Строение и функции электрохимического сенсора - Реферат

Химическая сенсорика представляет собой самостоятельную область современной аналитической химии. В Германии и Японии изданы многотомные энциклопедии, посвященные сенсорам. В Германии сразу после издания девятитомной энциклопедии стал издаваться ежегодник, в котором приводятся дополнения в США; очередная энциклопедия по сенсорам в процесссе издания. Химический сенсор - это портативное устройство для избирательного и, как правило, непрерывного (обратимого), в режиме реального времени определения концентрации вещества в одну стадию, чаще всего минуя какую-либо предварительную пробоподготовку. В состав сенсора входит чувствительный элемент, «узнающий» определяемый аналит, и преобразователь аналитического сигнала, переводящий характерный признак химической или биохимической реакции в физический параметр.Но электрические сигналы возникают здесь в склонной к химическим превращениям системе "электронный проводник - электролит" и являются настолько специфическими, что их обычно выделяют в отдельный класс сенсоров. Когда электронный проводник тока (металл, графит, электронный полупроводник) контактирует с ионным проводником (ионным раствором, расплавом, гелем, сгущенным или твердым электролитом) и является относительно него химически активным, то в местах контакта происходит химическая реакция окисления металла, в ходе которой часть электронов переходит из металла в электролит. Вследствие этого металл заряжается положительно, а электролит - отрицательно, так что между металлом и электролитом возникает разность потенциалов. Если электрическая цепь разомкнута, и постоянный электрический ток протекать через систему не может, то довольно быстро устанавливается динамическое равновесие: число электронов, которые переходят из металла в электролит за единицу времени в результате прямой химической электродной реакции, сравнивается с числом электронов, которые переходят из электролита в металл под действием разности потенциалов. от состава и концентрации тех ионов в электролите, которые могут вступать в окислительно-восстановительные реакции;А первичные информационные сигналы об исследуемом объекте или явлении, возникают в виде изменения свойств этого элемента: разности потенциалов или электропроводности, электрического тока или вольтамперной характеристики, динамики их изменения. В соответствии с ней различают следующие виды электрохимических сенсоров: потенциометрические - в которых первичные информационные сигналы возникают в виде изменения электрических потенциалов (а ток через сенсор пренебрежимо мал);Важной характеристикой электрохимических сенсоров является их селективность, т.е. способность обнаруживать и откликаться именно на тот вид ионов (или на ту группу ионов), который интересует пользователя. Как правило, в связи с этим электрохимические сенсоры и гальванические электроды (они же полуэлементы) характеризуют коэффициентами селективности относительно основных групп посторонних ионов. Если виды наиболее мешающих посторонних ионов, которые могут присутствовать в пробе, заведомо известны, то принимают меры, чтобы минимизировать влияние именно этих ионов. Для минимизации влияния других мешающих посторонних ионов к пробе добавляют растворы так называемых "комплексонов " - химических веществ, нацелено связывающих именно эти и только эти ионы. Универсальный метод повышения селективности электрохимического сенсора состоит в том, что к электролитам в обоих полуэлементах перед измерением добавляют индифферентный (не влияющий на определение концентрации аналита) раствор, в котором исследуемых ионов нет, а посторонние ионы, которые могут попасть в пробу, присутствуют в высокой, заведомо известной концентрации.Кондуктометрия - основана на измерении электропроводности раствора и применяется для определения концентрации солей, кислот, оснований и т.д. При кондуктометрических определениях обычно используют электроды из одинаковых материалов, а условия их проведения подбирают таким образом, чтобы свести к минимуму вклад скачков потенциала на обеих границах раздела электрод/электролит (например, используют переменный ток высокой частоты). Электропроводность однокомпонентного раствора можно связать с его концентрацией, а измерение электропроводности электролитов сложного состава позволяет оценить общее содержание ионов в растворе и применяется, например, при контроле качества дистиллированной или деионизованной воды. В потенциометрических измерениях широко применяются ионоселективные электроды, чувствительные преимущественно к какому-то одному иону в растворе: стеклянный электрод для измерения РН и электроды для селективного определения ионов натрия, аммония, фтора, кальция, магния и др. Однако уравнение Нернста, связывающее электродный потенциал с логарифмом концентрации (или активности) вещества в растворе, применимо и к такому электроду.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ЭЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ

1.1 ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА

1.2 КЛАССИФИКАЦИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ

1.3 СЕЛЕКТИВНОСТЬ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ

2. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ

2.1 КОНДУКТОМЕТРИЯ

2.2 ПОТЕНЦИОМЕТРИЯ

2.3 АМПЕРОМЕТРИЯ

2.4 КУЛОНОМЕТРИЯ

3. НОВЫЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ

4.ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СЕНСОРОВ В МЕДИЦИНЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ сенсорика химический амперометрия