Амперометрический датчик для определения концентрации кислорода

Изобретение относится к электро- аналитической химии, в частности к устройствам для определения концентрации кислорода в жидких и газовых средах,Цель изобретения - повышение чувст вительности, точности и быстродействия в диапазоне потенциала катода (-0,25)-0,1 В относительно водородного электрода в том же растворе и увеличение срока стабильной работы.Пример..В качестве материала катода используют изотропный пироуглерод, Материал катода амперометрического датчика газоанализатора должен быть беспористым и активным в реакции электровосстановления дикислорода. Чтобы обеспечить высокие быстродействие, 20точность, чувствительность и длительный срок службы, необходим материал, на котором было. бы велико перенапряжение выцеления водорода, были длинная площадка 4-электронного предельного диФФузионного тока, высокая селективность по кислороду и низкая чувствительность к ядам. Некоторым из этих требований удовлетворяют компактные углеродные материалы всем З 0этим требованиям отвечает только изотропный пироуглерод. Он беспорист,что обеспечивает необходимое быстродействие, имеет высокое перенапряжека, в результате чего линейность сигнала, отвечающая за точность измерений, сохраняется в большом,диапазонепотенциалов. Высокая селективность 40 материала по кислороду повышает чувст вительность датчика, так как выходной сигнал не искажается побочнымиреакциями, обычно протекающими накатоде, В отличие от других материалов сам изотропный пироуглерод инертен и не чувствителен к ядам, поэто -му срок его службы высок,Таким образом, кроме очень низкой пористости (такую пористость имеюттакже стеклоуглерод, графит, анизотропный пироуглерод) и высокой активности в реакции электровосстановления дикислорода (сравнима с активностью только анизотропного пироуглерода, отличающегося низкими прочностными характеристиками), изотропный пироуглерод отвечает всем требование выделения водорода и длинную пло-щадку 4-электронного предельного тониям, предъявляемым к материалу катода амперометрического датчика газо-,анализатора,Катод датчика имеет потенциал(-0,25)-0,1 В и через внешнюю электрическую цепь соединен с неполяризуемым анодом из кадмия,При условии нулевой концентрациикислорода на поверхности катода и отсутствии градиента концентрации кислорода в анализируемой среде вблизимембраны выходной ток (сигнал) датчика прямо пропорционален концентрации кислорода в анализируемой среде.На чертеже приведена зависимостьвыходного сигнала датчиков с катодомиз изотропного пироуглерода (кривая2) и из никеля (кривая 1) от рабочего потенциала по отношению к водородному аноду при постоянной концентрации кислорода.Выходной сигнал датчика являетсяпостоянным в широком диапазоне рабочих потенциалов катода из изотропного пироуглерода, Учитывая, что колебания потенциала катода в полном диапазоне измеряемых концентраций кислорода составляют 10 мВ, пирографитобеспечивает линейность выходногосигнала датчика с точностью 0,57. винтервале рабочих потенциалов (-0,25)0,10 В,Смещение потенциала катода на 60 мВ в отрицательную сторону повышает скорость восстановления кислорода на изотропном пироуглероде на один порядок, Это обеспечивает большой резерв злектрохимической активности катода из изотропного пироуглерода при выборе достаточного отрицательного потенциала.Последнее обстоятельство является существенным, так как электрокатализаторы при длительной работе теряют активность и чувствительность датчика снижается. Чувствительность датчика повышена за счет того, что при длительной выдержке катодами при положительных потенциалах не проис-" ходит его необратичая пассивацияСравнение основных параметров предлагаемого датчика и известного при анализе выдыхаемого воздуха на содержание 0 дано в таблице.13540944металлов и никеля ниже Е=О,О В начи-нается выделение газообразного водоПараметр Точность вдиапазонеконцентрированного кис-лорода О -26 мг/л, Е 410 10,5 Чувствительность (фоновый сигнал),1,0 0,01 Быстродействие, с 1 О Срок стабильной работы в пределах укаэанных параметров составляет у известного датчика в среднем 2 года, у предлагаемого датчика этот срок удлиняется более чем в два раза,Катод вместе с высокой селективностью по отношению к кислороду позволяет реализовать датчики с увеличен. ным быстродействием. Датчики с быстродействием 4-5 с на 907 от конечного сигнала (при 20 С) работают с неизменными метрологическими параметрами в течение 1,5 года.Таким образом, в датчике с катодом иэ изотропного пироуглерода благодаря высокому перенапряжению водорода на изотропном пироуглероде можно реализовать рабочие потенциалы ка- тода практически до Ещ-. 0,25 В, тогда как в случае катодов из драгоценных Известный Предлагаедатчик . мый датчик рода.Предлагаемый датчик имеет более высокую точность и чувствительность, так как первоначальная активность катода превьппает активность платины на четыре порядка, что является ос новой для долговременной работы датчика без изменения метрологических характеристикИзотропный пироуглерод, которыйпредлагается использовать в качестве 15 катода для электрохимического датчика, отличается существенно меньшей адсорбционной активностью по отношению к примесям (СО, органические вещества) по сравнению с платиной, 20 серебром и никелем. Это позволяетстабилизировать метрологические характеристики и увеличить срок службы датчика. 25 Формула изобретения Амперометрический датчик для определения концентрации кислорода, содержащий катод и кадмиевый анод в 30 электролите, отделенные от анализи. руемой среды селективной газопроницаемой мембраной, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности, точности и быЗ 5 стродействия в диапазоне потенциалакатода (-0,25) -0,1 В относительноводородного электрода в том же растворе и увеличения срока стабильнойработы, катод выполнен из изотропно го пироуглерода..Горная Техред Л.Сердюкова Корректор О.Кравцов Редак Заказ 56 го коми нии т аушск рсектная,4 роизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужг 39 Тираж 77 б ВНИИПИ Государствен по делам изобрет 113035, Москва, Ж