Вибір Редакції

Електрохімічних СЕНСОРИ

пристрої, в яких брало аналіт. сигнал забезпечується протіканням ЕлектроХіт. процесу. Призначені для якостей. і кількостей. аналізу хім. соед. в рідких і газоподібних середовищах. У порівнянні зі звичайними аналіт. приладами відрізняються портативністю, простотою конструкції, відносно низькою вартістю. Е. с. складають наиб. розроблену і широко використовувану групу серед пристроїв, в яких брало аналіт. сигнал обумовлений хім. взаємодій. в аналізованої середовищі (див. Сенсори хімічні). Розрізняють потенціометріч. , Амперометріч. , Кондуктометріч. , Імпедансометричні Е. с. Аналит. сигналами служать, соотв. : Потенціал індикаторного електрода (при нульовому струмі через ЕлектроХіт. Осередок); струм, що протікає через осередок при заданому значенні електродного потенціалу; електропровідність розчину електроліту; ЕлектроХіт. імпеданс системи, що представляє собою електричні. еквівалент певногопоєднання опорів і ємностей в ЕлектроХіт. ланцюга (див. Вол'тамперометрія, Імпедансний метод).
Е. с. використовують гл. обр. для визначення реакціонноспо-собнимі (електроактивних) в-в, здатних хімічно відновлюватися або окислюватися на індикаторному електроді мініатюрної ЕлектроХіт. осередки, к-раю генерує аналіт. сигнал. Як індикаторних електродів служать інертні електроди (Pt, Pd, Au, Ag), хімічно активні (Сu, In, Sn) або модифіковані комплексними соед., А також іоноселективні електроди. Електроліти м. Б. рідкими (р-ри КС1, H 2 SO 4 , буферні розчини), твердими (ZrO 2 , А1 2 Про 3 , Sb 2 O 5 * nH 2 O і ін.), загущених; застосовують також поліелектроліти .
В суч. Е. с. чувствит. елемент (трансдьюсер) за своєю суттю представляє гальваніч. елемент, запропонований Л. Кларком (1953), в к-ром два електроди і р-р електроліту відокремлені від аналізованого середовища напівпроникною мембраною.

Рис. 1. Полярографический електрохімічний детектор кисню (пояснення в тексті).

Напр. , В кисневому амперометріч. сенсорі (рис. 1) всередині цилиндрич. корпусу 1 розташовані індикаторний електрод 2 з платини і анод 3 з хлориду срібла (він же електрод порівняння). Електроліт (водний розчин КС1) заливається в резервуар 4 і утворює плівку 5 товщиною ок. 10 мкм. Полімерна мембрана 6 (поліетилен, поліпропілен, фторопласт, целофан і ін.) Відокремлює електроліт від аналізованого середовища (вода, газ), з до-рій кисень дифундує через мембрану всередину елемента і відновлюється на катодно-поляризованому индикаторном електроді (р-ція Про 2 + 4е - + 4Н + = 2H 2 O). Струм відновлення визначається швидкістю дифузії Про 2 крізь мембрану. Швидкість, в свою чергу, залежить від товщини і проникності мембрани. Катодна поляризація індикаторного електрода здійснюється як від стороннього джерела струму, так і за допомогою розчинної анода (гальваніч. Сенсори). Інформативним параметром є граничний дифузійний струм при постійному потенціалі індикаторного електрода. Такі Е. с. мають, як правило, лінійну залежність електричні. сигналу від парціального тиску Про 2 (або ін. електроактивного газу), що забезпечує більш високу точність визначення в порівнянні, наприклад., З потенціометріч. Е. с. , В к-ром інформативний параметр - рівноважний (або квазірівноважної) електродний потенціал - має логарифмич. залежність від змісту газу. Селективність Е. с. визначається вибором відповідного матеріалу електрода і робочої області потенціалів. При аналізі суміші газів необхідно, щоб ЕлектроХіт. р-ції сторонніх компонентів або не мали місця на даному електроді, або протікали в області більш високих потенціалів. Е. с. дозволяють проводити аналіз газоподібних і рідких середовищ, в т. ч. суспензій, на утримання Про
2 , Про 3 , Н 2 , С1 2 , H 2 S, оксидів N, С, S, причому без будь-якої пробоподготовки. Можливо визначення концентрацій, як великих (в разі викидів, витоків забруднюючих газів і т. Д.), Так і малих прі контролі ГДК. Осн. експ. характеристики Е. с. : Діапазон концентрацій, чутливість, селективність, швидкодія (час встановлення 90% -го рівня сигналу), ресурс роботи, ставлення сигнал / шум. Діапазон концентрацій Н 2 і O 2 складає від 0 до 100% за обсягом, С1 2 , SO 2 , H 2 S, CO - від 0, 2 до 200 мг / м 3 при швидкодії від 1 до 30 с. Окремо виділяють Е. с. для аналізу біол. середовищ (біосенсори). На індикаторному електроді біосенсорів закріплюється мембрана з целофану з іммобілізованим ферментом (глюкозооксидаза, тирозиназа, фенолоксідаза, лакказу і ін.). Визначають в-ва, к-які змінюють швидкість ферментативних р-ций: субстрати, інгібітори, самі ферменти (див. Ферментатівниє методи аналізу).
Біосенсори дозволяють з високою селективністю проводити автоматизир. аналіз багатокомпонентних систем на глюкозу, холестерин, сечовину, сечову к-ту, амінокислоти та ін.в-ва, зміст яких брало варіює від 0, 05 мкг / мл до 1 мг / мл. Налагоджено пром. випуск Е. с. для контролю вмісту глюкози в крові. Перспективна розробка іммуноелектрохім. сенсорів, в яких брало електричні. сигнал перетвориться специфічний. взаємодією антиген - антитіло. Рис. 2. Схема електрохімічного сенсора, виготовленого методом фотолітографії (пояснення в тексті). Перспективним для серійного вироб-ва Е. с. вважається формування електродного вузла чувствит. елемента з використанням мікроелектронних технологій. На рис. 2 показаний одиничний чіп, отриманий методом фотолітографії. На кремнієвій пластині довжиною 3 мм, шириною 0, 8 мм і товщиною 0, 38 мм розміщена трьохелектродна ЕлектроХіт. система: індикаторний електрод з Pt (1), допоміжні. електрод з Pt (2) і хлорсеребряного електрод порівняння (3).

Літ. :

Богданівська В. А. [и др.], В кн. : Підсумку науки і техніки,

сер. Електрохімія, т. 31, М., 1990; Тарасевич М. Р. [и др.], Там же, т. 35, М., 1992. Г. В. Жутаева.

Хімічна енциклопедія. - М.: Радянська енциклопедія. Під ред. І. Л. Кнунянц. 1988.