应用电化学电化学传感器.ppt

气体传感器研究方向大多集中在：(1)扩大传感器的检测范围(2)延长传感器的使用寿命及实现其小型化(3)新技术在电化学传感器中的应用第23页，课件共60页，创作于2023年2月9.2.2Clark电极Clark电极：最早用于氧检测的电流型气体传感受器，在许多场合下对氧气的检测。Clark电极是一种封闭式氧电极，它是用一疏水透气膜将电解池体系与待测体系分开，以防止电极被待测溶液中某些组分污染而中毒第24页，课件共60页，创作于2023年2月Clark的基本原理氧气进入膜后在电极表面迅速成还原。因此，在铂电极附近氧气压为零，这时外电路检测的氧气还原电流正比于气相中氧气的分压，从电流的值可以测定氧气的浓度。Clark电极的膜结构：一是透气膜，它将电极、电解液与待测溶液分开；二是液膜，在透气膜与电极之间保持有一很薄的、由电解液形成的液膜，大约5~15?m。透气膜一般选用聚四氟乙烯，其中用得最多的是10~20?m厚的聚四氟乙烯膜。第25页，课件共60页，创作于2023年2月9.2.3.控制电位电解型气体传感器的结构原理A.电流型气体传感器的共同特性：(1)都有供气体进人的气室或薄膜(2)一般有三个电极(3)有离子导电性的电解质溶液第26页，课件共60页，创作于2023年2月控制电位电解型气体传感器的结构原理曝光罩隔离器工作电极参比电极对电极电解液通道电解质室底盖排气孔接线柱几何结构示意图第27页，课件共60页，创作于2023年2月电解液气室多孔电极多孔膜过滤器H+H+H+H+H+H+CO(g)(1)(2)WE(3)CO(aq)(4)(5)(6)(7)CO2(aq)(8)CO2(g)(9)样品出口控制电位电解型气体传感器的工作过程第28页，课件共60页，创作于2023年2月(1)被测气体进入传感器气室(2)反应物从气室到达工作电极前面的多孔膜，并向电极-电解液界面扩散(3)电活性物质在电解液中溶解(4)电活性物质在电极表面吸附(5)扩散控制下的电化学反应(6)产物脱附(7)产物离开电极表面的扩散(8)产物的排除影响参数包括：进样速度，工作电极成分，电解液的类型与用量，膜的孔积率和渗透力，工作电极的电位第29页，课件共60页，创作于2023年2月9.2.4.电流型气体传感器的几个性能指标1、灵敏度灵敏度是电化学传感器的一个重要的特性指标，一些特殊行业如室内空气监测，海关检查走私、违禁物品（药品，炸弹或其他易燃易爆品）时，要求能检测10-9,10-12数量级甚至更低检测下限的物质浓度。第30页，课件共60页，创作于2023年2月电化学传感器灵敏度的影响因素：(1)待测物在检测系统中的传质速度；(2)电极材料的电化学活性（包括电极材料、电极的物理形状和工作时的电极电势）；(3)反应过程中每摩尔物质传递的电流；(4)待测物在电解液中的溶解性和流动性；(5)传感器的几何形状和样品进人的方法；(6)工作电极产生的噪声信号大小。第31页，课件共60页，创作于2023年2月2、选择性传感器工作时的电极电势和电催化剂的选择直接影响传感器的选择性。如：热力学角度：NO和N2共存条件下检测N2气体，可以选择N2的热力学电势为工作电势，使得在该电势下N2气体发生反应而NO气体不反应。动力学角度：以NO气体传感器为例，NO在Au，Pt电极上反应都很快，但由于CO在Au电极上的反应速度比其在Pt电极上要慢103~106倍，所以，在NO和CO气体共存的环境中用Au电极检测NO气体就可以获得很好的选择性。第32页，课件共60页，创作于2023年2月3、响应时间在安全测试过程中，要求传感器能对环境成分（尤其是有毒气体）作出快速响应，以确保生命和财产安全。定电位电解型气体传感器的响应时间在很大程度上取决于：A、工作电极与参比电极间的电阻，即溶液电阻。B、气室的体积和电极反应速率常数。C、膜的厚度（即缩短气体扩散路径）也是缩短响应时间的一个方法。第33页，课件共60页，创作于2023年2月4、底电流和噪声噪声与底电流的存在都对传感器的灵敏度产生不利影响。如果能最大程度地降低底电流和噪声，传感器的灵敏度将显著提高。产生底电流和噪声的原因：(1)电解液或电极上的杂质，如微量溶解氧或金属；(2)电极的腐蚀。即在阳极电势范围内，贵金属电极催化剂表面缓慢生成氧化层；(3)反应物或对电极上的反应产物的扩散。处理方案：在实际工作中，测出稳定的底电流和噪声后，可以用计算机软件对实测信号进行扣除第34页，课件共60页，创作于2023