FuseTrick •
Wiki •
Elektrokeemiline mõõtmistehnoloogia

Wiki

Teadmistebaas teie tehnoloogia jaoks

Iga protsess algab teoreetilistest teadmistest.

Elektrokeemiline andur on üks vanimaid tehnoloogiaid, mis on praegu turul, kuid see on kõige täpsem. Näiteks väidavad tootjad, et lahustunud hapniku täpsus vedelas faasis on <0,1 ppb* ja gaasifaasis oleva hapniku puhul 0,5 ppmV*.

Mõõtmistehnoloogia kirjeldus

Elektrokeemiline anduri mõõtmine põhineb redoksreaktsioonidel, mis toimuvad mõõteelektroodi ja sihtaine, hapniku, osooni, vesiniku jne. vahelisel piiril. Tööpõhimõte võib jagada 4 peamiseks punktiks:

1. Elektroodid: Elektrokeemilised hapnikuandurid koosnevad tavaliselt kahest elektroodist, anoodist ja katoodist, mis on kastetud elektrolüütidesse. Anood on tavaliselt valmistatud kergesti oksüdeeruvast materjalist ja katood on valmistatud kergesti redutseeruvast materjalist.

2. Redoksreaktsioonid: Proovis olevad hapniku molekulid astuvad elektroodi pinnal redoksreaktsiooni. Katoodil saavad hapniku molekulid elektrone ja redutseeruvad ning anoodil oksüdeerub redutseeritud hapnik hapniku molekulideks.

3. Elektronide vool: kuna nende reaktsioonide käigus tarbitakse ja moodustub hapnikku, voolab anoodi ja katoodi vahel elektrivool. Selle voolu suurus on proportsionaalne hapniku kontsentratsiooniga proovis.

4. Mõõtmised: Elektrivoolu suurus mõõdetakse ja seda kasutatakse hapniku kontsentratsiooni arvutamiseks proovis, kasutades kalibreerimiskõveraid või kehtestatud võrrandeid.

EÜ andur koos membraaniga.

Leland Clark töötas välja esimese mulloksügeneraatori, mida kasutati südamekirurgias. Kuid kui ta läks oma tulemusi avaldama, lükkas toimetaja tema töö tagasi, sest seadmest väljuvas veres ei olnud võimalik mõõta hapniku kontsentratsiooni. See ajendas Clarki välja töötama hapnikuelektroodi.

Clarki raku toimemehhanism

Elektroodikamber on mõõtekambrist eraldatud õhukese teflonmembraaniga; membraan on molekulaarsele hapnikule läbilaskev ja võimaldab sellel gaasil jõuda katoodini, kus see elektrolüütiliselt redutseeritakse.

Eespool nimetatud reaktsioon nõuab pidevat elektronide voolu katoodile, mis sõltub hapniku kiirusest, millega hapnik saab elektroodi pinnale jõuda. Rakendatud pinge suurendamine (Pt-elektroodi ja teise Ag-elektroodi vahel) suurendab elektrokatalüüsi kiirust. Clark kinnitas plaatinaelektroodi peale hapniku ekstraheerimise membraani. See piirab hapniku difusiooni kiirust Pt-elektroodile.

Üle teatava pinge ületamisel voolutugevus katkeb ja potentsiaali edasine suurendamine ei too kaasa reaktsiooni elektrokatalüüsi kiiruse suurenemist. Sel etapil on reaktsioon difusiooniga piiratud ja sõltub ainult membraani läbilaskvusest ja gaasilise hapniku kontsentratsioonist, mis on mõõdetav väärtus.

Praegu kasutatakse Clarki rakupõhiseid andureid enamasti analüüsiseadmetes.

Kalibreerimine õhus.

Kalibreerimise teostamiseks ühendatakse hooldatud andur saatjaga ja käivitatakse vastav režiim.

Nagu eespool artiklis kirjeldatud, on elketokeemilise anduri väljundiks vool (membraanivool).

EÜ-anduri kalibreerimine seisneb kalibreerimiskoefitsiendi arvutamises, mis väljendab membraanivoolu sõltuvust õhurõhust. Lihtsustatult võib seda sõltuvust esitada järgmiselt:

Kus

P_atm – on õhurõhk

I_mcal – Membraanivool kalibreerimise ajal

O_2AIR – üldtunnustatud O2 kontsentratsioon õhus - 20,946%.

Seega määrab andur membraanivoolu mõõtmise teel mõõdetava gaasi osarõhu.

Kalibreerimine teadaoleva kontsentratsiooni alusel.

Seda tüüpi kalibreerimist saab kasutada samamoodi nagu õhukalibreerimist, kuid sellel on üks eripära: selleks on vaja teadaoleva kontsentratsiooniga vedelikku või gaasi.

Seda tüüpi kalibreerimist saab kasutada järgmistel juhtudel:

- Õhukalibreerimine ei ole võimalik

- Teatud vahemikus on vaja täpsemat kalibreerimist.

Kalibreerimisalgoritm on täiesti identne, välja arvatud see, et seadmest sisestatud hapniku kontsentratsioonina kasutatakse teadaolevat hapniku kontsentratsiooni õhus.

Ümberarvestus gaasiühikutesse [% (ppmV)]

Edasine ümberarvestus gaasiühikuteks (% - ppm) põhineb kalibreerimismeetodil. Ülaltoodud valemi alusel:

Kus

C_Coef– Kalibreerimiskoefitsient

I_meas – Membraanivool mõõtmise hetkel

P_Proc – Protsessi surve

Ümberarvestus vedelikuühikutesse [ppm (ppb)]

Lahustunud gaasi kontsentratsioon teisendatakse vastavalt Henry seadusele:

Kus

k_Hen – Henry lahustuvuskoefitsient

P_par – Gaasi osarõhk

C_Coef – Kalibreerimiskoefitsient

I_meas – Membraanivool mõõtmise hetkel

Gaasi kontsentratsiooni ümberarvestamiseks mol/liltri kohta milligrammiks/l, tuleb teada kõnealuse gaasi molekulmassi (molaarmassi). Molekulmassi mõõdetakse grammides/mol (grammides mooli kohta).

Kasutage valemit, et teisendada kontsentratsioon mol/liiterist milligrammiks/liiter:

Ümberarvutamiseks ppm-ks ja ppb-ks eeldatakse, et mg/l ≅ ppb

Seda tüüpi andur on tõestanud oma tõhusust paljude aastate jooksul ning seda peetakse usaldusväärseks ja hõlpsasti kasutatavaks lahenduseks. Seda kasutatakse laialdaselt sellistes kriitilistes rakendustes nagu:

- hapniku määramine elektrijaamade, sealhulgas tuumaelektrijaamade jahutuskontuurides.

- hapniku mõõtmine süsinikdioksiidis (eriti oluline toiduainetetööstuses).

- lahustunud osoonisisalduse määramine vees osoonimisjaamades (osooni kui tugevat oksüdeerijat kasutatakse joogivee desinfitseerimiseks).

Ja paljud muud rakendused, kus on vaja hapniku, osooni ja vesiniku täpset mõõtmist.