidi ya sulfuri katika kioevu cha chini cha conductivity. Mipako ambayo ni nyeti kwa gesi ya sensor ya gesi ya silicate iliyorekebishwa kikaboni iliundwa kwa kutumia mchakato wa sol-gel na teknolojia ya spin. Mipako hii huonyesha uwezo bora wa kuzaliana na ugeuzaji nyuma katika uamuzi wa dioksidi ya sulfuri, na muda wa majibu wa haraka wa chini ya sekunde 20. Zaidi ya hayo, inaonyesha mwingiliano mdogo na gesi nyingine na huathiriwa kidogo na mabadiliko ya joto na unyevu.