Газочувствительные потенциометрические сенсоры

С помощью электрохимических сенсоров можно обнаруживать и определять не только концентрацию ионов в растворах. Косвенно, по изменению концентрации ионов, с их помощью можно обнаруживать присутствие и концентрацию в контролируемой среде также ряда нейтральных молекул. Одним из примеров являются так называемые " газочувствительные электроды ". Принцип их действия показан на рис. 15.4.

Рис. 15.4. Структура газочувствительного электрохимического сенсора: М1 и М2 – внутренний и внешний металлические электроды; Е1 и Е2 – внутренний и внешний электролит; П – пористая перегородка; ГМ – газопроницаемая мембрана

Важным структурным элементом потенциометрического газочувствительного сенсора является мембрана ГМ, отделяющая электролит "внешнего" полуэлемента от окружающей атмосферы. Мембрана эта является непроницаемой для электролита, но проницаемой для молекул контролируемых газов. Чем выше концентрация таких газов в окружающей атмосфере, тем больше их молекул проникают через мембрану ГМ в электролит и растворяются в нем. Если они вступают в химические реакции, то сдвигают динамическое равновесие в приэлектродной зоне, вследствие чего изменяется разность потенциалов между электродами.

Например, в электрохимическом газовом сенсоре, настроенном на обнаружение аммиака ( ) и на измерение его концентрации в окружающем воздухе, электролитом является водный раствор хлорида аммония ( ) высокой концентрации, а мембрана ГМ сделана проницаемой для молекул аммиака. Проникая сквозь мембрану ГМ и растворяясь в воде, молекула аммиака может реагировать с присутствующими в ней ионами водорода ( ) с образованием дополнительных ионов аммония:

Эта химическая реакция приводит к увеличению концентрации ионов и к уменьшению концентрации ионов в электролите, т.е. к изменению его . Дополнительно появившиеся ионы в растворе высокой концентрации не оказывают большого влияния на суммарную концентрацию аммония. Поэтому основным показателем наличия аммиака в окружающем воздухе является изменение раствора. Поэтому в качестве внутреннего в таком газовом сенсоре используют стеклянный -электрод. Расчет показывает, что изменение раствора пропорционально логарифму концентрации аммиака.

Такой же внутренний электрод используют, например, в электрохимических газовых сенсорах на (внешним электролитом в этом случае является , реакция при растворении: , в сенсорах на (внешним электролитом является , реакция при растворении: ) и в других.

В электрохимических газовых сенсорах на внутренним является фтор-селективный электрод, на – соответственно -селективный электрод и т.д.