Elektrokimyoviy sensorlar haqida nimalarni bilasiz O'zbekiston

Elektrokimyoviy sensor kimyoviy miqdorni sezish va aniqlash uchun elektr miqdoriga o'tkazish uchun tahlil qiluvchining elektrokimyoviy xususiyatlariga tayanadigan sensorning bir turi.

Eng qadimgi elektrokimyoviy sensorlar 1950-yillarga to'g'ri keladi, ular kislorod monitoringi uchun ishlatilgan. Va 1980-yillarga qadar, ular zaharli gazlarning keng spektrini kuzatish uchun ishlatilgan va yaxshi sezgirlik va selektivlik ko'rsatgan.

Ⅰ. Elektrokimyoviy sensorning ishlash printsipi

 Elektrokimyoviy sensorlar o'lchanayotgan gaz bilan kimyoviy reaksiyaga kirishib, gaz konsentratsiyasiga mutanosib elektr signalini ishlab chiqarish orqali ishlaydi. Ko'pgina elektrokimyoviy gaz sensorlari gaz konsentratsiyasiga lineer proportsional bo'lgan oqim hosil qiladi.

 Elektrokimyoviy gaz sensori quyidagicha ishlaydi: Sensor bilan aloqada bo'lgan maqsadli gaz molekulalari birinchi navbatda kondensatsiyani oldini oluvchi diafragma orqali o'tadi va shuningdek, chang to'sig'i vazifasini bajaradi. Keyin gaz molekulalari kapillyar naycha orqali, ehtimol keyingi filtr orqali, so'ngra hidrofobik membrana orqali sensorli elektrod yuzasiga tarqaladi. U erda molekulalar zudlik bilan oksidlanadi yoki kamayadi, shuning uchun elektronlarni hosil qiladi yoki iste'mol qiladi, shuning uchun elektr tokini hosil qiladi.

 Shuni ta'kidlash kerakki, bu tarzda sensorga kiradigan gaz molekulalarining miqdori kapillyar orqali diffuziya bilan cheklangan. Yo'lni optimallashtirish orqali kerakli o'lchov oralig'iga muvofiq tegishli elektr signali olinadi. Sensorli elektrodning dizayni maqsadli gazga yuqori ta'sirchanlikka erishish va shovqin qiluvchi gazlarga kiruvchi javoblarni bostirish uchun juda muhimdir. Bu qattiq moddalar, suyuqliklar va gazlar uchun uch bosqichli tizimni o'z ichiga oladi va ularning barchasi analit gazining kimyoviy identifikatsiyasini o'z ichiga oladi. Elektrokimyoviy xujayra teskari elektrod deb ataladigan, sezgir elektroddagi reaktsiyani muvozanatlashtiradigan Cont elektrod bilan yakunlanadi. Cont elektrod va Sen elektrod o'rtasidagi ionli oqim sensor tanasi ichidagi elektrolitlar tomonidan tashiladi, oqim yo'li esa pinli ulagich bilan tugaydigan sim orqali ta'minlanadi. Uchinchi elektrod odatda elektrokimyoviy sensorlarga (3 elektrodli sensorlar) kiradi. Sensor elektrodning potentsialini belgilangan qiymatda ushlab turish uchun mos yozuvlar elektrod deb ataladigan elektrod ishlatiladi. Shu maqsadda va odatda elektrokimyoviy sensorlarning ishlashi uchun doimiy potentsial sxema talab qilinadi.

Ⅱ. Elektrokimyoviy sensorning tarkibiy qismlari

Elektrokimyoviy sensor quyidagi to'rtta asosiy komponentni o'z ichiga oladi:

1. Nafas oluvchi membranalar (shuningdek, hidrofobik membranalar sifatida ham tanilgan): Bu membranalar sezgir (katalitik) elektrodlarni qoplash uchun xizmat qiladi va ba'zi hollarda elektrod yuzasiga etib boradigan gazlarning molekulyar og'irligini tartibga soladi. Odatda, bu membranalar past poroziteli teflon plyonkalardan ishlab chiqariladi. Ushbu membranalar elektrodlarni qoplash uchun ishlatilsa, sensorlar qoplangan sensorlar deb ataladi. Shu bilan bir qatorda, elektrod yuzasiga yetib boradigan gazning molekulyar og'irligini nazorat qilish uchun kapillyar bilan birga yuqori porozlikli teflon plyonkadan foydalanish mumkin. Ushbu konfiguratsiya kapillyar turdagi sensor sifatida tanilgan. Sensorni mexanik himoya qilishdan tashqari, plyonka filtr vazifasini ham bajaradi va kiruvchi zarralarni yo'q qiladi. Gazning tegishli molekulyar og'irligi o'tishiga ruxsat berish uchun membrana va kapillyar uchun mos diafragma o'lchamini tanlash juda muhimdir. Diafragma o'lchami suyuqlik elektrolitining oqishi yoki tez qurib ketishining oldini olish uchun etarli miqdorda gaz molekulalarining sensorli elektrodga etib borishiga imkon berishi kerak.

2. Elektrod: Elektrod materialini diqqat bilan tanlash juda muhimdir. Material katalitik bo'lishi kerak, uzoq vaqt davomida yarim elektrolitik reaktsiyani amalga oshirishga qodir. Odatda elektrodlar platina yoki oltin kabi qimmatbaho metallardan ishlab chiqariladi, ular kataliz orqali gaz molekulalari bilan samarali reaksiyaga kirishadilar. Sensorning dizayniga qarab, elektroliz reaktsiyasini osonlashtirish uchun uchta elektrod turli materiallardan tuzilishi mumkin.

3. Elektrolit: Elektrolit elektrolitik reaktsiyalarni osonlashtirishi va ion zaryadini elektrodga samarali o'tkazish qobiliyatiga ega bo'lishi kerak. Shuningdek, u mos yozuvlar elektrodi bilan barqaror mos yozuvlar potentsialini yaratishi va sensorda ishlatiladigan materiallarga mos kelishi kerak. Bundan tashqari, elektrolitning tez bug'lanishi sensor signalining zaiflashishiga olib kelishi mumkin, bu uning aniqligi va ishonchliligini buzishi mumkin.

4. Filtrlar: Ba'zida kiruvchi gazlarni yo'qotish uchun skrubber filtrlari sensorning oldiga o'rnatiladi. Filtrlarni tanlash cheklangan, har bir tur alohida samaradorlik darajasini namoyish etadi. Faollashtirilgan uglerod eng ko'p ishlatiladigan filtr materiali bo'lib, uglerod oksidi bundan mustasno, ko'pgina kimyoviy moddalarni samarali filtrlaydi. Tegishli filtr muhitini diqqat bilan tanlab, elektrokimyoviy sensorlar mo'ljallangan gazlarga nisbatan yuqori selektivlikka erishadilar.

Ⅲ. Elektrokimyoviy datchikning tasnifi

Elektrokimyoviy sensorlarni tasniflashning ko'plab usullari mavjud. O'zgaruvchan chiqish signallariga ko'ra, ular potentsiometrik sensorlar, amperometrik sensorlar va kondüktometrik sensorlarga bo'linadi.

Elektrokimyoviy sensorlar tomonidan aniqlangan moddalarga ko'ra, elektrokimyoviy sensorlar asosan ion sensorlari, gaz sensorlari va biosensorlarga bo'linishi mumkin.

Ⅳ. Asosiy xususiyatlar va ta'sir etuvchi omillar

1. Sezuvchanlik

Sezuvchanlikka ta'sir qiluvchi asosiy omillarga quyidagilar kiradi: katalizator faolligi, havo olish, elektrolitlar o'tkazuvchanligi va atrof-muhit harorati.

2. Javobni tiklash

Javobni tiklash tezligiga ta'sir qiluvchi asosiy omillar katalizator faolligi, elektrolitlar o'tkazuvchanligi, gaz kamerasining tuzilishi, gaz xossalari va boshqalar.

3. Selektivlik/o‘zaro aralashuv

Selektivlikka ta'sir qiluvchi asosiy omillar qatoriga katalizator turi, elektrolitlar, kuchlanish kuchlanishi, filtr va boshqalar kiradi.

4. Takroriylik/uzoq muddatli barqarorlik

Takrorlanishga ta'sir qiluvchi omillarga quyidagilar kiradi: elektrod strukturasining barqarorligi, elektrolitlar barqarorligi, gaz zanjirining barqarorligi va boshqalar.

5, Yuqori va past haroratli ishlash

Yuqori va past harorat barqarorligiga ta'sir qiluvchi omillarga quyidagilar kiradi: katalizator faolligi, elektrod strukturasining barqarorligi va gaz xususiyatlari.

V. Elektrokimyoviy sensorlarning to'rtta asosiy qo'llanilishi

Elektrokimyoviy sensorlar gazni aniqlashning sanoat va fuqarolik sohalarida keng qo'llaniladi, ozon, formaldegid, uglerod oksidi, ammiak, vodorod sulfidi, oltingugurt dioksidi, azot dioksidi, kislorod va boshqa gazlarni aniqlay oladi, odatda portativ asboblar va gazni onlayn monitoring asboblarida qo'llaniladi.

1. Namlik sensori

Namlik havo muhitining muhim ko'rsatkichi bo'lib, havo namligi va inson tanasi bug'lanish issiqligi, yuqori harorat va yuqori namlik o'rtasida yaqin aloqada bo'lib, inson tanasining suv bug'lanishining qiyinchiliklari va havoni tiqilib qolish, past harorat va yuqori namlik, inson tanasi issiqlik tarqalish jarayoni qizg'in, shamollash va sovuqqa olib kelishi oson. Inson tanasi uchun eng mos harorat 18 ~ 22 ℃, nisbiy namlik 35% ~ 65% RH. Atrof-muhit va salomatlik monitoringida odatda nam lampochkali termo-gigrometr, qo'lda ishlaydigan higrometr va ventilyatsiya higrometri va havo namligini aniqlash uchun boshqa asboblarda qo'llaniladi.

So'nggi yillarda havo namligini aniqlash uchun sensorlardan foydalanish bo'yicha ko'plab adabiyotlarda xabarlar mavjud. Nisbiy namlikni aniqlash uchun ishlatiladigan qoplangan pyezoelektrik kvarts kristallari fotolitografiya va kimyoviy o'yma usullari bilan kichik kvarts pyezoelektrik kristallariga aylantiriladi va namlikka nisbatan yuqori massa sezgirligiga ega bo'lgan AT-kesilgan 10 MGts chastotali kvarts kristallari ustiga to'rtta modda qoplanadi. Kristal tebranish pallasida rezonator bo'lib, uning chastotasi massaga qarab o'zgaradi va tegishli qoplamani tanlab, sensor turli gazlarning nisbiy namligini aniqlash uchun ishlatilishi mumkin. Sensorning sezgirligi, javob chizig'i, javob vaqti, selektivlik, histerezis va ishlash muddati qoplama kimyoviy moddalarining tabiatiga bog'liq.

2, azot oksidi sensori

Azot oksidi gazlar aralashmasidan tashkil topgan turli azot oksidlari bo'lib, ko'pincha NOX sifatida ifodalanadi. Azot oksidida, azot oksidi kimyoviy barqarorligining turli shakllari har xil, havo ko'pincha azot oksidi va azot dioksidining nisbatan barqaror kimyoviy xossalariga bo'linadi, ularning gigienadagi ahamiyati azot oksidining boshqa shakllariga qaraganda muhimroq ko'rinadi.

Atrof-muhitni tahlil qilishda azot oksidi odatda azot dioksidiga ishora qiladi. Xitoyning azot oksidlarini monitoring qilish uchun standart usuli naftalin etilendiamin gidroxloridning kolorimetrik usuli bo'lib, usulning sezgirligi 0.25ug / 5ml, konversiya koeffitsienti usuli changni yutish eritmaning tarkibi, azot dioksidi kontsentratsiyasi, tezligi ta'sir qiladi. gaz to'planishi, absorber trubkasi tuzilishi, ionlar va haroratning birgalikda mavjudligi va boshqa ko'plab omillar to'liq birlashtirilmagan. Sensorni aniqlash so'nggi yillarda ishlab chiqilgan yangi usuldir.

3, Vodorod sulfidi gaz sensori

Vodorod sulfidi rangsiz, yonuvchan, maxsus chirigan tuxum hidiga ega, bezovta qiluvchi va bo'g'uvchi, inson organizmiga zararli gazdir. Ko'pgina usullar havodagi vodorod sulfidini aniqlash uchun kalorimetriya va gaz xromatografiyasidan foydalanadi. Tarkibi ko'pincha mg / m3 darajasidan past bo'lgan havo ifloslantiruvchi moddalarni aniqlash gaz sensorlarining asosiy qo'llanmalaridan biridir, ammo yarimo'tkazgichli gaz sensorlari qisqa vaqt ichida ma'lum ifloslantiruvchi gazlarni kuzatish uchun sezgirlik va selektivlik talablariga javob bera olmaydi. vaqt.

Kumush qo'shilgan yupqa qatlamli datchiklar majmuasi bir vaqtning o'zida kulometrik titrlash va yarimo'tkazgichli gaz sensori massividan kelgan signallarga asoslangan universal analizator yordamida oltingugurt dioksidi va vodorod sulfidi kontsentratsiyasini qayd qiluvchi to'rtta sensordan iborat. Amaliyot shuni ko'rsatdiki, 150 ° C da doimiy haroratda ishlatiladigan kumush qo'shilgan yupqa plyonkali datchiklar shahar havosidagi vodorod sulfidi miqdorini kuzatish uchun samarali.

4. Oltingugurt dioksidi sensori

Oltingugurt dioksidi havoni ifloslantiruvchi asosiy moddalardan biri bo'lib, havoda oltingugurt dioksidini aniqlash havoni tekshirishning muntazam qismidir. Oltingugurt dioksidini kuzatishda datchiklarni qo'llash, aniqlash vaqtini qisqartirishdan tortib, aniqlash chegarasini pasaytirishgacha bo'lgan katta ustunlikni ko'rsatdi. Qattiq polimerlar ion almashinadigan membranalar sifatida ishlatiladi, membrananing bir tomonida hisoblagich va mos yozuvlar elektrodlari uchun ichki elektrolitlar, ikkinchi tomonida oltingugurt dioksidi sensori hosil qilish uchun platinali elektrod o'rnatilgan. Sensor oqim xujayrasiga o'rnatiladi va oltingugurt dioksidini 0.65V kuchlanishda oksidlaydi. Keyin oltingugurt dioksidi tarkibi ko'rsatiladi. Sensor qurilma yuqori oqim sezgirligini, qisqa javob vaqti, yaxshi barqarorlik, past fon shovqini, 0.2 mmol / L chiziqli diapazon, 8 * 10-6 mmol / L aniqlash chegarasi va signal-shovqin nisbatini namoyish etadi. dan 3.

Sensor nafaqat havodagi oltingugurt dioksidini aniqlashi, balki past o'tkazuvchanlikdagi suyuqlikda oltingugurt dioksidini aniqlash uchun ham ishlatilishi mumkin. Organik modifikatsiyalangan silikat yupqa plyonkali oltingugurt dioksidi gaz sensorining gazga sezgir qoplamasi sol-gel jarayoni va spin texnologiyasidan foydalangan holda ishlab chiqarilgan. Ushbu qoplama oltingugurt dioksidini aniqlashda juda yaxshi takrorlanuvchanlik va teskarilikni namoyish etadi, tezkor javob vaqti 20 soniyadan kam. Bundan tashqari, u boshqa gazlar bilan minimal o'zaro ta'sir ko'rsatadi va harorat va namlikning o'zgarishiga minimal ta'sir qiladi.