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技术文章
电化学传感器
电化学传感器用来测定目标分子或物质的电学和电化学性质,从而进行定性和定量的分析和测量。 最早的电化学传感器可以追溯到20世纪50年代,当时用于氧气监测。到了20世纪80年代中期,小型电化学传感器开始用于检测PEL范围内的多种不同有毒气体,并显示出了良好的敏感性与选择性。目前,为保护人身安全起见,各种电化学传感器广泛应用于许多静态与移动应用场合。 工作原理 电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极(或工作电极)和反电极组成,并由一个薄电解层隔开。 气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应,然后是憎水屏障,最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感电极发生反应,以形成充分的电信号,同时防止电解质漏出传感器。 穿过屏障扩散的气体与传感电极发生反应,传感电极可以采用氧化机理或还原机理。这些反应由针对被测气体而设计的电极材料进行催化。 通过电极间连接的电阻器,与被测气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。由于该过程中会产生电流,电化学传感器又常被称为电流气体传感器或微型燃料电池。 在实际中,由于电极表面连续发生电化发应,传感电极电势并不能保持恒定,在经过一段较长时间后,它会导致传感器性能退化。为改善传感器性能,人们引入了参考电极。 参考电极安装在电解质中,与传感电极邻近。固定的稳定恒电势作用于传感电极。参考电极可以保持传感电极上的这种固定电压值。参考电极间没有电流流动。气体分子与传感电极发生反应,同时测量反电极,测量结果通常与气体浓度直接相关。施加于传感电极的电压值可以使传感器针对目标气体。 电化学传感器 近年来,随着纳米材料科学和微电子技术的快速发展,新原理、新技术、新材料和新工艺的广泛采用,传感器在小型化、微型化、智能化方向得到了日新月异的发展,具有特殊性能和优点的电化学传感器不断涌现并进入实际应用。在欧美,伏安法已经取代了传统的原子吸收法大量应用于医药、生物和环境分析领域。 目前,采用纳米技术,提高电化学传感器的选择性、灵敏度和多目标同时测定,成了国内外研究热点,具体地说,集中在碳纳米管和石墨烯传感器的制备和产业化。 碳纳米管被认为是一种性能优异的新型功能材料和结构材料,世界各国均在其制备和应用方面投入大量的研究开发力量,期望能占领该技术领域的“制高点”。碳纳米管传感器是目前纳米传感器的最重要平台,在航天、机械、仪器仪表、汽车制造、油气勘探、电子工程及医疗器械行业都有广泛用途,并已经成为相关技术发展的基础条件。而石墨烯的出现,要比碳纳米管更晚,但在近几年已经超越了碳纳米管成为国际新热点。

 

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