химический каталог




ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ, устройства, в которых аналит. сигнал обеспечивается протеканием электрохимический процесса. Предназначены для качеств. и количественное анализа химический соединение в жидких и газообразных средах. По сравнению с обычными аналит. приборами отличаются портативностью, простотой конструкции, относительно низкой стоимостью. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ с. составляют наиболее разработанную и широко используемую группу среди устройств, в которых аналит. сигнал обусловлен химический взаимодействие в анализируемой среде (см. Сенсоры химические). Различают потенциометрич., амперометрич., кондуктометрич., импедансометрические ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ с. Аналит. сигналами служат, соответственно: потенциал индикаторного электрода (при нулевом токе через электрохимический ячейку); ток, протекающий через ячейку при заданном значении электродного потенциала; электропроводность раствора электролита; электрохимический импеданс системы, представляющий собой электрич. эквивалент определенного сочетания сопротивлений и емкостей в электрохимический цепи (см. Волътамперометрия, Импедансный метод).
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ с. используют главным образом для определения реакционноспо-собных (электроактивных) веществ, способных электрохимически восстанавливаться или окисляться на индикаторном электроде миниатюрной электрохимический ячейки, которая генерирует аналит. сигнал. В качестве индикаторных электродов служат инертные электроды (Pt, Pd, Au, Ag), химически активные (Сu, In, Sn) или модифицированные комплексными соединение, а также ионселективные электроды. Электролиты может быть жидкими (растворы КCl, H2SO4, буферные растворы), твердыми (ZrO2, Al2О3, Sb2O5 * nH2O и др.), загущенными; применяют также полиэлектролиты.
В современной ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ с. чувствительный элемент (трансдьюсер) по своей сути представляет гальванич. элемент, предложенный Л. Кларком (1953), в котором два электрода и раствор электролита отделены от анализируемой среды полупроницаемой мембраной.

Рис. 1. Полярографический электрохимический детектор кислорода (пояснения в тексте).

Например, в кислородном амперометрич. сенсоре (рис. 1) внутри цилиндрич. корпуса 1 расположены индикаторный электрод 2 из платины и анод 3 из хлорида серебра (он же электрод сравнения). Электролит (водный раствор КCl) заливается в резервуар 4 и образует пленку 5 толщиной около 10 мкм. Полимерная мембрана 6 (полиэтилен, полипропилен, фторопласт, целлофан и др.) отделяет электролит от анализируемой среды (вода, газ), из которой кислород диффундирует через мембрану внутрь элемента и восстанавливается на катодно-поляризованном индикаторном электроде (реакция О2 + 4е- + 4Н+ = 2H2O). Ток восстановления определяется скоростью диффузии О2 сквозь мембрану. Скорость, в свою очередь, зависит от толщины и проницаемости мембраны. Катодная поляризация индикаторного электрода осуществляется как от постороннего источника тока, так и с помощью растворимого анода (гальванич. сенсоры). Информативным параметром является предельный диффузионный ток при постоянном потенциале индикаторного электрода. Такие ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ с. имеют, как правило, линейную зависимость электрич. сигнала от парциального давления О2 (или др. электроактивного газа), что обеспечивает более высокую точность определения по сравнению, например, с потенциометрич. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ с., в котором информативный параметр - равновесный (или квазиравновесный) электродный потенциал - имеет логарифмич. зависимость от содержания газа. Селективность ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ с. определяется выбором подходящего материала электрода и рабочей области потенциалов. При анализе смеси газов необходимо, чтобы электрохимический реакции посторонних компонентов либо не имели места на данном электроде, либо протекали в области более высоких потенциалов.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ с. позволяют проводить анализ газообразных и жидких сред, в том числе суспензий, на содержание О2, О3, Н2, Cl2, H2S, оксидов N, С, S, причем без всякой пробоподготовки. Возможно определение концентраций, как больших (в случае выбросов, утечек загрязняющих газов и т. д.), так и малых -при контроле ПДК. Осн. эксплуатационных характеристики ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ с.: диапазон концентраций, чувствительность, селективность, быстродействие (время установления 90%-ного уровня сигнала), ресурс работы, отношение сигнал/шум. Диапазон концентраций Н2 и O2 составляет от 0 до 100% по объему, Cl2, SO2, H2S, CO - от 0,2 до 200 мг/м3 при быстродействии от 1 до 30 с.
Отдельно выделяют ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ с. для анализа биологическое сред (биосенсоры). На индикаторном электроде биосенсоров закрепляется мембрана из целлофана с иммобилизованным ферментом (глюкозооксидаза, тирозиназа, фенолоксидаза, лакказа и др.). Определяют вещества, которые изменяют скорость ферментативных реакций: субстраты, ингибиторы, сами ферменты (см. Ферментативные методы анализа). Биосенсоры позволяют с высокой селективностью проводить автоматизир. анализ многокомпонентных систем на глюкозу, холестерин, мочевину, мочевую кислоту, аминокислоты и др. вещества, содержание которых варьирует от 0,05 мкг/мл до 1 мг/мл. Налажен пром. выпуск ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ с. для контроля содержания глюкозы в крови. Перспективна разработка иммуноэлектрохимический сенсоров, в которых электрич. сигнал преобразуется специфический взаимодействием антиген - антитело.

Рис. 2. Схема электрохимического сенсора, изготовленного методом фотолитографии (пояснения в тексте).

Перспективным для серийного производства ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ с. считается формирование электродного узла чувствительный элемента с использованием микроэлектронных технологий. На рис. 2 показан единичный чип, полученный методом фотолитографии. На кремниевой пластине длиной 3 мм, шириной 0,8 мм и толщиной 0,38 мм размещена трехэлектродная электрохимический система: индикаторный электрод из Pt (1), вспомогат. электрод из Pt (2) и хлорсеребряный электрод сравнения (3).

Литература: Богдановская В. А. [и др.], в кн.: Итога науки и техники, сер. Электрохимия, т. 31, М., 1990; Тарасевич М. Р. [и др.], там же, т. 35, М., 1992.

Г. В. Жутаева.

Химическая энциклопедия. Том 5 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
Шезлонги недорого
лайтбоксы изготовление
Apple iMac Z0TK000E9
шкаф камера хранения

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(17.08.2017)