Хроноамперометрические сенсоры

Еще большие информационные возможности даёт метод , который основан на анализе зависимости тока через электрохимический элемент от времени при ступенчатом, линейном или синусоидальном изменении приложенного напряжения. Используют и наложение на постоянное напряжение смещения периодических импульсов напряжения разной формы и амплитуды либо небольшого измерительного переменного напряжения. Для получения дополнительной информации применяют также такие внешние воздействия на электрохимический элемент, как изменение условий перемешивания исследуемого раствора, дозированное добавление по каплям других растворов, быстрая замена измерительного электрода на другой (из другого материала) и т.п.. При использовании такого арсенала воздействий можно определять наличие и концентрацию в растворе почти всех видов ионов и многих органических молекул в широком диапазоне концентраций (от 10^–10 моль/л до 1 моль/л), исследовать природу соответствующих электрохимических реакций и их подробные кинетические характеристики.

В наиболее общем виде результаты хроноамперометрических исследований представляют в виде двух взаимосвязанных графиков. Один из них – это зависимость приложенного напряжения от времени, а второй – это зависимость от времени силы тока через электрохимический элемент (рис. 17.2). На временнoй диаграмме отмечают также моменты или периоды дополнительных внешних воздействий на исследуемый раствор. Например, на приведенной хроноамперограмме цифрой 1 отмечен момент времени, когда было прекращено перемешивание раствора и скачком увеличено приложенное напряжение. Соответствующий участок хроноамперограммы позволяет наблюдать кинетику происходящих реакций в режиме диффузии ионов к электродам.

Рис. 17.2. Пример простой хроноамперограммы: І - период наблюдения с непрерывным перемешиванием раствора (2-15 мин); 1 - момент прекращения перемешивания и увеличения приложенного напряжения; ІІ - период наблюдения без перемешивания раствора

Если требуется, то вычисляют производную зависимости силы тока от времени и приводят соответствующий график. Или выполняют другие существенные преобразования получаемой информации, исходя из известной либо предполагаемой математической модели происходящих процессов. При наличии такой модели, используя результаты хроноамперометрического исследования, можно определить природу и находить кинетические характеристики происходящих в растворе химических реакций и реагирующих веществ.

В интеллектуальных сенсорах, с использованием встроенного в них микрокомпьютера, все требуемые для исследования раствора манипуляции и преобразования информации можно автоматизировать. Интеллектуальные сенсоры могут сами автоматически выполнять и уже наработанные, даже и сложные, методики (алгоритмы) исследований, и позволяют самому пользователю (без привлечения программиста) разрабатывать и запоминать новые методики.