第六章电化学传感器课件.ppt
《第六章电化学传感器课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第六章电化学传感器课件.ppt(25页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、现代电化学,第六章电化学传感器,6.1 气敏传感器6.2 成分传感器6.3 生物传感器6.4 离子传感器,6.1.1 固体电解质气敏传感器 6.1.2 定电位电解式传感器6.1.3 加伐尼传感器,6.2.1 辅助电极型成分传感器6.2.2 三相固体电解质传感器6.2.3 新固体电解质传感器,6.3.1 酶传感器6.3.2 微生物传感器6.3.3 免疫传感器6.3.4 细菌或组织传感器6.3.5 场效应晶体管生物传感器,前 言,响应于化学物质的传感叫做化学传感。化学传感器巧妙地利用了电化学测定的原理,因此也可称为电化学传感器。电化学传感器在近些年来越来越受到广泛重视和关注,已广泛应用于自动过程控
2、制、环境保护和控制、生物医学等领域。电化学传感器一般具有生产成本低,操作简便,免维护和低能耗,与微电子技术兼容,在低浓度下有高灵敏度和选择性等优点和特性。,按原理可分为三类:,电压传感器 应用最广泛,通过能斯特电压与被测物质浓度联系起来。2.极限电流传感器3.库仑传感器,6.1 气敏传感器,6.1.1 固体电解质气敏传感器1889年发现了ZrO2掺杂Y2O3的氧离子导体,氧离子有较高的迁移率和较低的激活能,随后开展了氧浓差电池的研究。1957年C.Wagner发表了用固体电解原电池测定高温下金属卤化物、氯化物和硫化物标准生成自由能的论文,引起科学家们的极大兴趣。1961年Weissbast做成
3、了第一台ZrO2测氧传感器,并被誉为当时世界钢铁冶金领域中三大重大科研成果之一。用于制作氧传感器的固体电解质由多元氧化物组成,如二氧化物(ZrO2)0.2(Y2O3)0.1、三元氧化物(ZrO2)0.04(Y2O3)0.04(Al2O3)0.02。目前用得较多的是ZrO2Y2O3、ZrO2CaO、ZrO2MgO等。,固体电解质导电机理氧离子固体电解质主要靠空位缺陷导电。例如ZrO2CaO二元固体电解质,ZrO2常温下为单斜晶系,高温下变成立方晶体,冷却时又变为单斜晶体。因此纯ZrO2晶型是不稳定的。ZrO2中参加少量稳定剂CaO时,ZrO2的立方晶体冷却时仍保持不变,且由于钙离子置换了锆离子的
4、位置,在晶体中留下了氧离子空穴。稳定化的ZrO2有较大的晶胞中心空间,因而氧离子能顺利地从氧化锆电解质一边运动到另一边。,这类传感器的优点如下:固态可使浓差电池的体积变小,容易实现集成电路化;电解质厚度减小可使电池的内阻变小,从而降低电池的工作温度;固态消除了泄露问题,不会造成电解质损失,减少维修费用,降低了成本。,典型的氧浓差电池为Pt,PO2ZrO2CaOPO2,Pt半反应:1/2O2(PO2)VO.O02-2e-O02-1/2O2(PO2)VO2e-总反应:1/2O2(PO2)1/2O2(PO2)由Nernst方程式得到:E=(RT/4F)ln PO2/PO2若PO2采用空气(含氧20.
5、95%),PO2为待测气体中氧含量,则上式变为:E(mV)=0.04960T(log PO20.6789),氧浓差电池(氧离子固体电解质电池),测量范围:0.1ppm-100%,500-800。,固体电解质氧传感器的应用,监测熔体或气相中的氧含量,一般用Cr,Cr2O3做参比电极。测定惰性气体中的含氧量。炉气定氧传感器生物化学、医学、环境监测、汽车发动机的空气燃烧比控制。,6.1.2 定电位电解式传感器,原理:,被测气体通过隔膜扩散到电解液中,发生电解,测定加在电极上的电位,即可确定被测气体的特有的电解电位,所产生的电流信号大小与被测气体的浓度成正比。,特点:,体积小,测量精度高,适用于现场直
6、击监测,可检测浓度范围宽,10-910-2,应用范围广。,应用:,目前商品化的电化学传感器可以检测的气体有O2、CO、H2S、Cl2、HCN、NO、NO2、酒精、偏二甲肼等,广泛用于煤矿、冶金、化工及环保等部门。,6.1.2 定电位电解式传感器,CO传感器,其原理图如下:,硫酸电解液,工作电极W,氧化反应:COH2O CO22H2e对电极C,还原反应:O24H4 e 2H2O总电极反应:2COO2 2C2O在传感器电极和对电极间产生微小电信号,大小与CO浓度成正比。电流传感器放大器4放大后,由电表指示CO的相应浓度值。,6.1.3 加伐尼式传感器,原理:将透过隔膜而扩散到电解质溶液中的被测气体
7、形成原电池进行电解,测量电解时形成的电流,即可测定气体的浓度。阴极反应:O22H2O4e 4OH 阳极反应:Pb4OH4e PbO22H2O总反应:PbO2 PbO2两电极间产生电位差而形成电流,其电流与氧气浓度成正比,因此通过测定电流可得出氧气浓度。此测量仪器不需外接电源,体积小,重量轻。安全性能好,能连续测量,已广泛用于采煤工作面、瓦斯抽放管道、火灾地区的氧测量,也用于石油化工、隧道、船舶、仓库等类作业环境中的氧监测。,6.2 成分传感器,若在冶金过程中能迅速测定这些元素的活度或浓度,以及他们随过程的变化,就可以保证产品质量,节省能量。为此需要研究开发除氧传感器以外其他元素的传感器,这种传
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第六 电化学传感器 课件

链接地址:https://www.31ppt.com/p-3731379.html