Fusetrick •
Wiki •
Elektroķīmisko mērījumu tehnoloģija

Wiki

Zināšanu bāze par jūsu tehnoloģiju

Jebkurš process sākas ar teorētiskām zināšanām.

contact us header particles abstract image

Elektroķīmiskais sensors ir viena no vecākajām pašlaik tirgū pieejamajām tehnoloģijām, taču tā ir visprecīzākā. Piemēram, ražotāji apgalvo, ka izšķīdušā skābekļa precizitāte šķidrā fāzē ir <0,1 ppb*, bet skābekļa gāzes fāzē - 0,5 ppmV*.

Mērīšanas tehnoloģijas apraksts

Elektroķīmisko sensoru mērījumu pamatā ir metode, kas balstās uz redoksreakcijām, kuras notiek saskarnē starp mērīšanas elektrodu un mērķvielu, skābekli, ozonu, ūdeņradi utt. Darbības principu var iedalīt 4 galvenajos punktos:

1. Elektrodi: elektroķīmiskie skābekļa sensori parasti sastāv no diviem elektrodiem - anoda un katoda, kas iegremdēti elektrolītā. Anodu parasti izgatavo no materiāla, kas viegli oksidējas, un katodu izgatavo no materiāla, kas viegli reducējas.

2 - Redoks reakcijas: Skābekļa molekulas paraugā iesaistās redoks reakcijā uz elektroda virsmas. Pie katoda skābekļa molekulas iegūst elektronus un tiek reducētas, bet pie anoda reducētais skābeklis oksidējas par skābekļa molekulām.

3. Elektronu plūsma: šo reakciju laikā patērējot un veidojoties skābeklim, starp anodu un katodu plūst elektriskā strāva. Šīs strāvas lielums ir proporcionāls skābekļa koncentrācijai paraugā.

4. Mērījumi: elektriskās strāvas lielumu mēra un izmanto, lai aprēķinātu skābekļa koncentrāciju paraugā, izmantojot kalibrēšanas līknes vai noteiktos vienādojumus.

EK sensors ar membrānu.

Lelands Klārks izstrādāja pirmo burbuļveida oksigenatoru izmantošanai sirds ķirurģijā. Tomēr, kad viņš gāja publicēt savus rezultātus, redaktors noraidīja viņa darbu, jo nebija iespējams izmērīt skābekļa koncentrāciju asinīs, kas izplūst no ierīces. Tas pamudināja Klārku izstrādāt skābekļa elektrodu.

Klarka šūnas darbības mehānisms

Elektroda nodalījums ir izolēts no mērīšanas kameras ar plānu teflona membrānu; membrāna ir caurlaidīga molekulārajam skābeklim un ļauj šai gāzei sasniegt katodu, kur tā tiek elektrolītiski reducēta.

Iepriekš minētajai reakcijai nepieciešama pastāvīga elektronu plūsma uz katodu, kas ir atkarīga no ātruma, ar kādu skābeklis var sasniegt elektroda virsmu. Pieliktā sprieguma palielināšana (starp Pt elektrodu un otru Ag elektrodu) palielina elektrokatalīzes ātrumu. Klārks piestiprināja skābekļa ekstrakcijas membrānu platīna elektroda virspusē. Tas ierobežo skābekļa difūzijas ātrumu uz Pt elektrodu.

Virs noteikta sprieguma strāvas plato un turpmāka potenciāla palielināšana nerada lielāku reakcijas elektrokatalīzes ātrumu. Šajā posmā reakcija ir difūzijas ierobežota un ir atkarīga tikai no membrānas caurlaidības un gāzveida skābekļa koncentrācijas, kas ir izmērāmā vērtība.

Šobrīd uz Klarka elementiem balstītus sensorus galvenokārt izmanto analītiskajās iekārtās.

Kalibrēšana gaisā.

Lai veiktu kalibrēšanu, raidītājam tiek pievienots apkalpots sensors un tiek ieslēgts attiecīgais režīms.

Kā aprakstīts iepriekš rakstā, elketoķīmiskā sensora izejas signāls ir strāva (membrānas strāva).

EK sensora kalibrēšana sastāv no kalibrēšanas koeficienta aprēķināšanas, kas izsaka membrānas strāvas atkarību no atmosfēras spiediena. Tādējādi vienkāršoti šo atkarību var attēlot šādi:

Kur

P_atm – ir atmosfēras spiediens

I_mcal – Membrānas strāva kalibrēšanas laikā

O_2AIR – vispārpieņemtā О₂ koncentrācija gaisā - 20,946%.

Tādējādi, mērot membrānas strāvu, sensors nosaka mērāmās gāzes parciālo spiedienu.

Kalibrēšana pēc zināmas koncentrācijas.

Šo kalibrēšanas veidu var izmantot tāpat kā kalibrēšanu ar gaisu, bet tam ir īpaša iezīme: tam nepieciešams šķidrums vai gāze ar zināmu koncentrāciju.

Šo kalibrēšanas veidu var izmantot šādos gadījumos:

- gaisa kalibrēšana nav iespējama

- ir nepieciešama precīzāka kalibrēšana noteiktā diapazonā.

Kalibrēšanas algoritms ir pilnīgi identisks, izņemot to, ka par skābekļa koncentrāciju, kas ievadīta no instrumenta, izmanto zināmu skābekļa koncentrāciju gaisā.

Konvertēt uz gāzes vienībām [% (ppmV)]

Turpmāka konvertēšana uz gāzes vienībām (% - ppm) pamatojas uz kalibrēšanas metodi. Pamatojoties uz iepriekš minēto formulu:

Kur

C_Coef– Kalibrēšanas koeficients

I_meas – Diafragmas strāva mērīšanas brīdī

P_Proc – Procesa spiediens

Konvertēt uz šķidruma mērvienībām [ppm (ppb)]

Izšķīdušās gāzes koncentrāciju konvertē saskaņā ar Henrija likumu:

Kur

k_Hen – Henrija šķīdības koeficients

P_par – Gāzes daļējais spiediens

C_Coef – Kalibrēšanas koeficients

I_meas – Diafragmas strāva mērīšanas brīdī

Lai pārvērstu gāzes koncentrāciju no mol/l uz miligramu/l, ir jāzina šīs gāzes molekulmasa (molārā masa). Molekulmasu mēra g/mol (gramos uz molu).

Izmantojiet formulu, lai pārvērstu koncentrāciju no mol/litrā uz miligramu/litrā:

Lai konvertētu uz ppm un ppb, pieņem, ka mg/l ≅ ppb

Šis sensoru veids ir pierādījis savu efektivitāti daudzu gadu lietošanas laikā un tiek uzskatīts par uzticamu un viegli lietojamu risinājumu. To plaši izmanto kritiski svarīgos lietojumos, piemēram:

- skābekļa noteikšana spēkstaciju, tostarp kodolspēkstaciju (AES), dzesēšanas kontūros.

- skābekļa noteikšana oglekļa dioksīdā (īpaši svarīgi pārtikas rūpniecībā).

- izšķīdušā ozona koncentrācijas noteikšana ūdenī ozonēšanas iekārtās (ozons ir spēcīgs oksidētājs, un to izmanto dzeramā ūdens dezinfekcijai).

Un daudzi citi pielietojumi, kur nepieciešams precīzs skābekļa, ozona un ūdeņraža mērījums.