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实时电化学多传感器技术研究

2020-11-22阅读(140)

实时电化学多传感器技术研究

论文摘要

为实施多组份混合气体的系统识别,常用的是选取多个气体传感器组成阵列,与模式识别技术结合形成气体辨识系统。尽管这一方法可行,但影响系统性能的可能因素较多,需要确定一个准确的数学模型,实用难度颇大。 本工作使用单个气敏微电极,融合计算机控制的电位调制方法和数掘采集、转换、处理功能,提出并建立了一种新的用于快速平行检测多组份气体的电化学多传感器技术。 选取呼吸气体中氧和二氧化碳的快速平行检测为研究实例。根据O2和CO2共存气体在非水介质中交叉反应动力学研究,氧的单电子还原产物超氧离子O2·-与CO2分子的快速亲核加成反应: 2O2·-+2CO2+C2O62-+O2（1）通过计算机软件编程设计一个特定的调制电位—时间波形作为Pt气敏微电极（直径60μm）上的动态激励信号,以控制工作电极的调制极化程序并执行电化学暂态响应信号的采集和处理。动态检测在室温下自动进行,实时采集的数据可储存。在起始的阴极电位脉冲期间,O2在含有0.1mol/L高氯酸四乙基铵的二甲亚砜溶液中被完全还原为超氧离子O2·-部分O2·-与在非水介质中的CO2按反应式（1）迅速反应,剩余的O2·-在随后的阳极脉冲电位期间被反向氧化为O2。据此,只要采集某一瞬间相应的暂态响应电流信号,就能快速联合检测O2和CO2气体组份的浓度,也即同一气敏元件（电极）在被施加阴、阳极电位脉冲时显现出不同的气敏响应特性,相当于O2和CO2两个气体传感器在单个气敏电极上集成,具有双组份气体传感器的功能。O2的检测范围不受限制,CO2检测范围大致在0～12%v/v,检测灵敏度在低CO2浓度增高。一次测量时间快达几十毫秒。连续检测稳定性好。 对于组份大于2的多组份气体的快速平行检测,上述电化学多传感器技术原理完全适用。建立这一多传感器技术的关键和难点是发现并掌握待测多组份气体发生交叉反应的特定条件与动力学特性,由此将对多组份气体交叉敏感的致命缺陷转化为有用的动力学条件,从中探寻使用单个气敏微电极快速平行检测多组份气体的动力学关系和控制条件。这也是进一步弄清电化学暂态响应机制及优化多组份气体传感器性能的理论依据。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 目录
  • 第一章 前言
  • 1.1 多组份气体的快速平行检测
  • 2传感器'>1.1.1 单一组份气体O2传感器
  • 2传感器'>1.1.2 单一组份气体CO2传感器
  • 2和CO2）的联合检测'>1.1.3 多组份气体（O2和CO2）的联合检测
  • 1.2 本工作的研究目标和研究内容
  • 第二章 用于快速平行检测多组份气体的电化学多传感器技术原理
  • 第三章 实验方法
  • 3.1 两电极电解池系统
  • 3.2 电化学气体传感器实验装置
  • 3.3 气敏微电极制作
  • 3.4 试剂及溶液的配制
  • 3.5 电化学测量系统
  • 3.5.1 常规电化学测量装置
  • 3.5.2 暂态电化学测量系统
  • 3.6 测控软件编程
  • 3.6.1 AD／DA转换卡设置
  • 3.6.2 程序目标任务
  • 3.6.3 程序编译
  • 3.6.4 程序运行
  • 2和CO2在非水介质中的电化学行为'>第四章 微电极上O2和CO2在非水介质中的电化学行为
  • 2气体'>4.1 N2气体
  • 2'>4.1.1 未通N2
  • 2'>4.1.2 通N2
  • 2气体'>4.2 O2气体
  • 2气体'>4.3 CO2气体
  • 2和CO2混合气体'>4.4 O2和CO2混合气体
  • 4.5 小结
  • 第五章 调制电位波形对暂态电化学响应信号的影响
  • 5.1 基本的调制电位波形
  • 5.2 采样时间对暂态电化学响应信号的影响
  • c、Sa同步变化'>5.2.1 采样时间Sc、Sa同步变化
  • c）'>5.2.2 改变阴极采样时间（Sc）
  • a）'>5.2.3 改变阳极采样时间（Sa）
  • 5.3 电位脉冲宽度对暂态电化学响应信号的影响
  • c、ta）同步变化'>5.3.1 阴极、阳极电位脉冲宽度（tc、ta）同步变化
  • c）'>5.3.2 改变阴极电位脉冲宽度（tc）
  • a）'>5.3.3 改变阳极电位脉冲宽度（ta）
  • 5.4 脉冲电位对暂态电化学响应信号的影响
  • c）'>5.4.1 改变阴极脉冲电位（Ec）
  • a）'>5.4.2 改变阳极脉冲电势（Ea）
  • 5.5 小结
  • 第六章 测控参数优化
  • 6.1 脉冲电位
  • c）'>6.1.1 阴极脉冲电位（Ec）
  • a）'>6.1.2 阳极脉冲电位（Ea）
  • 6.2 采样时间
  • 6.3 电位脉冲宽度
  • 6.4 连续电位脉冲次数、阳极氧化电位、三角波电位扫描速度
  • 6.4.1 连续电位脉冲次数（n）
  • h）'>6.4.2 阳极氧化电位（Eh）
  • 6.4.3 三角波电位扫描速度（v）
  • 6.5 小结
  • 2和CO2的快速平行检测'>第七章 O2和CO2的快速平行检测
  • 7.1 检测方法
  • 2的检测'>7.2 单一组份O2的检测
  • 2和CO2共存时O2的检测'>7.3 O2和CO2共存时O2的检测
  • 2和CO2共存时CO2的检测'>7.4 O2和CO2共存时CO2的检测
  • 2和CO2的快速平行检测'>7.5 O2和CO2的快速平行检测
  • 第八章 总结
  • 参考文献
  • 附录：攻读硕士学位期间已发表和待发表的论文
  • 后记

    • 相关论文文献

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