[發明專利]一種自置偏壓電化學傳感器

有效

• 申請號: 201310335943.5
• 申請日: 2013-08-02
• 公開（公告）號: CN103487485B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發明（設計）人: 周華方;于玉忠
• 申請（專利權）人: 華瑞科學儀器（上海）有限公司
• 主分類號: G01N27/403
• 分類號: G01N27/403
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬蔚鈞;權陸軍

技術領域

本發明涉及電化學傳感器領域，尤其涉及一種自置偏壓電化學傳感器。

背景技術

通常，電化學傳感器可用來測量各種毒氣。傳統的電化學傳感器有三個電極，分別是工作電極，參比電極和對電極。對于毒性氣體來說，如CO，H₂S，NO₂，工作電極相對參比電極的電位是0mV?vs?Pt/H+,air電極，所以不需要偏置電壓。

但是，一些毒性氣體的電化學傳感器需要在工作電極和參比電極加一個偏置電壓，以使一些氣體或化學物質在工作電極上更容易被氧化或還原，如ETO傳感器通常需要工作電極相對參比電極+300mV的偏置電壓。類似的電極如美國專利US5565075。

在現今的市場上，通常NO電化學傳感器的偏置電壓是+300mV?Bias?vs?Pt/H+,air電極。美國專利US6129824給出了一種HCl傳感器，其偏壓是0-+400mV?vs?Pt/H+,air電極。在市場上，通常HCl電化學傳感器的偏置電壓是+200mV?vs?Pt/H+,air電極。而且在市場上，通常ETO電化學傳感器的偏置電壓是+300mV?vs?Pt/H+,air電極。常規的設計是通過在電路設計時，在工作電極和參比電極之間加一個外部電位。這需要特殊的電路設計而且需要消耗能量。而且如果傳感器需要一個偏置電壓以發生氧化反應或還原反應，這將導致當傳感器在第一次裝在儀器上時需要長時間的穩定時間，同時傳感器零點受到溫度和濕度影響會發生非常不穩定的現象，這將進一步導致傳感器檢測限受到限制。

發明內容

在電化學傳感器中，有些氣體或化學物質在另外加上偏壓或另外加上電位情況很容易被催化劑氧化或還原。要達到這個要求，通常在工作電極上加一個偏置電壓或電位，以使工作電極和參比電極電位不同。這需要一個特殊的電路設計而且消耗能量。本發明是通過在參比電極中摻雜其它物質，來達到自置偏壓、或減少所加偏壓幅度目的，用于解決現有技術中的問題。

以上達到自置偏壓，所指的是外電路完全不用加偏壓。減少所加偏壓幅度的意思是，可以減少所加的偏壓。例如以酸性體系為電解液的氧氣傳感器，通常要在工作電極加-600mV的偏壓。而通過本發明，可以減少所加偏壓的幅度，自置偏壓可以達到-100mV至-300mV,那么在工作電極只需加-500mV至-300mV偏壓即可。

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明第一方面提供一種自置偏壓電化學傳感器，包括通過電解液形成離子導通的工作電極、參比電極和對電極，所述工作電極的材料和參比電極的材料具有不同電位，所述參比電極為摻有氧化性物質或還原性物質的貴金屬電極。

所述通過電解液形成離子導通的工作電極、參比電極和對電極構成三電極系統。

優選的，所述參比電極中所使用的貴金屬電極選自Ag電極、Pd電極、Au電極、Pt電極、Pt-Ru電極、Ru電極、Rh電極或Pt-Ir電極等中的一種。

優選的，所述參比電極中，Pt-Ru電極中Pt與Ru原子比為1：1-10，優選為1：2-4。Pt-Ir電極中Pt與Ir原子比為1：1-10，優選為1：2-4。

所述工作電極含有可檢測氣體所需的活性催化劑，所述參比電極的電極電位可以達到檢測氣體所需的工作電位。

本發明發明人在以上參比電極中摻雜其它物質以達到自置偏壓的目的，通常的，檢測在零偏壓下難以氧化的氣體摻雜氧化性物質。

優選的，所述氧化性物質選自Ce(SO₄)₂、Ni₂O₃、NiO₂、Co₂O₃、CoO₂等中的一種。

更優選的，在電極中，催化劑與所述氧化性物質的質量比為1-10：1。

檢測在零偏壓下難以還原的氣體摻雜還原性物質。

優選的，所述還原性物質選自B、Si、草酸、酒石酸等中的一種。

更優選的，在電極中，催化劑與所述還原性物質的質量比為1-10：1。

優選的，所述工作電極選自貴金屬電極、C電極、石墨電極中的一種。

更優選的，所述工作電極中所使用的貴金屬電極選自Pt電極，Au電極，Pt-Ru電極，Ru電極，Ir電極，Rh電極，Ag電極，Pt-Ir電極等中的一種。

所述工作電極中，Pt-Ru電極中Pt與Ru原子比為1：1-10，優選為1：2-4。Pt-Ir電極中Pt與Ir原子比為1：1-10，優選為1：2-4。