новости бизнеса
компании и предприятия
нефтехимические компании
продукция / логистика
торговый центр
ChemIndex
новости науки
работа для химиков
химические выставки
лабораторное оборудование
химические реактивы
расширенный поиск
каталог ресурсов
электронный справочник
авторефераты
форум химиков
подписка / опросы
проекты / о нас


контакты
поиск
   

главная > справочник > химическая энциклопедия:

Электрохимические сенсоры


выберите первую букву в названии статьи: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Электрохимические сенсоры, устройства, в которых аналит. сигнал обеспечивается протеканием электрохим. процесса. Предназначены для качеств. и количеств. анализа хим. соед. в жидких и газообразных средах. По сравнению с обычными аналит. приборами отличаются портативностью, простотой конструкции, относительно низкой стоимостью. Электрохимические сенсоры составляют наиб. разработанную и широко используемую группу среди устройств, в которых аналит. сигнал обусловлен хим. взаимод. в анализируемой среде (см. Сенсоры химические). Различают потенциометрич., амперометрич., кондуктометрич., импедансометрические электрохимические сенсоры. Аналит. сигналами служат, соотв.: потенциал индикаторного электрода (при нулевом токе через электрохим. ячейку); ток, протекающий через ячейку при заданном значении электродного потенциала. электропроводность раствора электролита; электрохим. импеданс системы, представляющий собой электрич. эквивалент определенного сочетания сопротивлений и емкостей в электрохим. цепи (см. Волътамперометрия, Импедансный метод).

Электрохимические сенсоры используют главным образом для определения реакционноспособных (электроактивных) веществ, способных электрохимически восстанавливаться или окисляться на индикаторном электроде миниатюрной электрохим. ячейки, которая генерирует аналит. сигнал. В качестве индикаторных электродов служат инертные электроды (Pt, Pd, Au, Ag), химически активные (Сu, In, Sn) или модифицированные комплексными соед., а также ионселективные электроды. Электролиты м. б. жидкими (р-ры КС1, H2SO4, буферные растворы), твердыми (ZrO2, А12О3, Sb2O5 * nH2O и др.), загущенными; применяют также полиэлектролиты.

В совр. электрохимических сенсорах чувствит. 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).

Напр., 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 КСl) заливается в резервуар 4 и образует пленку 5 толщиной ок. 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 (р-ция 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 имеют, как правило, линейную зависимость электрич. сигнала от парциального давления О2 (или др. электроактивного газа), что обеспечивает более высокую точность определения по сравнению, напр., с потенциометрич. Электрохимический сенсор, в котором информативный параметр - равновесный (или квазиравновесный) электродный потенциал - имеет логарифмич. зависимость от содержания газа. Селективность электрохимического сенсора определяется выбором подходящего материала электрода и рабочей области потенциалов. При анализе смеси газов необходимо, чтобы электрохим. реакции посторонних компонентов либо не имели места на данном электроде, либо протекали в области более высоких потенциалов.

Электрохимические сенсоры позволяют проводить анализ газообразных и жидких сред, в т. ч. суспензий, на содержание О2, О3, Н2, С12, 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. эксплуатац. характеристики электрохимических сенсоров: 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, С12, SO2, H2S, CO - от 0,2 до 200 мг/м3 при быстродействии от 1 до 30 с.

Отдельно выделяют электрохимические сенсоры для анализа биол. сред (биосенсоры). На индикаторном электроде биосенсоров закрепляется мембрана из целлофан. 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 электрохимических сенсоров для контроля содержания глюкозы в крови. Перспективна разработка иммуноэлектрохим. сенсоров, в которых электрич. сигнал преобразуется специфич. взаимодействием антиген - антитело.

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

Перспективным для серийного произ-ва электрохимических сенсоров с. считается формирование электродного узла чувствит. 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 электрохим. система: индикаторный электрод из Pt (1), вспомогат. электрод из Pt (2) и хлорсеребряный электрод сравнения (3).

Лит.: 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.




выберите первую букву в названии статьи: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


Все новости



Новости компаний

Все новости


© ChemPort.Ru, MMII-MMXVII
Контактная информация