电化学传感器检测原理及应用

电化学传感器是基于待测物的电化学性质并将待测物化学量转变成电学量进⾏传感检测的⼀种传感器，以下是关于电化学传感器原理、组成、发展史、分类、电化学传感器的运⽤远景的讲解。

电化学传感器的发展史，较早的电化学传感器要追溯到20世纪50年代，在当时电化学传感器运⽤于氧⽓监测，到了20世纪80年代，电化学传感器开始运⽤于监测各式各样的有毒性⽓体，并显⽰出了杰出的灵敏型与挑选性。

⼀、电化学传感器的⼯作原理

电化学传感器经过与被测⽓体产⽣百反响并产⽣与⽓体浓度成正⽐的电信号来⼯作。⼤⼤都电化学⽓体传感器是电流传感器，产⽣与⽓体浓度成线性份额的电流。

⼀个电化学⽓体传感器的⼯作原理如下：与传感器接触的⽅针⽓体分⼦⾸先经过⼀个避免冷凝的隔膜，它也起到防尘的效果。那么⽓体分⼦经过⽑细管分散，或许经过随后的过滤器，然后经过疏⽔膜抵达感测电极的表⾯。在那⾥分⼦⽴即被氧化或还原，然后产⽣或消耗电⼦，然后产⽣电流。

重要的是要注意，⽤这种办法进⼊传感器的⽓体分⼦的量受到经过⽑细管分散的约束。经过优化途径，根据希望的测量规模，获得适当的电信号。感测电极的规划关于完成对⽅针⽓体的⾼反响性并抑制对搅扰⽓体的不希望呼应是⾄关重要的。它涉及固体，液体和⽓体三个阶段的体系，⽽且都涉及分析物⽓体的化学辨认。致⼒于量⾝定制该体系并获得⾼功能的⽓体传感器。电化学电池经过平衡感测电极处的反响的所谓反电极–Cont电极完成。Cont电极与Sen电极之间的离⼦电流由传感器主体内的电解质传送，⽽电流途径经过以销连接器停⽌的导线供给。⼀般在电化学传感器(3电极传感器)中包括第三电极。所谓的参阅电极⽤于将感测电极的电势保持在固定值。为此⽽且⼀般⽤于电化学传感器的操作，需求恒电位电路。

⼆、电化学传感器的组成

电化学传感器包括以下4种⾸要元件：

1、透⽓膜(也称为疏⽔膜)：透⽓膜⽤于掩盖传感(催化)电极，在有些情况下⽤于操控抵达电极表⾯的⽓体分⼦量。此类屏障⼀般选⽤低孔隙率特氟隆薄膜制成。这类传感器称为镀膜传感器。或者，也能够⽤⾼孔隙率特氟隆膜掩盖，⽽⽤⽑管操控抵达电极表⾯的⽓体分⼦量。此类传感器称为⽑管型传感器。除为传感器供给机械性保护之外，薄膜还具有滤除不需求的粒⼦的功能。为传送正确的⽓体分⼦量，需求挑选正确的薄膜及⽑管的孔径尺⼨。孔径尺⼨应能够答应⾜量的⽓体分⼦抵达传感电极。孔径尺⼨还应该避免液态电解质⾛漏或迅速燥结。

2、电极：挑选电极资料很重要。电极资料应该是⼀种催化资料，能够履⾏在长时刻内履⾏半电解反响。⼀般，电极选⽤贵⾦属制造，如铂或⾦，在催化后与⽓体分⼦产⽣有效反响。视传感器的规划⽽定，为完成电解反响，三种电极能够选⽤不同资料来制造。

3、电解质：电解质有必要能够进⾏电解反响，并有效地将离⼦电荷传送到电极。它还有必要与参阅电极形成安稳的参阅电势并与传感器内运⽤的资料兼容。如果电解质蒸发过于迅速，传感器信号会减弱。

4、过滤器：有时候传感器前⽅会设备洗刷式过滤器以滤除不需求的⽓体。过滤器的挑选规模有限，每种过滤器均有不同的效率度数，⼤都常⽤的滤材是活性炭。活性炭能够滤除⼤都化学物质，但不能滤除⼀氧化碳。经过挑选正确的滤材，电化学传感器对其⽅针⽓体能够具有更⾼的挑选性。

三、电化学传感器的分类

电化学传感器的分类办法许多，依照其输出信号的不同能够分为电位型传感器、电流型传感器和电导型传感器。

依照电化学传感器所检测的物质不同，电化学传感器⾸要能够分为离⼦传感器、⽓体传感器和⽣物传感器。

四、电化学传感器⾸要功能与影响要素

(1)灵敏度

影响灵敏度要素⾸要有：催化剂活性、进⽓量、电解液导电能⼒、环境温度等

(2)呼应恢复

影响呼应恢复速度的要素⾸要有：催化剂活性、电解液导电能⼒、⽓室结构、⽓体特性等

(3)挑选性/交叉搅扰

影响挑选性的要素有：催化剂品种、电解液、偏置电压、过滤器等

(4)重复性/长期安稳性

影响重复性的要素有：电极结构安稳性、电解液安稳性、⽓路安稳性等

(5)⾼低温功能

影响⾼低温安稳性的要素有：催化剂活性、电极结构安稳性、⽓体特性

五、电化学传感器的运⽤远景

电化学传感器⼴泛运⽤于⼯业和民⽤范畴的⽓体检测，可检测臭氧、甲醛、⼀氧化碳、氨⽓、硫化氢、⼆氧化硫、⼆氧化氮、氧⽓等多种⽓体，常⽤于便携式外表和⽓体在线监测外表中。