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电化学传感器技术简介及基本原理的应用
2005年3月31日 14:1  

基本原理

    化学传感器主要由两部分组成:识别系统;传导或转换系统。

    识别系统反待测物的某一化学参数(常常是浓度)与传导系统连结起来。它主要具有两种功能:选择性地与待测物发生作用,反所测得的化学参数转化成传导系统可以产生响应的信号。分子识别系统是决定整个化学传感器的关键因素。因此,化学传感器研究的主要问题就是分子识别系统的选择以及如何反分子识别系统与合适的传导系统相连续。化学传感器的传导系统接受识别系统响应信号,并通过电极、光纤或质量敏感元件将响应信号以电压、电流或光强度等的变化形式,传送到电子系统进行放大或进行转换输出,最终使识别系统的响应信号转变为人们所能用作分析的信号,检测出样品中待测物的量。

  化学传感器在环境与卫生监测中的应用

  (一)空气检验

1、湿度传感器   湿度是空气环境的一个重要指标,空气的湿度与人体蒸发热之间有着密切关系,高温高湿时,由于人体水分蒸发困难而感到闷热,低温高湿时,人体散热过程剧烈,容易引起感冒和冻伤。人体最适宜的气温是18~22℃,相对湿度为35%~65%RH。

    在环境与卫生监测中,常用于湿球温湿度计、手摇湿温度计和通风湿温度计等仪器测定空气湿度。近年来,大量文献报道用传感器测定空气湿度。用于测定相对湿度的涂覆压电石英晶体用传感器,通过光刻和化学蚀刻技术制成小型石英夺电晶体,在AT切割的10MHZ石英晶体上涂有4种物质,对湿度具有较高的质量敏感性.该晶体是振荡电路中的共振器,其频率随质量变化,选择适当涂层,该传感器可用于测定不同气体的相对湿度.该传感器的灵敏度、响应线性、响应时间、选择性、滞后现象和使用寿命等孝怪癖于涂层化学物质的性质。1986年,德国ErbenUwe[提出了一种测定湿度用的传感器,并获得专利。该传感器采用以硅为基体的金属-绝缘体-半导体(MIS)型结构。在MIS型结构中涂有二氧化硅和敏湿层,敏湿层的材料包含有金属氧化物、氧化物以及低极性组分的聚合物。敏湿材料的吸水量与每湿材料的相对介电常数的变化有关,该传感器可用准表态和支态两种方法进行测定,不过前者比后者更为方便省力,在空气调节系统、建筑工地和日常生活环境中都能监测、控制和调节湿度。

    我国科技工作者采用最新研制的氧化钽薄膜湿敏电容,推出一种稳定性好,调节十分方便的通用湿度控制器。这种传感器可用于恒湿箱、计算机房、防湿机等许多场合的空气湿度监测,是一种性能价格比很高的通用型湿度传感器,有人利用磷酸盐涂膜的感湿性研制出性能十分可靠的湿度传感器。它的主要电极为不锈钢线材,直径0.4~1.0mm,表层涂有磷酸薄膜,在膜上再旋绕一层镀金丝作为主电极的对置电极,两电极间仅仅相隔一层20~50um厚的涂膜,距离大大小于一般的湿度传感器,响应速度得到提高,改变磷酸盐涂膜,又能制成特性不同的多种感湿元件。传感器工作期间,由于磷酸盐涂膜表面吸附水分而产生的离子在电极间来回运动,致使传导发生变化,从而显示感湿性。若对传感器元件加以交流负荷,则可借检测阻抗的变化测定出空气湿度。该传感器何种小,可封闭在注射器针关内,利用针尖可插入狭窄的被测处,使用方便,检测迅速,还可用于露点测定。

    现在日本制造销售湿度传感器及湿度测量控制仪器的公司已超过30家。温度传感器数量大,品种多,使用的感湿材料有电解质陶瓷和有机高分子膜等,范围甚广,大部分检测精度高,结构简单,具有超小型化和集成化的特点。

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