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电化学传感器工作指南及电路图

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引言

本公司有毒气体检测传感器的开发始于1981年,以一氧化碳传感器的研制为开端。之后对各式各样新

传感器都进行了开发。直至最进开发的臭氧和氧化乙烯传感器,形成了系列的传感器产品,并以其可靠、稳定和耐用等特点斐声海内外。

此类传感器系一微型燃料电池,设计成为免维护型并且能长时间稳定工作的产品。所采用的技术立足于己于人本公司早期氧传感器的工作基础,系直接响应气体的体积浓度变化,而不是响应其压力的变化。

该类传感器设计的最大特点是采用了气体的扩散势垒,该势垒能限制气体流向敏感电极的流星。敏感电极能与到达电极的电化学活性仍有余裕。这一高的电化学活性保证了传感器的长寿命和很好的温度稳定性。两电极系统

基于电化学原理工作的传感器其最简单的一种型式就是两电极系统。其工作电极和对电极由一薄层电解液隔开并经由一个很小的电阻联通外电路。当气体扩散进入传感器后,在敏感电极表面进行氧化或还原反应,产生电流并通过外电路流经两个电极。该电流的大小比例于气体的浓度,可通过外电路的负荷电阻予以测量。

为了让反应能够发生,敏感电极的电位必须保持在一个特定的范围内。但气体的浓度增加时,反应电流也增加,于是导致对电极电位改变(极化)。由于两电极是通过一个简单的负荷电阻连接起来的,虽然敏感电极的电位也会随着对电极的电位一起变化。如果气体的浓度不断地升高,敏感电极的电位最终有可能移出其允许范围。至此传感器将不成线性,因此两电极气体传感器检测的上限浓度受到一定限制。

三电极系统

对电极的极化所受的限制可以用引进第三电极,参考电极,和利用一外部的恒电位工作电路来予以避免。在这样一种装置中,敏感电极曲线相对于参考电极保持一固定值。在参考电极中无电流流过,因此这两个电极均维持在一恒定的电位。对电极则仍然可以进行极化,但对传感器而言已不产生任何限制作用。因此

三电极传感器所能检测浓度范围要比两电极大得多。

大部分有毒气体传感器(3/4/7系列)均属三电极系统。由于控制了敏感电极的电位,恒电位电路还能提高传感器的选择性和改进其响应性能。这一电路同时也用来测量流过敏感电极和对电极之间的电流。电路可以作成体积很小的低功耗装置。本章后部将提供一些与此有关的电路。

四电极系统

图1

三电极系统进一步发展导致了四电极系统传感器的产生(A3/A7系列)。这一类型的传感器增加了另一个工作电极,称之为辅助电极。辅助电极的讯号可以用来抵消温度变化的影响或者用来提高传感器的选择性。用了第四电极可以使传感器的讯号更稳定,对被测量气体有着特性的响应。

温度影响

即使不存在反应气体,传感器的敏感电极也会显示一个很小的讯号电流称之为“基线电流”。虽然在

校准时可以调零调去,但极限电流随温度的变化呈指数变化。因此校准后大的温度改变将导致仪器的零点产生些许漂移。

在大多数情况下,尽管温度在较宽的范围内变化,仪器零点漂移仍是很小可以忽略不计。然而如果需要仪器有很高的分辨率,特别是检测气体浓度非常低的情况下,零点的漂移与可能严重影响测量值。在这种情况下采用四电极系统可以补偿任何基线的漂移。

四电极系统中,敏感电极和辅助电极的基线极为接近。由于环境状况对于两个电极都是一样的,敏感电极由于温度变化产生的基线漂移在辅助电极上也产生同样大小的漂移。

当敏感电极暴露在目标气体中时,将会产生一个增加的讯号,其大小与气体浓度成正比。所有目标气体都在敏感电极上反应,因而辅助电极上信号保持不变(即处于其基线水平)。这样尽管基线与校准时的水平相比有所漂移,只要从讯号中减去这一基线信号值就可以得到补偿了基线的输出值,它完全是由暴露的气体产生的。

选择性

当一A3E/F一氧化碳传感器置于一氧化碳和氢的混合气体中时,二者均在敏感电极上发生反应。一氧化碳全部反应,而氢则只有部分反应,未反应的氢扩散到达辅助电极。这样一来敏感电极的讯号为这两种气体浓度的函数,而辅助电极的输出则主要是由氢产生的。和上述补偿基线漂移的道理一样,辅助电极的讯号可以用来补偿氢在敏感电极上的反应。

反应机理

气体扩散进入传感器就在敏感电极上发生反应,或则为氧化反应(大多数气体),或则为还原反应(二氧化氮、氯和臭氧)。每一反应均可用标准化学方程式的形式表示。例如,一氧化碳在敏感电极上的氧化可用方程式表示如下:

CO+H2O→CO2+2H++2e-

根据目标气体在敏感电极上反应的不同,对于其它气体也可以导出类似的方程式:

硫化(H2S):H2S+4H2O→H2SO4+8H++8e-

二氧化硫(SO2):SO2+2H2O→H2SO4+2H++2e

一氧化氮(NO):NO+2H2O→HNO3+3H++3e

二氧化氮(NO2):NO2+2H++2e-→NO+H2O

氢(H2):H2→2H++2e-

氯(CL2):CL2+2H++2e-→2HCL

氰化氢(HCN):2HCN+Au→HAu(CN)2+H++e-

氯化氢(HCL):HCL→1/2CL2+H++e-

氧化乙烯(C2HO):C2H4O+2H2O→C2H4O3+4H++4e-

臭氧(O3):O3+2H++2e-→O2+H2O

氨(NH3):12NH3+L2+6H2O→2LO3+12NH4++10e-

磷化氢(PH3):PH3+4H2O→H3PO4+8H++4e-

在对电极上发生的反应则正好与敏感电极上的反应平衡。例如敏感电极上发生氧化反应,对电极上就会与氧被还原并生成水。反之,如果敏感电极上发生还原反应,对电极上的反应则与之相反(即水被氧化)。这样这一反应的标准方程式可以写成:

1/

O2+2H++2e-?H2O

2

两个电极的反应方程式可以结合起来并简化成总的电池反应。例如在一氧化碳的情况下,总个电池反应可写成:

2CO+O2 2CO2

这一总方程式说明供应给传感器的气体是反应的燃料,逸出的气体则是反应的产品。换言之,传感器仅仅是反应的催化剂,它的任何一部分都没有消耗(氨和氰化氢除外,见后)。

注:氨和氰化氢使用了一种新型电解液。其反应机理不象通常的那些传感器那样直接的氧化或者还原。这对传感器的性能有重要的影响,特别是对其输出漂移和使用寿命。这类传感器适宜于检漏,而不适宜于高浓度和连续检测在第一部分所列该类传感器的特中援引了每月总的目标气接受量不宜超过的特定水平值。

选择性

本公司传感器的设计保证了对被测气体有很高的特效性,交叉干扰的影响降低到了最小。这是由下列技术的结合达到的

1)选择特性电极催化剂

电极材料的选择对于传感器中的反应有很强的影响。每一电极反应大多是可以双向进行的,可以利用特殊选定的电极材料催化反应的某一方向。

2)控制敏感电极的工作电位

三电极系统的最大好处在于能给传感器施加一“偏置”电压使得电化学反映活性较低的气体也能被氧化或者被还原。这样一种施加有偏压的器件能促进那些在通常条件下在参考电极电位下不能发生的反应。

3)利用化学过滤器选择性地除去干扰气体

有些传感器装有内置过滤器可以除去那些也能字敏感电极处发生反应的气体。这类内置过滤器组成各不相同,尺寸也各不一样,依传感器的使用条件而异。本章后面将详细论述。

(1)(2)(3)

注:STEL为短期暴露限值,TWA为长期暴露(8hr)限值。

(1)资料来源:Health and Safety Executive(HSE)-EH40/95

(2)资料来源:Deutsche Forschungsgemeinschaft(DFG)-1993

(3)资料来源:Occupational Safety and Health Adminisration(OSHA)-

Code lf Federal Regulations 29 CFR1910.1200,July 1993

(4)括号中的分钟数值表示在该浓度水平下最长允许暴露时间。

(5)氢为可燃性窒息气体,其最低爆炸限的数值为4% 。

4)采用四电极系统

在A7E/F一氧化碳传感器中采用了四电极系统,用以消除氢对传感器输出的影响,前面已经论及过了。

安全监测

为了个人人身安全,需要与一种仪器,当有毒气体的浓度达到短时间暴露允许限值(STEL)和长时间暴露允许限值(TWA)时能予以报警。下表所列为经常监测的几种主要气体的允许暴露限值。该表仅仅作为一种指导。其具体数值在使用前必须予以核对。

在安全监测方面为了监测仪的小型化需要有较小的元件,传统的3型系列传感器由于其体积小结构紧凑最为合用。它结合了3、4型系列的小体积和7型系列结构紧凑两方面的特点。这些传感器的代码中用数字字头来区分,例如7E 4CO 就是用7和4来区分的。

安全检测用传感器至少每六个月应该效一次。对于那些安全极为重要的场合,工作的传感器实施效准应更勤一些(例如两周),关于效准细节见后。

安全检测仪通常可以分为两种类型-----便携式监测仪和定点监测仪。下表所列为安全检测中推存使用的传感器类型。对于适合于便携式监测仪器的传感器以P,而适宜于己于人定点检测仪器的传感器则标以F。P6

P7

操作

线路

a)两电极有毒气体传感器

2E/F传感器是一个两电极低浓度一氧化碳气体传感器。与三电极系统相比其性能受到一定限制,然而其工作电路却是简单得多。

传感器实际上是一只电流发生器。传感器两电极的输出可以简单地用一只低值负荷电阻(例如33Ω)串接于传感器两端然后测量电阻两端的压降,不需要任何外电源,另外传感器也可以采用电流跟随器型式工作,即用一运标放大器将电流输出转换成电压输出。在这一情况下采用低值负荷电阻(例如10Ω)可以缩短响应时间。图2是该原理的简图。图中负荷电阻用R Load表示。运标放大器断路时传感器两端用一结型场效应管(J-FET)短接。

图2 两电极传感器工作电

路ICI--该放大器用作电流电

压转换器,对其失调性能要

求不严格。OP-77或其类似

放大器均可用。

b)三电极系统

1)标准操作(无偏压)

图3为推存用于任一个三电极传感器的电路图,可用于检测下列气体:一氧化碳

(CO)、硫化氢(H2S)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、氯(CL2)、

氢(H2)、氰化氢(HCN)和臭氧(O3)。对于那些在敏感电极上氧化的气体线路的输出为正------CO、H2S、SO2、H2和HCN,而对那些在敏感电极上还原的气体则输出为负------NO2、CL2和O3 。对于需要偏压操作的其它所有传感器这一标准电路要予适当修改(见后)。

对电极的作用只是完成一个电化学电路,其电位值相对于工作电极和参考电极而言是不固定的。在静态条件下,电解液只有微小电流流过,因此对电极电位接近其静止电位。

而在气体检测时,电流升高,这时对电极相对于参考电极而言便极化了对CO、H2S、SO2、H2和HCN为负,NO2、CL2和O3为正。

图3三电极系统标准工作电路

ICI----这一放大器失调电压必须该很低,或者将其凋零。PMI-OP77和OP-90,Intesil或Teledyne 7650和Linear Technology LT1078均可用。

ICI----这一放大器用作电流电压转换器,其失调性能要求不严格,OP-77或类似放大器均可用。

R Load的选值见前第1部分。

* 线路接通时ICI只能有很小的失调电压(例如<100uV)这点很重要,否则运标放大器将使传感器的工作电位严重偏置,致使其由短路状态达到稳定需要相当长的时间。

电解池的电流稳定很快,而对电极的极化却很慢。因此尽管传感器的讯号已经稳定,对电极的电位可能仍在继续漂移,这是很正常的。在实际测量中最大的对电极极化对参考电极而言有可能达到300~400mV。这在实际中意味着电路接的电位要比之高出很多(例如1V),所以ICI的输出为负。

在所有情况下在R Load两端产生的压降应该限制在10mV以下,不然传感器的性能受到损害。保持R Load低值还能保证响应更为快速。虽然在这一线路中甚至可以将其降低至零,但选择一个很小的限值还是比较可取。这样可以在线路噪声和响应时间之间达到较好的平衡。在某些情况下还能减少湿度的瞬时影响。

为了保持仪器在断路期间处于“预备工作”状态,参考电极和敏感电极之间应予短接。既可以将参考惦记用一场效应管短接到线路的公共端(见图3),也可以采用联动开关短接。但短路传感器应避免其接触活性气体或者溶剂的蒸汽。

2)拼压操作

在测量一氧化氮(NO)、氯化氢(HCL)、氧化乙烯(C2H4O)和氨(NH3)时,传感器的设计使得敏感电极在较参考电极电位更正的条件下工作。这就是所谓的“偏压”操作。其工作电路如下。

图4 三电极偏压型工作电路

IC1和IC2同前面一样。V ref是一精确的带隙电压参考。建议采用Teledyne Tc04系列元件。

R load的取值原则见前。

请注意:有些传感器在包装运输过程中,附带有偏置电路板,因此传感器处于随时可以使用状态,请参看订货资料说明部分。

偏压工作电路基本上和图3是一样的,所不同之处只是所需电位低于线路公共端时IC1的输入为正,这样就提供了偏压。所有需要偏压工作的传感器,凡是属于气体在敏感电极上氧化者,电路的输出对公共端而言总是正值。经由IC1提供偏压是因为不能令参考电极通过任何电流,因此,也不能直接将化学电池连接在参考电极和敏感电极之间。建议不让任何时候,甚至仪器在断路的时候,这一偏压都始终保持着。如果不这样,当仪器通电时启动时间会需要很长。

对于各个不同传感器所建议的偏压数值在第一部分相应的说明中都已经给出。在每一中情况先所建议的偏压数值都是使得操作中传感器的性能达到最佳的平衡。正的偏压值是指敏感电极地电位较参考电极为正。

注意:需要偏压工作的传感器其参考电极和敏感电极不时处于同一电位,因此在运输过程中不需要通常那样的短路联结。对于短路会永久损害传感器的情况,储存时不得短接。因此在无偏压操作中短接的场效应管此处省去不用。

c)四电极系统

1)电路的输出计算

和三电极情况一样,四电极的A7系列传感器既可以偏压工作也可以无偏压工作完全依所测气体的情况而定。但不管是按那种方式工作,气体的浓度都一样是由两个讯号的差值决定的。

计算样品中气体浓度时,将两个讯号值直接相减即可:I GAS== I S- .L A式中:

I GAS===已经补偿了基线的气体讯号

I S === 敏感电极讯号

I A===辅助电极讯号

χ====无检测气体存在时给予零输出的一个增益值。

* 由于敏感电极和辅助电极的极限电流非常接近,χ在大多数情况下接近于1 。

现就A7E/F型一氧化碳传感器的情况进行讨论。当含有一氧化碳和氢的混合气体通入传感器时,敏感电极产生一个与良种气体浓度成比例的讯号,而辅助电极产生的讯号则主要由于氢的存在。这种四电极的设计,加上内置过滤器可以除去NO、NO、H2S和SO2的干扰,即使有一两种干扰气存在,也可以得到非常准确的测量结果。

A7E/F传感器的输出可以表示如下:

I s=敏感电极讯号;I A=辅助电极讯号;

[CO]=CO在混合气中的浓度;[H2]=H2在混合气中的浓度;

如果有:I S=a(CO)+b(H2) (1)

I A=c(CO)+d(H2) (2)

由(1)和(2)式中消去(H2)得出:

(CO)=(I S d-I A b)/(ad-bc) (3)

如果用一氧化碳和氢气标气进行宵准,则系数a、b、c可以由(1)和(2)式计算得出,于是由(3)式就可以得到一氧化碳在该两种气体的混合气中的实际浓度值。

在传感器的设计参数中很重要的一点是使ad-bc之值尽可能大。当前的传感器设计中c值大概为a值的1%至10%。b/d比值大概在1/2至5/2之间。

通常系数a、b、c和d也是温度的函数,因此(1)和(2)式更为准确的表示应该是:

I S=a(T)[CO]+b(T)[H2] (4)

I A=c(T)[CO]+d(T)[H2] (5)

为解这一对方程式,必须在不同温度下对一氧化碳和氢进行效准,并采用曲线拟合技术或者利用某种检查表来进行。通常用微处理器来解决最为理想。

A7E/F传感器可以偏压下工作也可以无偏压工作。一般的环境监测或者间歇取样检测无需偏压操作。在这种情况下如果敏感电极和辅助电极在仪器断路时将其与参考电极短接,则当仪器通电时传感器便可立即工作。短接可用两个结式场效应管,参见图5。

Importan Note

The recommended operating circuits for biased and unbiased four electrode are show below.In both

cases the circuit acts in the same way as those recommended for three electrode except there is an additional Auxiliary electrode output. However the same considerations apply as when operating three electrode sensors,so it is important when considering these circuits to read the preceding section that deals with these.

2)标准非偏压操作

图5 四电极标准工作电路

IC1-----该放大器失调电压必须很小,或调零调去。PMI OP-77和OP-90,Intersil 或Teledyne 7650和Linear Techndogy LT 1078使用。

IC2,IC3------该放大器作为电流电压转换器,失调性能不甚要求严格OP-77或类似放大器均可用。

R Load建议值见第1部分。

3)偏压型操作

图6 四电极偏压型操作电路

IC1、IC2、IC3-------其内容同图5

V ref为一带隙电压参考。Teledyne TC04适用。

R Load选值见第1部分。

四电极系统既可非偏压操作也可偏压型操作。偏压型操作电路见图6。偏压操作可降低氢响应

的系数(赏识计算中的b和d),传感器的性能通常也有核很大改进。只是传感器的电源电路和

提供偏压不许长期维持,以避免启动时间过长。

操作

为了正确操作传感器,参考电极和对电极必须有一个很小的氧源供应。通常样品气流中有

足够的氧供应,空气由传感器的正面或者侧面扩散进入传感器的氧已经够用(几千ppm)。长时

间暴露在绝氧的样气中尽管存在有氧通路也活死传感器工作不正常。因此传感器不宜用树脂类材

料完全封装或者整个沉没在绝氧气氛中。

启动

1)标准操作

为了维持传感器总处于“预备工作”状态,大部分传感器(两电极传感器除外)在不工作时敏感电极和参考电极两端总是短路连接。这在储存时一定要安装好,只有在即将使用时方可取去。当仪器断电后两电极应重新短路,否则下次再用,传感器会需要很长启动时间。可用结型场效应管连接两电极,可保证电路断路时两电极保持短路。

2)偏压操作

一氧化碳,氯化氢、氨和氧化乙烯传感器没有这种短路连接。由于这些传感器工作电位与参考电极电位不同而需要偏压型操作。由于短路会永久损害这些传感器,因此其储存时不得短接。

当将一偏置电位施加于一新传感器时,立即产生一个大的假象电流,但迅速减小,几小时湖便达稳定(氨、氧化乙烯和一氧化碳传感器均需2~2小时,氯化氢传感器需要24小时或者更长),基线在以后的三周内将缓慢地继续进一步稳定,之后才达到完全稳定不变。

需要再三强调的是偏压必要在所有时间内都保持着。否则仪器通电湖需要很长的启动时间。

取样系统

在设计取样系统时最需注意的是气流中的活性气体成分不要吸附于系统所用材料的表面上。这样就会使得气体成分损失,浓度降低,直至系统材料吸附饱和为止。象CO、H2和NO这样一些气体不会存在任何吸附的问题,而其它一些气体其吸附问题按下列顺序增加:

SO2

降低这一影响的办法可以是凡与气样接触的表面都用低吸附性的材料,同时加大气体流速和缩短气路的长度。氟化高聚物如聚四氟乙烯(PTFE)、聚三氟氯乙烯(TFE)、和聚氟乙烯丙烯气体吸附性很低可用作气路材料。316不锈钢和硅橡胶也可用来代替上述塑料高聚物,但它们仍能吸附CL2和H2S。聚醋材料除NO2外其它气体都不吸附。

一旦发生了气体的吸附,当用于净气体清洗管路时,它们将会脱附并进入气流中,这时传感器就会检测到该气体,直至所有表面脱附完毕为止。

所有传感器都应有合适的过滤器保护,以除去高腐蚀成分和微粒物质。本公司大部分传感器都在传感器进气孔上装有保护膜,着就需要特别小心以以防固体粒子或者液体进入传感器。同时要注意进气孔不要被遮蔽,以保证传感器的正确宵准。最简单的保护办法是将一多孔PTFE膜用“O”形圈结构将其封装在传感器前端。还可将一聚丙烯细网加在PTFE膜上予以增强。

传感器上结露的情况应尽量避免。如果传感器西安市出届露影响的讯号,用一软纸擦之使干就可以恢复正常工作,但决不可将传感器在400C以上进行干燥。

注1:采用聚丙烯的传感器设计虽然对气体的吸附并不严重,也确能延长传感器的使用寿命。但对NO2、CL2、HCL、O3等传感器让不建议使用,因其影响传感器的性能。

注2:过去提供的过滤器用过不锈钢增强网。这对H2S、SO2、NO2、CL2、HCL、NH3、O3和C2H4O传感器是不合适的。因为这些气体会吸附在网上因而影响传感器性能。

效准

为了保证最高的准确度,传感器效准时所用效准气的浓度应该与传感器经常检测的浓度范围相适应。如果作到这点有不便,那就选传感器检测范围的上端浓度。超过传感器检测浓度范围的效准气也不宜用来效准传感器,因为其不能正确效准。下表列出了传感器效准时最合适的气体浓度和流速,在该条件下传感器的性能做好,而气体可能产生的毒害最小。

效准时通常只是将传感器面对着效准气很短的时间,因此效准气中不一定非有氧不可。从周围空气中,或者在有限时间内通过侧面通路能提供足够的氧量。在大多数情况下,5分钟通气时间足以死效准讯号达到稳定,但依所用设备而定,H2S、HCL、CL2、NO2、NH3、O3和C2H4O 由于表面吸附需要较长的通气时间。

气体气体浓度最小流速

Carbon monoxide----All sensor types(1)200pm 150mls/min

Hydrogen sulphide---4H,4HS,3H,7H

3HH,7HH 20ppm

20ppm

250mls/min

400mls/min

Sulphur dioxide------4S,3ST/F,7ST/F

3SH,7SH 20ppm

2ppm

400mls/min

1000mls/min

Niric oxide-------------4NT

3NT,7NT 20ppm

20ppm

250mls/min

400mls/min

Nitrogen dioxide-----4ND

3NDH,7NDH 10ppm

10ppm

400mls/min

1000mls/min

Chlorine---------------All sensor types 10ppm 1000mls/min

Hydrogen------------- 3HYT,7HYT

3HYE 100ppm

5000ppm

150mls/min

150mls/min

Hydrogen cyanide----All sensor types 10ppm 400mls/min Hydrogen chloride---All sensor types 20ppm 1000mls/min

Ammonia--------------All sensor types 25ppm 250mls/min

Ethylene oxide-------All sensor types 20ppm 1000mls/min

Ozone(2)--------------All sinsor types 2ppm 1000mls/min

注1:A7E/F需要一个氢零气。在环境检测中最好用200ppm H2/200ppm CO标气作效准气。

注2:臭氧效准时用超过所要求的流速还能提高准确度。但当流速超过L/min时应特别小心,勿使传感器受到气体压力影响导致标定不准。

交叉干扰数据

在第一部分列出了一个表,其中列有除标气以外的其它气体的交叉干扰情况。表中数据是被试气体在所给浓度下传感器的典型响应数据。被试气体的浓度通常选择在其临界值附近(TLV水平)。所有数值都是本公司实验测定的。

依每种气体在传感器中反映的特性而定这种影响既可能是降低讯号(负交叉干扰),也可能增加讯号(正的交叉干扰)。从安全角度考虑,负的交叉干扰较之正干扰问题要大一些,因为它将降低目标气的响应讯号,导致延误报警。在这种情况下需要同时监测两种气体。

当使用装有内置过滤器的传感器时,切记过滤材料的寿命是有限的。为环境检测设计的传感器这点非常重要,不能期望过滤器能除尽浓度超过100ppm的干扰气,过滤器也不应连续暴露在这样的浓度水平下。然而在大部分环境检测中这样一高浓度的干扰气通常很少遇到。

当传感器对某一特定的气体西安市有交叉干扰,但这是否一定影响到测定的准确度,要看对准确度的要求有多高,以干扰气与目标气相比其相对浓度有多大。比如说准确度的要求为±10%,任何共存的气体如果其浓度高过于产生10%的影响讯号,那么它就应该分开来监测。举例如下:

一个7SH传感器用来测定二氧化硫,准确度要求为±10%。这同一个传感器也会对很小浓度的1)H2S;2)NO2产生影响。

1)H2S的浓度<1ppm H2S的交叉干扰由第一部分所列表中可以看到,7SH传感器对15ppm H2S的响应相当于20ppm SO2。

a)1ppm H2S≈1.33ppm SO2

这样当SO2浓度小于13ppm时,H2S的存在将会威胁到SO2检测的准确度。

2)NO2浓度<2ppm NO2的交叉干扰从第一部分的表中查到7SH对5ppm NO2的响应相当于-6ppm SO2

b)2ppm NO2≈-2.4ppm SO2

因此当SO2浓度高于25ppm时NO2不会严重影响SO2检测的准确度。

虽然该表提供了大致的干扰情况,但对任何一个特定的传感器而言情况可能是有差别的,传感器性能随环境条件的变化也可能是不一样的。任何批次之间的差别也常常观察到。

注:有关交叉干扰的数据有一完整的列表见附录6。该数据表示为100ppm目标气在传感器中的反应以及与之相当的干扰气的ppm数,这样就提供了一个干扰气的百分灵敏度。

除3AM和7AM以外,所有其它传感器均对NH3、CH4或CO2无响应。

在所有干扰数据中一般人为干扰气浓度其临界值水平以内均呈线性响应。

内置过滤器

某些传感器的设计中,加了一个内置的化学过滤器,用以消除气样中存在的一些其它气体的交叉干扰。每一个过滤器都设计使样气中的某些气体在其到达敏感电极之前将其除去,这样一来就消除了某些特定气体的交叉干扰。

由于这些内置过滤器装进了传感器内部,因此装有内置过滤器的传感器并不改变其外形尺寸。A3E/F有些不一样,该传感器增加了过滤容量,一次环境毛细管有一隆起的区域。

下列窗户装有内置过滤器:

1、CO-----4CF型,7E/F,2E/F和3E/F,A7E/F型。

过滤材料能除去CO 以外的其它微量环境气体。

2、CO----A3E/F型

过滤材料能除去高浓度的酸性气体,如SO2、NO和NO2。

3、SO2----4S型、7ST/F和3ST/F性

过滤材料能除去临界值(8小时时间加权平均值)水平的H2S的交叉干扰。

4、H2----7HYT型和3HYT型

过滤材料能除去微量CO 的交叉干扰。

过滤材料的寿命是有限的,但采用足够的过滤材料在正常采样操作中可以支持传感器至其寿命终了。例如:

在3ST/F和7ST/F传感器中,所用过滤材料是设计供差去浓度在临界值附近的干扰气的。在该传感器中,过滤器寿命将超过传感器的工作寿命。但如果将过滤器连续暴露在高浓度(>100ppm)

的交叉干扰气氛里,过滤材料还是横容易耗尽的。

压力影响

传感器在进行气体检测时如果遇到一个突然的压力变化,将产生一个瞬间的响应。所产生的峰值讯号只要几秒钟就恢复原值。在有取样泵的情况下这可能会成为一个特殊的问题,因为取样泵常常会使气流产生压力波动。

这种压力波动可以避免,只要传感器在气路中装置在接近大气的一端。在3性系列传感器中特别设计了一个吸气固定装置,目的也在于此。或者在传感器的上游安上一气流限置装置也能消除这一压力波动影响。

另一方面传感器下游的反压勿使其接近于零,以死气流不受限制地排放至周围大气中。但是必须注意防止周围大气中相反扩散,以免稀释了样气流导致所测气体的浓度降低。相反扩散可接上一根4mm内往8mm长的排气管来防止。

温度影响

跨度讯号和基线(零气电流)都受温度的影响。

a)跨度

传感器的输出会因温度的改变而有轻微的变化。所列纬度系数图表示传感器的输出是如何随温度的逐渐变化而改变的。该图取一合适的检测气体以200C时的效准柞作为100%,并西安市跨度输出随温度的典型变化关系。

在大多数情况下,该曲线取自16和传感器样品。根据统计规律,大部分该类型传感器的行为都落在+3倍和-3倍标准偏差的范围内。

图8 典型的温度数据曲线

注:温度的快速改变会出现一瞬间的响应,20~30秒内即行消失,然后就在曲线数据标本的新的水平上达到稳定。

b)基线

基线讯号随温度的变化呈现指数关系。大体上温度每增加100C假象增大一倍。

湿度影响

有害气体传感器使用了液体电解质。该电解质接触多孔扩散势垒。当环境水蒸气压很低时使得电解液干。只要不达到届露的情况,传感器的性能不会受湿度的影响,知识简单地西安市出由于湿度变化引起的被测气体的浓度变化而已。然而如果湿度发生快速变化,有些传感器也可能出

现一个瞬间响应,但20-30秒后便会消失。

在全部工作湿度范围内,相对湿度在15%至90%之间传感器可以长期连续工作。在这一条件下传感器中电解液将在其容积和浓度二者间与外界水蒸气压达到平衡,不会影响传感器的性能和寿命。超出这一湿度范围传感器仍能工作,知识这时产生的水分的迁移就必须考虑了。

高温高湿

在高温和90~100%相对湿度下连续工作,水分将会缓慢地扩散进传感器。不过这只有在液体体积的增加超过传感器内的自由空间时水分的进入才会产生有害影响。如果发生这种情况,传感器便会产生渗漏,吸收水分越多渗漏会越严重。在渗漏发生之前将传感器由高湿度移至低的相对湿度下传感器就会逐渐恢复原状,不会产生永久性的损害。

高温低湿

与上述类似,在0-15%RH范围内连续工作水会从传感器内扩散出来。但只有电解液体积减少40%以上时才会成为问题。这时传感器的灵敏度会受到影响,外壳和密封件会受到非常浓的电解液的侵蚀。只要传感器不在这种环境下停留过久致使电解液损失达如此程度,将传感器移至15%RH以上环境,水会缓慢进入并恢复水的平衡。

水的迁移速度依赖于环境温度和传感器中的相对湿度,同时也与电解液和毛细管的孔大小有关。而后面二者每种类型的传感器都是不一样的。例如中等灵敏度的传感器如7E型,在400C和100%相对湿度下可以连续工作6~7周,在0%RH可以连续工作2~3周。一般来说,灵敏度低的传感器水的迁移速度也慢,可以工作较长时间,高灵敏度传感器(例如7CLH、4ND)水的迁移也较快,在这种条件下不要工作时间太长。

附件

安装法兰

为将2/3系列传感器安装在仪器外壳的靠里一面设计了一种用于扩散的装配部件,一般称之为法兰盘的小部件,有开孔供气体进入。其上有一个可以推进去的塞用于凋零和宵准。法兰盘还可在窗户前装上一片具有懊悔作用的过滤膜。将连接管密封安装就位后就可以测量零气基底。将密封取去,钢并标气就可以通入传感器。图15为该部件的简图。

图15:安装法兰简图

保护膜的PTFE一面必须与其相接的“O”形圈贴紧,所有螺拴和螺田均为M2

注:过去安装附件中的PTFE膜曾用不锈钢网增强,由于H2S、SO2、NO2、CL2、HCL、NH3、O3和C2H4O能在其上吸附,影响传感器性能,因此不宜用作这些气体的过滤膜新设计的聚丙烯增强网就不存在这一问题了。

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安装法兰 1 B010

25mm聚丙烯/PTFE片10 B006

安装锥

第二种用于扩散的安装部件称之为锥形连接器,也是为使2/3系列传感器易于安装设计的。该安装锥设计有一个全天候的外壳,注塑在弹性聚酯中。其外壁开有一个25mm内径的孔用于装配。安装知也有一个宵准塞用于凋零和宵准。有一聚酯网增强的多孔四氟膜防止尘粒进入传感器。16为锥形连接器简图。

图16安装锥简图

保护膜的PTFE一面必须与“O”形圈贴紧,所有螺拴螺母均为M2

气流稳定器

虽然传感器的压力系数很小,可是气体压力变化时会产生一瞬间响应,一般20~30秒后变会稳定。当抽气系统采用泵吸,特别是采用隔膜泵时,气流中会产生压力振荡,这样就回产生一个虚的增强讯号。这一讯号还与气体流速有关,因为泵速和流速变化会引起气体压力脉冲的变化。

为了消除气泵的影响,设计了一种吸气模式的配件。该部件有一带小放气孔的扩展空间可以缓冲流入传感器的气流。流速达1l/min的气流泵入传感器不致使讯号增大。顶部有一出气孔可将气体放出仪器外。细节可参看图10。

电化学传感器(完)

酪氨酸酶的提取催化活性及生物电化学传感器的构建与应用 顾新 0909401008 苏州大学材料与化学化工学部 09级化学类 摘要:通过测定在不同浓度酪氨酸酶的作用下多巴红的生成速率测定酶的活性。用加入Na2EDTA观察抑制剂对酶活性的影响。酶电极的制作以及对酚的测定。结果表明:加入抑制剂后酶的催化活性降低。在邻苯二酚加入的瞬间有明显的峰电流产生,说明酪氨酸酶促进酚的氧化。 关键词:酪氨酸酶多巴红酶电极电化学传感器 Abstract:Measuring the enzymatic activity through measuring the produce rate under different density of tyrosinase .Adding the Na2EDTA to the liquor and observing the effect. Making the enzymatic electrode pole and measuring the effect to the phenol. The results showed that tyrosinase promote the oxidation of phenol. Key words:tyrosinase dopamine red enzyme electrode electrochemical sensor 1、前言 生物体内由于生物催化剂酶的存在许多复杂化学反应可以在温和条件下进行得十分顺利和迅速,且酶催化反应具有高效性,选择性,反应条件温和等特性。生物传感器是利用生物物质作为识别元件,将被测物质的浓度与可测量的电信号关联起来,其中研究最多的是酶传感器。 生物电化学传感器的构建主要包括酶,碳纳米管的应用。生物传感器具有不需样品处理操作简便,体积小可实现连续在线监测等特点。 本实验通过土豆提取酪氨酸酶,并测定其活性,并将酶进一步固定于电极表面,制成酶

CHI760D电化学工作站操作手册

CHI760D电化学工作站操作手册

CHI760D电化学工作站操作手册 一、仪器介绍 CHI760D系列电化学分析仪/工作站为通用电化学测量系统.CHI600B系列仪器集成了几乎所有常见的电化学测量技术,包括恒电位,恒电流,电位扫描,电流扫描,电位阶跃,电流阶跃,脉冲,方波,交流伏安法,流体力学调伏安法,库仑法,电位法,以及交流阻抗等.能够进行各种电化学常数的测量。 二、仪器组成 1. 整机由电化学工作站、微机、三电极系统组成 (1) 电化学工作站 (2) 三电极系统 (3) 电源线 红夹线:接辅助电极;绿夹线:接工作电极;白夹线:接参比电极;黑夹线:为地线 三、操作程序 1. 使用前先将电源线和电极连接:红夹线接辅助电极;绿夹线接工作电极;白夹线接参比电极。 2. 电源线和电极连接好后,将三电极系统插入电解池 3. 打开工作站开关 4. 双击桌面CHI快捷方式图标,打开CHI工作站控制界面4.1 快捷菜单常见符号及意义

:新建;:打开文件;:选择实验技术;:参数设置;:运行;:暂停;:停止;:反向扫描;:放大;:手动设置结果;:定义峰;:图形设置;:颜色设置;:字体设置;:细化曲线; 4.2 菜单栏及意义 4.2.1 File 文件 Open 打开文件

用此命令打开数据文件。数据会显示在屏幕上。多文件界面允许打开多个文件。 读文件时,将鼠标器指向文件名,然后双击该文件名就行。也可单击文件名,然后按OK键。 Save As 存储文件 用此命令储存数据。数据是以二进制格式储存的。二进制格式最节省磁盘空间,而且实验参数和控制参数都一起存入文件中。如果要运行与以前完全相同条件的实验,可读入以前的文件,然后运行实验。存数据时,只要输入文件名,然后按OK键。文件类型"。BIN"会被自动加上。如果该文件名已经存在,会有警告给出。如果要取代以前的文件,用鼠标器选择已有的文件名,然后按OK键。 Delete 删除文件 用此命令删除文件。若要同时删除多个文件,可按住键盘上的CTRL键,同时用鼠标器一个个地选择文件名,然后按OK键,你会得到一个文件删除的警告。 List Data File 将文件数据列表 用此命令可将盘中文件以列表的方式将数据读出来。Convert to Text 转换成文本文件 用此命令可将盘中的二进制数据文件转换成文本文件(又称ASCII文件)。这可使得其它商品软件也可读入测量数据,从而进行各种数据处理和显示。若要同时转换多个文件,可按住键盘上

电化学工作站使用说明

电化学工作站使用说明 使用步骤: 1、打开电脑,电化学工作站,(工作站一般需要稳定一段时间,在测试样品) 2、电路连接:绿色铁夹接工作电极,红色铁夹接对电极,黄色铁夹接参比电极。 3、打开软件,按工作站右边的“复位”按钮,工作站自动进行连接,如果连接对话 框消失,说明连接成功;如果长时间不消失,点击取消,重复过程,直至连接成功。 4、循环伏安测定:点击方法分类中的“线性扫描技术”,双击实验方法中的“循环 伏安法”,出现循环伏安法参数设定菜单,初始电位和开关电位设定值一 样,电流极性设为“氧化”,如果实验出现电流溢出的现象(图像未出现峰,出现水平线),将灵敏度调高,其他设置随实验方法不同而改变。例如测MnO2 是主要更改的参数设是:灵敏度(1MA,电流极性(氧化),初始电位=开关电位1(0V,开关电位2(1V,扫描速率(2,5,10,20,50mV/S , 循环次数(>=10次)。 5、打开“控制”下的“开始实验”,界面右上角出现“剩余时间” 6实验结束,“剩余时间”将消失,将实验结果另存为目标文件,此文件类型为工作站的默认类型,Excell无法打开 7、打开目标文件下的实验图形,打开数据处理下的“查看数据”,选择显示曲线 (不选第一次循环),确定。出现数据列表对话框,点击保存,保存类型为 Excel。 8、阻抗测定:(1)、开路电位测定:点击方法分类中的“恒电位技术”,双击 实验方法中的“开路电位-时间曲线”,出现参数设定菜单,电流极性设为氧化,初始电位设为0,采样间隔时间设为0.5秒,等待时间1秒,测量时间>=15 秒,其它参数不变。测量结束,记下开路电位数值。(2)点击工具栏中“设置”的“交流阻抗”中的“启动”。出现交流阻抗界面,点击“测量”中的 “阻抗-频率扫描法”,出现参数设定界面:电位为开路电位值(注意:测得 的开路电位值与此处的单位不同),最大频率为100000.最小频率为0.01,电流量程为1mA/V,其它参数设置不变。(经常有最后几个点很长时间不出的现象,可以点击“停止”)

电化学气体传感器通用说明书

工作原理 A氧气传感器 氧气传感器采用隔膜式伽伐尼电池工作原理。这类传感器通常包括具有催化活性的贵重金属阴极,易极化的活泼金属阳极,酸、碱、盐的水溶液、或其它离子导体构成的电解质,密闭外壳,管脚等。氧气传感器的外壳是一个密闭容器并充满电解液,此密闭容器的顶部有一个毛细微孔,允许氧气通过并进入工作电极。此时氧气将在传感器内部被电解,导致传感器内部导电离子浓度发生变化。通过测量流过两电极的电解电流可以准确感知环境中氧气浓度的变化。在适当的范围内,电解电流与氧气浓度呈良好的线性关系。 氧气在传感器中的电化学过程被描述为:当氧气到达工作电极时,立即如反应(1)被还原成氢氧根离子: O2+2H2O+4e→4OH-(1) 这些氢氧根离子通过电解质到达阳极(铅),与铅发生氧化反应(2),生成对应的金属氢氧化物。 2Pb+4OH-→2Pb(OH)2+4e(2) 总电池反应: O2+2Pb+2H2O=2Pb(OH)2(3) 反应生成的电流大小相应地取决于氧气扩散速度,氧气的扩散速度则取决于氧分压和毛细孔孔径的大小。可外接一只已知电阻来测量产生的电势差,这样就可以准确测量出氧气的浓度。 电化学反应中,活泼金属铅参与到氧化反应中被不断消耗和钝化,使传感器具有一定的使

用期限,当所有可利用的活泼金属铅完全被氧化或钝化时,传感器将停止工作。通常氧气传感器的预期使用寿命为1-2年,但也可以通过增加阳极铅的含量或限制接触阳极的氧气量来延长传感器的使用寿命。 B毒性气体传感器 利用待测气体在电解池中工作电极上的电化学氧化过程,通过电子线路将电解池的工作电极和参比电极恒定在一个适当的电位,在该电位下可以发生待测气体的电化学氧化,由于氧在氧化和还原反应时所产生的法拉第电流很小,可以忽略不计,于是待测气体电化学反应所产生的电流与其浓度成正比并遵循法拉第定律。这样,通过测定电流的大小就可以确定待测气体的浓度。 通常,三电极电化学式气体传感器主要由电极、电解液、电解液的保持材料、除去干涉气体的过滤材料、密闭外壳,管脚等零部件组成。 传感器中的电极包括工作电极、参比电极和对电极,是由对被测气体具有催化作用的材料制成。电化学式气体传感器的化学反应系统主要有三个电极组成: W极——用于氧化反应的工作电极; C极——用于还原反应的对电极; R极——可提供恒电位的参比电极; 电化学毒性气体传感器的代表性构造如图2所示。 进入传感器内的气体在工作电极被氧化(大多数的气体)或被还原(举例来说二氧化氮和氯)。反应按化学计量比进行。如一氧化碳在工作电极上的反应: CO+H2O→CO2+2H++2e

电化学传感器工作指南设计及电路图

电化学传感器工作指南及电路图 引言 本公司有毒气体检测传感器的开发始于1981年,以一氧化碳传感器的研制为开端。之后对各式各样新传感器都进行了开发。直至最进开发的臭氧和氧化乙烯传感器,形成了系列的传感器产品,并以其可靠、 稳定和耐用等特点斐声海外。 此类传感器系一微型燃料电池,设计成为免维护型并且能长时间稳定工作的产品。所采用的技术立足于己于人本公司早期氧传感器的工作基础,系直接响应气体的体积浓度变化,而不是响应其压力的变化。 该类传感器设计的最大特点是采用了气体的扩散势垒,该势垒能限制气体流向敏感电极的流星。敏感电极能与到达电极的电化学活性仍有余裕。这一高的电化学活性保证了传感器的长寿命和很好的温度稳定性。两电极系统 基于电化学原理工作的传感器其最简单的一种型式就是两电极系统。其工作电极和对电极由一薄层电解液隔开并经由一个很小的电阻联通外电路。当气体扩散进入传感器后,在敏感电极表面进行氧化或还原反应,产生电流并通过外电路流经两个电极。该电流的大小比例于气体的浓度,可通过外电路的负荷电阻予以测量。 为了让反应能够发生,敏感电极的电位必须保持在一个特定的围。但气体的浓度增加时,反应电流也增加,于是导致对电极电位改变(极化)。由于两电极是通过一个简单的负荷电阻连接起来的,虽然敏感电极的电位也会随着对电极的电位一起变化。如果气体的浓度不断地升高,敏感电极的电位最终有可能移出其允许围。至此传感器将不成线性,因此两电极气体传感器检测的上限浓度受到一定限制。 三电极系统 对电极的极化所受的限制可以用引进第三电极,参考电极,和利用一外部的恒电位工作电路来予以避免。在这样一种装置中,敏感电极曲线相对于参考电极保持一固定值。在参考电极中无电流流过,因此这两个电极均维持在一恒定的电位。对电极则仍然可以进行极化,但对传感器而言已不产生任何限制作用。因此 三电极传感器所能检测浓度围要比两电极大得多。 大部分有毒气体传感器(3/4/7系列)均属三电极系统。由于控制了敏感电极的电位,恒电位电路还能提高传感器的选择性和改进其响应性能。这一电路同时也用来测量流过敏感电极和对电极之间的电流。电路可以作成体积很小的低功耗装置。本章后部将提供一些与此有关的电路。 四电极系统 图1 三电极系统进一步发展导致了四电极系统传感器的产生(A3/A7系列)。这一类型的传感器增加了另一个工作电极,称之为辅助电极。辅助电极的讯号可以用来抵消温度变化的影响或者用来提高传感器的选择性。用了第四电极可以使传感器的讯号更稳定,对被测量气体有着特性的响应。 温度影响 即使不存在反应气体,传感器的敏感电极也会显示一个很小的讯号电流称之为“基线电流”。虽然在

最新CHI760D电化学工作站操作手册

CHI760D电化学工作站操作手册 一、仪器介绍 CHI760D系列电化学分析仪/工作站为通用电化学测量系统.CHI600B系列仪器集成了几乎所有常用的电化学测量技术,包括恒电位,恒电流,电位扫描,电流扫描,电位阶跃,电流阶跃,脉冲,方波,交流伏安法,流体力学调伏安法,库仑法,电位法,以及交流阻抗等.可以进行各种电化学常数的测量。 二、仪器组成 1. 整机由电化学工作站、微机、三电极系统组成 (1) 电化学工作站 (2) 三电极系统 (3) 电源线 红夹线:接辅助电极;绿夹线:接工作电极;白夹线:接参比电极;黑夹线:为地线 三、操作程序 1. 使用前先将电源线和电极连接:红夹线接辅助电极;绿夹线接工作电极;白夹线接参比电极。 2. 电源线和电极连接好后,将三电极系统插入电解池 3. 打开工作站开关 4. 双击桌面CHI快捷方式图标,打开CHI工作站控制界面 4.1 快捷菜单常用符号及意义 :新建;:打开文件;:选择实验技术;:参数设置;:运行; :暂停;:停止;:反向扫描;:放大;:手动设置结果;:定义峰;:图形设置;:颜色设置;:字体设置;:细化曲线;4.2 菜单栏及意义

4.2.1 File 文件 Open 打开文件 用此命令打开数据文件。数据会显示在屏幕上。多文件界面允许打开多个文件。 读文件时,将鼠标器指向文件名,然后双击该文件名就行。也可单击文件名,然后按OK键。 Save As 存储文件 用此命令储存数据。数据是以二进制格式储存的。二进制格式最节省磁盘空间,而且实验参数和控制参数都一起存入文件中。如果要运行与以前完全相同条件的实验,可读入以前的文件,然后运行实验。存数据时,只要输入文件名,然后按OK键。文件类型"。BIN"会被自动加上。如果该文件名已经存在,会有警告

电化学工作站使用说明

电化学工作站使用说明 频段:在电化学阻抗谱中,以对数方式描述频率变化可使阻抗谱显得紧凑而不失特征。在对数坐标系中,人们更习惯于以10为底。鉴于此,在RST电化学工作站中,将频率变化10倍的频率范围称为一个频段。例如:将1Hz~10Hz的频率范围称为频段6;将10Hz~100Hz的频率范围称为频段7,等等。在每个频段中,可包含1~24个频点,依操作者设置而定。一般地,需要着重关注的频段可多设置一些频点;运行时间太长的频段可少设置一些频点。 频点:电化学阻抗是频率的函数(例如:在幅频特性和相频特性中频率是自变量;在阻抗复平面和导纳复平面中频率是参变量)。为了较全面地表述电化学体系的阻抗特征,我们需要在较宽的频率范围内对其进行测量,一般需要几十个频率。在RST电化学工作站中,将这种离散的测量频率称为频点。经过测量,每一个频点将获得一组测量值。 周波:在RST电化学工作站中,将正弦波持续一个完整周期(相位变化量=2p)所形成的波形成为周波。在交流信号的稳态测量中,测量时间越长,信噪比越高。因此,将某个频点的周波数设得多一些,该频点的测量数据就会更精确一些,当然,相应的测量时间将变得长一些。 起始频率、终止频率:在电化学阻抗谱测量过程中,我们将第一个测量频率称为起始频率;将最后一个测量频率称为终止频率。小技巧:由于频率较高的频点所需的测量时间较短,因此,如将起始频率设成高频,将终止频率设成低频,则在测量过程中可较早地看到阻抗谱的全貌。 运行时间:运行时间与起始频率、终止频率、频点数量、每个频点的周波数等参数的设置息息相关。在RST5000F系列电化学工作站的软件中,当改变上述参数时,运行时间将立即计算得到,便于操作者权衡。 偏置电位 在RST电化学工作站中,对电解池中的工作电极所加的直流电位(相对于参比电极)称为偏置电位。 在电子学中,为了便于信号分析,常把交直流混合信号看成是由一个交流信号和一个直流信号叠加组成的。从时间波形上看,直流信号可使交流波形向上或向下偏移,从而称其为偏置信号。如以电位(电压)形式表述,则称为偏置电位(电压)。 大多数电化学阻抗的测量是在开路电位条件下进行的。此时,外电路电流为零,工作电极上没有超电势。当给工作电极加的交流信号足够小时,如2mV~10mV,通常认为这种平衡状态不会遭到破坏。请注意,此时加到工作电极上的偏置电位应是其开路电位。由于电化学系统的开路电位很难用理论公式精确计算,需要实测得到。因此,在进行电化学阻抗谱测量之前,我们要先测得电极系统处于稳态时的开路电位,并将该值填入偏置电位输入框中。 如果需要在极化条件下测量电化学阻抗谱,则:偏置电位 = 开路电位+超电势。

电化学工作站循环伏安法使用说明

电化学工作站循环伏安法使用说明 连接电极:绿夹夹工作电极(W),黄夹夹参比电极(R),红夹夹辅助电极(A)。 1.打开电脑-----打开工作站开关------双击工作站图标运行工作站程序。 点击界面工具栏 “选择电化学方法”按钮。 2.选择线性扫描循环伏安法,点击确定。 3. 点击界面工具栏, “参数设定按钮” 3.1:测试电池等能量实验 的可以在开路电位前面的 方块内点击打钩。 3.2:静止电位:对含有电 容电压的器件,电流瞬间 有变化的工作电极可给以 10秒左右的静置点位,静 置电位和起始电位相符。 一般只用第一折返做终止 电位。做电池、电容器用 到第二折返。 上面是设定的铁氰化钾在玻碳电极下的循环伏安参数 设置完成后点击“确定”。

4.点击界面工具栏“运行按钮” 下面是铁氰化钾在玻碳电极下的循环伏安扫描图 抛光好的工作电极在铁氰化钾中的峰电位差应小于80mV,电流比约等于1. 5.测量: 5.1点击界面工具栏测量按钮

5.2:如果是多圈,点击当前圈的(+)(-)调看多圈的其中某圈。 5.3:点击只显当前圈,可以屏蔽其他多圈的显示。 5.4:点击自动测量,左侧出现各个峰的电位、电流和面积。

5.5:点击自动测量可以显示各个峰的点位和电流,点击1、2、3、4、。。。。可测量各个峰的 测量值。 5.6:峰型不好的也可以采用手动测量。 5.7:只要保存原图,删除没有显示的图就可以保存每一圈的图,只是要把保存的名称改动 一下,比如后面加上1或者2等就可以了。 5.8:如果做得图是差失脉冲伏安法或者是方波伏安法,点击半峰法旁边的小三角,选中高 斯法就可以手动测量了。

电化学气体传感器

电化学气体传感器的研究 电化学气体传感器是由膜电极和电解液灌封而成的。气体浓度信号将电解液分解 成阴阳带电离子,通过电极将信号传出。它的优点是:反映速度快、准确(可用于ppm级),稳定性好、能够定量检测,但寿命较短(大于等于两年)。它主要适用于 毒性气体的检测,目前国际上绝大部分毒气检测采用该类型传感器。 电化学气体传感器的分类 电化学气体相当一部分的可燃性的、有毒有害气体都有电化学活性,可以被电化学氧 化或者还原。利用这些反应,可以分辨气体成份、检测气体浓度。电化学分很多子类:(1)、原电池型气体传感器(也称:加伏尼电池型气体传感器,也有称燃料电池型气体传感器,也有称自发电池型气体传感器),他们的原理行同我们用的干电池,只是,电池的碳锰电极被气体电极替代了。以氧气传感器为例,氧在阴极被还原,电子通过电流 表流到阳极,在那里铅金属被氧化。电流的大小与氧气的浓度直接相关。这种传感器 可以有效地检测氧气、二氧化硫、氯气等。 (2)、恒定电位电解池型气体传感器,这种传感器用于检测还原性气体非常有效,它的原理与原电池型传感器不一样,它的电化学反应是在电流强制下发生的,是一种真正 的库仑分析的传感器。这种传感器已经成功地用于:一氧化碳、硫化氢、氢气、氨气、肼、等气体的检测之中,是目前有毒有害的主流传感器。 (3)、浓差电池型气体传感器,具有电化学活性的气体在电化学电池的两侧,会自发形成浓差电动势,电动势的大小与气体的浓度有关,这种传感器的成功实例就是汽车用 氧气传感器、固体电解质型二氧化碳传感器。 (4)、极限电流型气体传感器,有一种测量氧气浓度的传感器利用电化池中的极限电流与载流子浓度相关的原理制备氧(气)浓度传感器,用于汽车的氧气检测,和钢水中氧 浓度检测。 电化学气体传感器是通过检测电流来检测气体的浓度,分为不需供电的电池式以 及需要供电的可控电位电解式。 基于电化学原理工作的传感器其最简单的一种型式就是两电极系统。其工作电极 和对电极由一薄层电解液隔开并经由一个很小的电阻联通外电路。当气体扩散进入传 感器后,在敏感电极表面进行氧化或还原反应,产生电流并通过外电路流经两个电极。该电流的大小比例于气体的浓度,可通过外电路的负荷电阻予以测量。 为了让反应能够发生,敏感电极的电位必须保持在一个特定的范围内。但气体的浓度 增加时,反应电流也增加,于是导致对电极电位改变(极化)。由于两电极是通过一 个简单的负荷电阻连接起来的,虽然敏感电极的电位也会随着对电极的电位一起变化。如果气体的浓度不断地升高,敏感电极的电位最终有可能移出其允许范围。至此传感 器将不成线性,因此两电极气体传感器检测的上限浓度受到一定限制。

最新电化学生物传感器

电化学生物传感器 生物分子的分析检测对获取生命过程中的化学与生物信息、了解生物分子及其结构与功能的关系、阐述生命活动的机理以及对疾病的有效诊断与治疗都具有十分重要的意义。如何高效、快速、灵敏地检测这些生物分子,是当前生命科学领域中面临的一个十分重要的问题。解决这些问题的关键就在于发展各种新型的分析检测技术。生物传感器的出现为有效地解决这些问题提供了新的工具,为生命科学及其相关领域的研究提供了许多新的方法 1电化学生物传感器的基本结构及工作原理 1.1 基本结构 通常情况下,生物传感器由两个主要部分组成即生物识别元件和信号转换器。生物识别元件是指具有分子识别能力,能与待测物质发生特异性反应的生物活性物质,如酶、抗原、抗体、核酸、细胞、组织等。信号转换器主要功能是将生物识别作用转换为可以检测的信号,目前常用的有电化学、光学、热和质量分析几种方法[1]。其中,电化学方法就是一种最为理想的检测方法。 图1 电化学生物传感器的基本结构 1.2 工作原理 电化学生物传感器采用固体电极作基础电极,将生物敏感分子固定在电极表面,然后通过生物分子间的特异性识别作用,生物敏感分子能选择性地识别目标分子并将目标分子捕获到电极表面,基础电极作为信号传导器将电极表面发生的识别反应信号导出,变成可以测量的电信号,从面实现对分析目标物进行定量或定性分析的目的。 2电化学生物传感器的分类

由各种生物分子(抗体、DNA、酶、微生物或全细胞)与电化学转换器(电流型、电位型、电容型和电导型)组合可构成多种类型的电化学生物传感器,根据固定在电极表面的生物敏感分子的不同,电化学生物传感器可分为电化学免疫传感器、电化学DNA传感器、电化学酶传感器、电化学微生物传感器和电化学组织细胞传感器等。 2.1 电化学免疫传感器 电化学免疫传感器是一种将免疫技术与电化学检测相结合的标记免疫分析方法。它是以抗原.抗体特异性反应为基础,将抗原/抗体反应达到平衡状态后的生物反应信号转换成可测量的电信号并通过基础电极将其导出。当采用电化学检测方法测量时,其信号大小与目标分析物在一定浓度范围内成线性关系,从而实现对目标检测物的分析测定。 根据抗原-抗体间的免疫反应的类型,电化学免疫传感器可分为两种:竞争法和夹心法。竞争法的分析原理是基于标记抗原和非标记抗原共同竞争与抗体的反应[2]。而夹心法则是将捕获抗体、抗原和检测抗体结合在一起,形成一种捕获抗体/抗原/检测抗体的夹心式复合物,也称“三明治”式结合物[3]。 图2 竞争法 图3 夹心法 2.2 DNA生物传感器 DNA生物传感器主要检测的是核酸的杂交反应。电化学DNA传感器的工作原理如图所示,即将单链DNA(ssDNA)探针,固定在电极上,在适当的温度、pH、离子

CHI电化学工作站说明书用户手册

CHI 电化学分析仪 用户手册 绪言 CHI600B 系列电化学分析仪 / 工作站为通用电化学测量系统.内含快速数字信号发生器,高速数据采集系统,电位电流信号滤波器,多级信号增益, iR 降补偿电路,以及恒电位仪/恒电流仪( CHI660B).电位范围为±10V ,电流范围为± 250 mA .电流测量下限低于 50 pA .可直接用于超微电极上的稳态电流测量.如果与 CHI200 微电流放大器及屏蔽箱连接,可测量 1 pA 或更低的电流. 600B系列也是十分快速的仪器.信号发生器的更新速率为 5M Hz ,数据采集速率为 500K Hz .循环伏安法的扫描速度为 500 V/s 时,电位增量仅 0.1 mV ,当扫描速度为 5000 V/s 时,电位增量为 1 mV .又如交流阻抗的测量频率可达 100K Hz ,交流伏安法的频率可达 10K Hz .仪器可工作于二,三,或四电极的方式,四电极对于大电流或低阻抗电解池(例如电池)十分重要,可消除由于电缆和接触电阻引起的测量误差.仪器还有外部信号输入通道,可在记录电化学信号的同时记录外部输入的电压信号,例如光谱信号等.这对光谱电化学等实验极为方便.此外仪器还有一高分辨辅助数据采集系统( 24 bit @ 10 Hz ) ,对于相对较慢的实验可允许很大的信号动态范围和很高的信噪比. 仪器由外部计算机控制,在视窗操作系统下工作.仪器十分容易安装和使用.不需要在计算机中插入其他电路板.用户界面遵守视窗软件设计的基本规则.如果用户熟悉视窗环境,则无需用户手册就能顺利进行软件操作.命令参数所用术语都是化学工作者熟悉和常用的.一些最常用的命令都在工具栏上有相应的键,从而使得这些命令的执行方便快捷.软件还提供详尽完整的帮助系统. 仪器软件具有很强的功能,包括极方便的文件管理,全面的实验控制,灵活的图形显示,以及多种数据处理.软件还集成了循环伏安法的数字模拟器.模拟器采用快速隐式有限差分法,具有很高的效率.算法的无条件稳定性使其适合于涉及快速化学反应的复杂体系.模拟过程中可同时显示电流以及随电位和时间该变的各种有关物质的动态浓度剖面图.这对于理解电极过程极有帮助.这也是一个很好的教学工具,可帮助学生直观地了解浓差极化以及扩散传质过程. CHI600B系列仪器集成了几乎所有常用的电化学测量技术,包括恒电位,恒电流,电位扫描,电流扫描,电位阶跃,电流阶跃,脉冲,方波,交流伏安法,流体力学调制伏安法,库仑法,电位法,以及交流阻抗,等等.不同实验技术间的切换十分方便.实验参数的设定是提示性的,可避免漏设和错设. 为了满足不同的应用需要以及经费条件, CHI600B 系列又分成多种型号.不同的型号具有不同的电化学测量技术和功能,但基本的硬件参数指标和软件性能是相同的. CHI600B 和 CHI610B 为基本型,分别用于机理研究和分析应用.它们也是十分优良的教学仪器. CHI602B和 CHI604B 可用于腐蚀研究. CHI620B 和 CHI630B 为综合电化学分析仪,而 CHI650B 和 CHI660B 为更先进的电化学工作站. 1

电化学传感器结构

1:产品结构和基本原理 电化学一氧化碳气体传感器结构采用密闭式设计,由电极、过滤器、透气膜、电解液、电极引出线(管脚)、壳体等部分组成。详见下图。 透气孔 壳体过滤器 工作电极透气膜 电解液 对电极参比电极 管脚 电化学一氧化碳气体传感器结构示意图 一氧化碳气体传感器与报警器配套使用,是报警器中的核心检测元件,它是以定电位电解为基本原理。当一氧化碳扩散到气体传感器时,其输出端产生电流输出,提供给报警器中的采样电路,起着将化学能转化为电能的作用。当气体浓度发生变化时,气体传感器的输出电流也随之成正比变化,经报警器的中间电路转换放大输出,以驱动不同的执行装置,完成声、光和电等检测与报警功能。 如上图所示,当一氧化碳气体通过外壳上的气孔经透气膜扩散到工作电极表面上时,在工作电极的催化作用下,一氧化碳气体在工作电极上发生氧化。其化学反应式为: CO+H2O→CO2+2H++2e- 在工作电极上发生氧化反应产生的H+离子和电子,通过电解液转移到与工作电极保持一定间隔的对电极上,与水中的氧发生还原反应。其化学反应式为:1/2 O2+2H++2e-→H2O 因此,传感器内部就发生了氧化-还原的可逆反应。其化学反应式为: 2CO+2O 2CO2 这个氧化-还原的可逆反应在工作电极与对电极之间始终发生着,并在电极间产生电位差。 但是由于在两个电极上发生的反应都会使电极极化,这使得极间电位难以维持恒定,因而也限制了对一氧化碳浓度可检测的范围。 为了维持极间电位的恒定,我们加入了一个参比电极。在三电极电化学气体传感器中,其输出端所反应出的是参比电极和工作电极之间的电位变化,由于参比电极不参与氧化或还原反应,因此它可以使极间的电位维持恒定(即恒电位),此时电位的变化就同一氧化碳浓度的变化直接有关。当气体传感器产生输出电流时,其大小与气体的浓度成正比。通过电极引出线用外部电路测量传感器输出电流的大小,便可检测出一氧化碳的浓度,并且有很宽的线性测量范围。这样,在气体传感器上外接信号采集电路和相应的转换和输出电路,就能够对一氧化碳气体实现检测和监控。 2、主要特点 公司生产的传感器是以定电位电解为原理,拥有普通的接触式半导体传感器所不具有的许多特性。 (1 )更宽的输出和气体浓度线性范围;

CHI C电化学工作站操作手册

CHI660C电化学工作站操作手册 一、仪器介绍 CHI660C系列电化学分析仪/工作站为通用电化学测量系统.CHI600B系列仪器 集成了几乎所有常用的电化学测量技术,包括恒电位,恒电流,电位扫描,电流扫描,电位阶跃,电流阶跃,脉冲,方波,交流伏安法,流体力学调伏安法,库仑法,电位法,以及交流阻抗等.可以进行各种电化学常数的测量。 二、仪器组成 1. 整机由电化学工作站、微机、三电极系统组成 (1) 电化学工作站

(2) 三电极系统 参比电极 工作电极辅助电极 (3) 电源线 红夹线:接辅助电极;绿夹线:接工作电极;白夹线:接参比电极;黑夹线:为地线 三、操作程序

1. 使用前先将电源线和电极连接:红夹线接辅助电极;绿夹线接工作电极;白夹线接参比电极。

2. 电源线和电极连接好后,将三电极系统插入电解池 3. 打开工作站开关 4. 双击桌面CHI快捷方式图标,打开CHI工作站控制界面

双击 4.1 快捷菜单常用符号及意义 :新建; :打开文件;:选择实验技术;:参数设置; :运行; :暂停;:停止;:反向扫描;:放大;:手动设置结果;:定义峰;:图形设置;:颜色设置;:字体设置;:细化曲线;4.2 菜单栏及意义

4.2.1 File 文件 Open 打开文件 用此命令打开数据文件。数据会显示在屏幕上。多文件界面允许打开多个文件。 读文件时,将鼠标器指向文件名,然后双击该文件名就行。也可单击文件名,然后按OK键。 Save As 存储文件 用此命令储存数据。数据是以二进制格式储存的。二进制格式最节省磁盘空间,而且实验参数和控制参数都一起存入文件中。如果要运行与以前完全相同条件的实验,可读入以前的文件,然后运行实验。存数据时,只要输入文件名,然后按OK键。文件类型"。BIN"会被自动加上。如果该文件名已经存在,会有警告

电化学传感器的应用及发展前景

苏州大学研究生考试答卷封面 考试科目:仪器分析考试得分:________________院别:材料与化学化工学部专业:分析化学 学生姓名:饶海英学号: 033 授课教师: 考试日期: 2012 年 1 月 10 日

电化学传感器的应用研究 摘要:随着电分析技术的发展,电化学传感技术越来越成为生命科学、临床诊断和药学研究的重要手段之一。本文主要介绍了电化学发光免疫传感器,电化学DNA 传感器、电化学氧传感器、纳米材料电化学传感器的基本概念、原理,以及这些传感器在各领域的应用。 关键词:电化学传感器免疫传感器传感器 电化学传感技术的核心是传感器。传感器能感受(或响应)规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。传感器通常由直接响应于被测量的敏感元件和产生可用信号输出的转换元件以及相应的电子线路所组成,是将一种信息能转换成可测量信号(一般指电学信号)的器件。传感器可分为物理传感器、化学传感器和生物传感器三大类。本文以化学传感器尤其是电化学传感器进行研究。 电致化学发光(Electrogenerated chemiluminescence),也称电化学发光(Electrochemiluminescence),简称ECL,是通过电极对含有化学发光物质的体系施加一定的电压或通过一定的电流,电极氧化还原产物之间或电极氧化还原产物与体系其它共存物质之间发生化学反应并生成某种不稳定的中间态物质,该物质分解而产生的化学发光现象。电致化学发光技术是电化学与化学发光相结合的检测技术,该技术既集成了发光与电化学分析技术的优点,又具有二者结合产生的可控性、选择性、重现性好、灵敏度高、检测限低及动力学响应范围宽等新优势[ 1~3 ]。 电化学传感器可分为以下几个类型。①吸附型:通过吸附方式将修饰物质结合在电极表面得到的修饰电极为吸附型化学修饰电极。可以制备单分子层和多分子层。根据吸附作用力的不同,又可分为平衡吸附型、静电吸附型、LB膜型、SA 膜型、涂层型。②共价键合型:在电极的表面通过键合反应把预定功能团接在电极表面而得到的化学修饰电极为共价型化学修饰电极。常用基体电极有碳电极、玻碳电极、金属和金属氧化物电极。③聚合物型:利用聚合反应在电极表面形成修饰膜的电极。制备方式有氧化还原沉积、有机硅烷缩合、等离子聚合、电化学聚合等。④其他类型:无机物修饰电极,如普鲁士蓝修饰电极、粘土修饰电极、

电化学工作站说明书

电化学工作站说明书 频段:在电化学阻抗谱中,以对数方式描述频率变化可使阻抗谱显得紧凑而不失特征。在对数坐标系中,人们更习惯于以10为底。鉴于此,在RST电化学工作站中,将频率变化10倍的频率范围称为一个频段。例如:将1Hz~10Hz的频率范围称为频段6;将10Hz~100Hz的频率范围称为频段7,等等。在每个频段中,可包含1~24个频点,依操作者设置而定。一般地,需要着重关注的频段可多设置一些频点;运行时间太长的频段可少设置一些频点。 频点:电化学阻抗是频率的函数(例如:在幅频特性和相频特性中频率是自变量;在阻抗复平面和导纳复平面中频率是参变量)。为了较全面地表述电化学体系的阻抗特征,我们需要在较宽的频率范围内对其进行测量,一般需要几十个频率。在RST 电化学工作站中,将这种离散的测量频率称为频点。经过测量,每一个频点将获得一组测量值。 周波:在RST电化学工作站中,将正弦波持续一个完整周期(相位变化量=2p)所形成的波形成为周波。在交流信号的稳态测量中,测量时间越长,信噪比越高。因此,将某个频点的周波数设得多一些,该频点的测量数据就会更精确一些,当然,相应的测量时间将变得长一些。 起始频率、终止频率:在电化学阻抗谱测量过程中,我们将第一个测量频率称为起始频率;将最后一个测量频率称为终止频率。小技巧:由于频率较高的频点所需的测量时间较短,因此,如将起始频率设成高频,将终止频率设成低频,则在测量过程中可较早地看到阻抗谱的全貌。 运行时间:运行时间与起始频率、终止频率、频点数量、每个频点的周波数等参数的设置息息相关。在RST5000F系列电化学工作站的软件中,当改变上述参数时,运行时间将立即计算得到,便于操作者权衡。 偏置电位 在RST电化学工作站中,对电解池中的工作电极所加的直流电位(相对于参比电极)称为偏置电位。 在电子学中,为了便于信号分析,常把交直流混合信号看成是由一个交流信号和一个直流信号叠加组成的。从时间波形上看,直流信号可使交流波形向上或向下偏移,从而称其为偏置信号。如以电位(电压)形式表述,则称为偏置电位(电压)。 大多数电化学阻抗的测量是在开路电位条件下进行的。此时,外电路电流为零,工作电极上没有超电势。当给工作电极加的交流信号足够小时,如2mV~10mV,通常认为这种平衡状态不会遭到破坏。请注意,此时加到工作电极上的偏置电位应是其开路电位。由于电化学系统的开路电位很难用理论公式精确计算,需要实测得到。因此,在进行电化学阻抗谱测量之前,我们要先测得电极系统处于稳态时的开路电位,并将该值填入偏置电位输入框中。 如果需要在极化条件下测量电化学阻抗谱,则:偏置电位 = 开路电位+超电势。

电化学气体传感器的优缺点

不同电化学气体传感器中所包含的不同成份决定了它可与相应的毒气发生反应;测量头可测量反应所产生的电流并将其转换成气体浓度值(ppm或ppb)。催化传感器在涂有催化剂的小球上“无焰燃烧”可燃性气体;测量头可测量电阻的变化并通过a/d 转换,显示变化相应的读数。一般以爆炸下限作为满量程。 由于电化学型和催化燃烧型测量头相对较低的成本,它们通常被用于“源点”(即泄漏有可能发生的地方)处的测量。因而对泄漏的反应迅速并可连续探测。另外,由于没有可移动部件,所以不会造成机械故障。 但是,这两种类型的传感器也有缺点:一些气体传感器不但对与之相应的气体(即它们按照设计应该反应的气体)反应,而且对其他气体(干扰气体)也发生反应,因此有必要注意在设计和安装过程中避免将这些传感器用在有可能有干扰气体存在的地方。传感器需要定期标定,通常为三个月一次(视不同品牌,工作环境,工作状态等因素的影响);传感器在使用1到3年后通常需要更换(视不同品牌,工作环境,工作状态等因素的影响)。另外,有些品牌的传感器使用的是电解溶液,这就需要定期填充电解液。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台,正品现货、优势价格、迅捷配送,是一站式采购的工业品商城!具有10年工业用品电子商务领域研究,以强大的信息通道建设的优势,以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力,为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解相关传感器产品的选型,报价,采购,参数,图片,批发等信息,请关注艾驰商城https://www.wendangku.net/doc/cb4802363.html,。

电化学工作站操作流程及注意事项

CHI660B电化学工作站操作流程 使用流程 1、打开仪器后部的开关。 2、将所需要检测的体系(一般为某物质的溶液)放置在烧杯或其他适合的容器中,将所需要采用的电极放置在溶液内。 3、电极一般采用三电极系统,分别为工作电极、对电极、参比电极,起接线如下:绿色夹头接工作电极,红色夹头接对电极,白色夹头接参比电极;在使用两电极系统的情况下接线方式如下:绿色夹头接工作电极,红色和白色夹头接另一电极。 4、双击电脑上的CHI660B软件打开软件界面。 5、点击软件中的Setup(设置)的菜单上找到System(系统)的命令,选择正确的借口,在此为com 5口。 6、点击软件中的Setup(设置)的菜单上找到Hardware Test (硬件测试)选项,进行系统测试,大约一分钟后屏幕上会显示硬件测试的结果。 7、测试完成后,可以选择所需要的电化学技术进行实验,实验结果点击保存按钮保存。

CHI660B电化学工作站介绍 CHI660B电化学工作站是中国上海辰华仪器公式生产的综合电化学分析系统。CHI660B电化学工作站集成了几乎所有常用的电化学测量技术,包括恒电位,恒电流,电位扫描,电流扫描,电位阶跃,电流阶跃,脉冲,方波,交流伏安,流体力学调制伏安,库仑法,电位法以及交流阻抗等实验技术,可进行电化学的理论研究和分析测试。 CHI660B电化学工作站使用注意事项 1、检测过程中不应出现电流Overflow的现象,当软件显示电流过大的时候应及时停止实验,关闭仪器,检测电极系统之间是否有短路现象。 2、严禁将溶液等放置在仪器上方以防将溶液溅入仪器内部导致主板损毁。 3、仪器应避免强烈振动或撞击。

NOVA电化学工作站使用说明

Autolab电化学工作站和NOVA软件 使用操作流程 Cyclic Voltammetry 循环伏安测量 一、基本原理 循环伏安方法是利用线性电位扫描方法研究电化学体系的常用方法(简称CV)。CV方法控制参数有:恒电位仪方式控制(control potential)、恒电位仪自动重新启动(auto restart option)、起点扫描电位(start potential)、终点扫描电位(end potential)、扫描高电位(upper potential)、扫描低电位(Low potential)、起点电位极化时间(start time)、终点电位极化时间(hold time)、电们扫描斜率(slew rate)、电位扫描循环周数(cycles)、每个循环内的采样次数(samples/cycle),溶液电阻(IR)补偿、阴极电流量程(cathodic current)、阳极电流量程(anodic current)。 循环伏安法是一种常用的电化学研究方法。该法控制电极电势以不同的速率,随时间以三角波形一次或多次反复扫描,电势范围是使电极上能交替发生还原和氧化反应,并记录电流-电势曲线。根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度,中间体、相界吸附或新相形成的可能性,以及偶联化学反应的性质等。常用来测量电极反应参数,判断其控制步骤和反应机理,并观察整个电势扫描范围内可发生哪些反应,及其性质如何。 循环伏安法在电极上施加线性扫描电压,当到达某设定的终止电压后,再反向回扫至某设定的起始电压,若溶液中存在氧化态O,电极上将发生还原反应,反向回扫时,电极上生成的还原态R将发生氧化反应:从循环伏安图可确定氧化峰峰电流i pa和还原峰电流i pc,氧化峰峰电位值和还原峰峰电位值。 二、循环伏安法(CV)的基本操作 2.1先打开电化学工作站电源,然后开启计算机,运行桌面的快捷方式(或: 开始——程序——Autolab——Nova 1.5),系统进入主界面。

电化学气体传感器概述

电化学气体传感器 氧气传感器 概况 所有的氧气传感器都是自身供电,有限扩散,其金属-空气型电池由空气阴极,阳极和电解液组成。 氧气传感器简单来说是一个密封容器(金属的或塑料的容器),它里面包含有两个电极:阴极是涂有活性催化剂的一片PTFE(聚四氟乙烯),阳极是一个铅块。这个密封容器只在顶部有一个毛细微孔,允许氧气通过进入工作电极。两个电极通过集电器被连接到传感器表面突出的两个引脚,而传感器通过这两个触角被连接到所应用的设备上。传感器内充满电解质溶液,使不同种离子得以在电极之间交换(参见图1)。 Figure 1 - Schematic of oxygen sensor. 进入传感器的氧气的流速取决于传感器顶部的毛细微孔的大小。当氧气到达工作电极时,它立刻被还原释放出氢氧根离子: O2 + 2H2O + 4e-4OH- 这些氢氧根离子通过电解质到达阳极(铅),与铅发生氧化反应,生成对应的金属氧化物。 2Pb + 4OH-2PbO + 2H2O + 4e-

上述两个反应发生生成电流,电流大小相应地取决于氧气反应速度(法拉第定律),可外接一只已知电阻来测量产生的电势差,这样就可以准确测量出氧气的浓度。 电化学反应中,铅极参与到氧化反应中,使得这些传感器具有一定的使用期限,一旦所有可利用的铅完全被氧化,传感器将停止运作。通常氧气传感器的使用寿命为1-2 年,但也可以通过增加阳极铅的含量或限制接触阳极的氧气量来延长传感器的使用寿命。 毛细微孔氧传感器和分压氧传感器 城市技术生产的氧气传感器根据进入传感器的氧气的扩散方式的不同分为两种,一种是在传感器顶部设有一毛细微孔,而另一种设有一层固体薄膜允许气体通过。细孔传感器测量的是氧气浓度,而固体薄膜传感器测量的是氧气的分压。 细孔传感器产生的电流反映的是被测氧气的体积百分比浓度,与气体总压力无关。但当氧气压力瞬间发生变化时,传感器会产生一个瞬间电流,如果没有控制好就会出现问题。同样的问题在传感器受到重复压力脉冲时也会出现,例如进入传感器的气体是抽运式的。对这个现象的解释如下所示: 压力瞬变 当细孔氧气传感器遇到急剧增压或减压,气体将被迫通过细孔栅板(大流量)。气体的增加(或减少)产生了一个瞬变电流信号。一旦情况重新稳定不再有压力脉冲,瞬变即告结束。此类瞬变可以通过仪器报警,这样CityTech就可以努力寻求解决方案以减小压力影响。 所有城市技术的细孔氧气传感器都采用了抗大流量机制,见图2。根本上来说,可以增加一个PTFE 抗大流量薄膜来减弱压力变化带来的瞬变影响。这层薄膜用一个金属盖或塑料盖紧紧固定在细孔上,这个设计可以很大程度上减少信号的瞬间变化影响。 Figure 2 - Bulk Flow Membrane on Capillary Sensor 但某些压力变化产生的瞬变力量超过了这种设计允许的范围,特别是使用抽取式仪器对传感器输送气体的设备。某些泵产生的气体对CiTiceL 氧传感器造成持续的压力脉冲,人为地增强了信号。在这种情况下,有必要在传感器外设计一个气体膨胀室减小对传感器的压力脉冲。 部分分压型氧传感器 毛细微孔控制气体扩散并不是控制氧气进入传感器的唯一方法,我们还可以使用一个非常薄的塑料薄膜覆

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