电化学传感器原理？

基本原理化学传感器主要由两部分组成:识别系统；传导或转换系统。识别系统将分析物的某个化学参数(通常是浓度)与传导系统联系起来。它主要有两个作用:选择性地与被测物体相互作用，将被测化学参数转化为传导系统可以产生的信号。分子识别系统是决定整个化学传感器的关键因素。因此，化学传感器研究的主要问题是分子识别系统的选择以及如何将反分子识别系统与合适的传导系统连接起来。化学传感器的导电系统接收识别系统的响应信号，并通过电极、光纤或质量敏感元件将响应信号以电压、电流或光强的形式传输到电子系统进行放大或转换输出，使识别系统的响应信号最终转化为人们可以用来分析的信号，从而检测出样品中被分析物的量。化学传感器在环境与健康监测中的应用(一)空气检测1。湿度传感器湿度是空气环境的重要指标，空气湿度与人体的汽化热有着密切的关系。高温高湿时，由于水分难以蒸发，人感觉闷热，而低温高湿时，人体散热过程剧烈，容易引起感冒和冻伤。人体最适宜的温度为18~22℃，相对湿度为35% ~ 65% RH。在环境和健康监测中，经常使用湿球温度计、手动湿温度计和通风湿温度计等仪器来测量空气湿度。近年来，大量文献报道了用传感器测量空气湿度。一种具有涂层压电应时晶体的相对湿度传感器是由一个小应时晶体管通过光刻和化学腐蚀制成的。AT切割的10MHZ应时晶体涂有四种物质，对湿度有很高的质量灵敏度。晶体是振荡电路中的* * *振荡器，其频率随质量变化。如果选择合适的涂层，该传感器可用于测量不同气体的相对湿度。该传感器具有灵敏度、线性度和响应时间。1986年，ErbenUwe【德国】提出了测量湿度的传感器，并获得专利。该传感器采用基于硅的金属-绝缘体-半导体(MIS)结构。MIS结构涂覆有二氧化硅和湿敏层，湿敏层的材料包含金属氧化物、氧化物和低极性成分的聚合物。湿敏材料的吸水性与各湿材料相对介电常数的变化有关。该传感器有准位法和支撑法两种测量方法，但前者比后者更方便省力，可在空调系统、建筑工地和日常生活环境中监测、控制和调节湿度。我国科技人员采用最新研制的氧化钽薄膜湿敏电容，研制出稳定性好、调节方便的通用湿度控制器。这种传感器可用于许多场合的空气湿度监测，如恒湿箱、计算机房、抗湿机等。是一款性价比很高的通用湿度传感器。有人利用磷酸盐涂层的湿敏性研制了一种性能非常可靠的湿度传感器。它的主电极是直径为0.4~1.0mm的不锈钢丝，表层镀有一层磷化膜。在薄膜周围缠绕一层镀金丝作为主电极的对电极，两电极之间只隔一层厚度为20~50um的镀膜，比一般的湿度传感器小得多，因此响应速度提高，通过更换磷酸盐镀膜可以制作各种不同特性的湿敏元件。在传感器工作过程中，磷酸盐涂层表面吸附水分产生的离子在电极间来回移动，导致导电性的变化，从而表现出湿敏性。如果AC负载被施加到传感器元件，则可以通过检测阻抗的变化来测量空气湿度。该传感器体积小，可密封在注射器针头间隙内，可用针尖插入狭窄的测量部位，使用方便，可用于露点测量。目前，日本有30多家公司制造和销售湿度传感器和湿度测控仪器。温度传感器数量多，品种多，使用的湿敏材料有电解质陶瓷和有机聚合物薄膜，种类繁多，大部分检测精度高，结构简单，超小型化和集成化。2、氮氧化物传感器氮氧化物是由氮的各种氧化物组成的气体混合物的总称，常表示为NOX。在氮氧化物中，不同形态的氮氧化物的化学稳定性是不同的。化学性质相对稳定的一氧化氮和二氧化氮常见于空气中，其在卫生学上的意义比其他形式的氮氧化物更重要。在环境分析中，一氧化氮一般指一氧化氮和二氧化氮。我国监测氮氧化物的标准方法是盐酸萘乙二胺比色法，灵敏度为0.25ug/5ml。方法的换算系数受吸收液成分、二氧化氮浓度、产气速度、吸收管结构、* * *内储存的离子、温度等多种因素影响，目前完全统一。传感器测量是近几年慌了手脚的新方法。文献报道，将叉指栅电极场效应晶体管的微电子集成电路与酞菁铜薄膜的化学活性电子束蒸发相结合，得到一种新型的气敏微传感器，可以选择性地检测mg/m3级别的二氧化氮和DIMP。它用电压脉冲激励传感器，在时域和频域测量响应。测得的峰形与归一化差分傅里叶变换光谱相关，可以清晰地区分二氧化氮和DIMP的响应，每个峰面积可以相应地反映传感器对特定气体浓度的灵敏度。科学家和技术人员研究了一种工作频率为600MHZ的高频表面声波(SAW)气体传感器。该器件由三个独立的SAW延迟线组成，它们是振荡器电路的频率测量元件。在声表面波延迟线的表面涂覆一层有机薄膜作为气体吸附剂。该膜为厚度为1~15nm的酞菁铅膜或由可溶性酞菁铁衍生物组成的LB(Langmuir-Blodgett)膜。在吸附过程中，薄膜质量增加，导致表面波速度降低，进而振荡频率降低，从而达到测定二氧化氮浓度的目的。锡在高于熔点的温度下沉积，而镉在室温下沉积。用加热蒸发的新方法可以制备掺镉1%~6%的二氧化锡薄膜。当薄膜在520℃缓慢氧化时，形成二氧化锡和氧化镉的多晶，薄膜表面吸附有低浓度的氮氧化物和二氧化氮。在300℃时，膜对10g/m3的一氧化氮和二氧化氮的灵敏度最高，根据电导率的相对变化百分比分别为10000%和400%。在相同条件下，对空气中0.01%的一氧化碳、甲烷、丁烷、氢气的灵敏度在300%以下。半导体花菁薄膜的导电性对电子受体气体具有优异的敏感性，为制造低成本、低能耗、小体积的二氧化氮传感器系统提供了理论依据。然而，当用于传感器时，这种膜也有缺点，例如在潮湿条件下响应慢且响应可逆下降。因此，WilsonA等人开发了一种微处理器控制的传感系统。通过控制采样和传感器工作条件，系统可以获得可再现的动态过程，从而将上述缺点的影响降低到最低点。3.硫化氢气体传感器硫化氢是一种无色可燃气体，有特殊的臭鸡蛋气味，有刺激性，令人窒息，对人体有害。目前，空气中硫化氢的测定大多采用比色法和气相色谱法。测量含量往往低至mg/m3的空气污染物是气体传感器的主要应用之一，但半导体气体传感器无法满足短时间内监测某些污染气体的灵敏度和选择性要求。他提出用掺银薄膜传感器来监测实验室和城市空气中的硫化氢。传感器阵列由四个传感器组成，通过基于库滴定的通用分析装置和半导体气体传感器阵列的信号同时记录二氧化硫和硫化氢的浓度。实践表明，在65438±050℃恒温下衰减的掺银薄膜传感器用于监测城市空气中的硫化氢含量，效果良好。Yomogoe N对半导体气体传感器进行了改进和研究，克服了其检测硫化氢等气体的缺点。他通过控制影响接收和转换功能的基本因素，提高了二氧化锡半导体气体传感器的传感性能。他发现转换函数与元素的微观结构密切相关，如二氧化锡的粒径(D)和表面空间电荷层的厚度(L)。当D≤2L时，传感器的灵敏度大大提高。在二氧化锡表面引入其他受体，大大提高了传感器的受体功能，特别是当银和钯作为助催化剂时，在空气中形成的氧化物与二硫化锡表面相互作用，产生电子不足的实质性问题电荷，大大提高了检测气体的灵敏度。使用CaO-SnO2元件，可以非常灵敏地检测空气中的硫化氢。4.二氧化硫传感器二氧化硫是污染空气的主要物质之一，尝试检测空气中的二氧化硫是空气检测的一项常规工作。使用传感器监测二氧化硫。从缩短检测时间到降低检测限，显示出巨大的优势。采用固体聚合物作为离子交换膜，膜的一面含有对电极和参比电极的内部电解质，另一面插有铂电极，构成二氧化硫传感器。传感器安装在流动池中，在0.65V电压下氧化二氧化硫。指示二氧化硫的量。该传感装置具有高电流灵敏度。响应时间短，稳定性好，背景噪声低，线性范围为0.2mmol/L，检出限为8*10-6mmol/L，信噪比为3。该传感器不仅能测定空气中的二氧化硫，还可用于测定低电导率液体中的二氧化硫。有机改性硅酸盐薄膜二氧化硫气体传感器的气敏涂层采用溶胶法和旋涂技术制成，对二氧化硫的测定具有良好的重现性和可逆性，响应时间小于20S，对其他气体的共鸣性小，受温度和湿度影响小。中国科学院长春应用化学研究所薛等人研制成功了一种小型的二氧化硫浓度传感器，具有较宽的检测范围，可用于组装一种小型、轻便、廉价的拾波式二氧化硫气体浓度检测仪。可用于现场直接检测二氧化硫气体浓度，无需单独采样。该传感器采用控制电极电解的原理。待测气体在传感器的工作电极上以一定的控制电位进行氧化反应。当电位控制足够正且电极的催化活性足够高时，氧化反应快速进行。该过程的总速度由二氧化硫扩散步骤决定，产生的信号电流与二氧化硫浓度成正比。该传感器响应迅速，响应时间小于30S。在较宽的二氧化硫浓度范围内，它具有良好的线性关系，且线性误差小

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