ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СЕНСОР, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЙ КОНЦЕНТРАЦИЮ КИСЛОРОДА В ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗЕ

кислорода в жидкости или в газе содержит корпус, в котором помещен электролит и находящиеся в контакте с ним два электрода, один из которых изготовлен из углеродсодержащего материала, а второй - из металла, межпу которыми создана нужная разность потенциалов для восстановления на катоде кислорода, и газопроницаемую мембрану, разделяющую эту электродную систему от исследуемого вещества, причем из углеродного материала изготовлен катод, а анод изготовлен из металлического индия, электролитом является водный раствор KCL или NaCL , где РН зафиксирован с помощью буфера, разность потенциалов между катодом и анодом создана указанной электродной системой, а мембрана и анод установлены в корпусе с возможностью их замены.
Именно указанная электродная система - изготовленный из углеродного материала катод,анод из металлического индия и электролит из KCL или NaCL, обеспечивает создание такой разности потенциалов, которая нужна для восстановления кислорода на катоде без приложенного извне напряжения, а широкий диапазон измерения обусловлен зависимостью выработанной электродной системой разности потенциалов от концентрации кислорода.
Возможность замены мембраны анода и электролита дает разборно выполненная конструкция сенсора.
На фиг.1 представлено продольное сечение электрохимического сенсора, а на фиг.2 график зависимости тока , индуцированного при восстановлении кислорода на изготовленном из згглеродного материала катоде, от разности потенциалов Щ)И разных концентрациях кислорода.
Электрохимический сенсор содержит корпус 1, в котором помещен электролит (водный раствор KCL или Na CL), находящийся в контакте с ним катод 2, изготовленный из углеродного материала, и анод 3 из металлического индия, который съемно вставлен в корпус 1, ,газо15эоницаемую мембрану 4, разделяющую электродную систему от исследуемого вещества, которая герметично установлена
Д.
между корпусом 1 и съемно закрепленным с ним дном 5, в котором создан поток исследуемого веществ а. Выводы катода 2 и анода 3 присоединены к амперметру 6,
Электрохимический сенсор работает следующим образом:
Протекающий в дне 5 исследуемый раствор или газ контактирует о газопроницаемой мембраной и, при существовании в нем ненулевого парцивйального давления
кислорода PI  О, гроисходит его переход в область электродной системы путем диффузии через мембра, т.к., из-за процессов происходящих на катоде в этой области парци Е аш ное давление кислорода Р2  PL
В случае указанной электродной системы между катодом 2 и анодом 3 возбуждается разность потенциалов, которая пропорциональна концентрации кислорода в измеряемой области, что автоматически обуславливает такую разность потенциалов, которая требуется для восстановления кислорода на катоде в условиях данной концентрации, а это, в свою очередь, обуславливает мизерную величину (1на) тока, соответствующего нулевой концентрации кислорода, так назьшаемого нулевого тока, что дает возможность надежного измерения микроконцентраций (1мкгр/кг). Величина тока, ндгО дрованного сенсором в условиях постоянной концентрации (для восстановления на катоде 2 кислорода); зависит от величины разности потенциалов между электродами (фиг.2). Из данного графика видно, что для стабильной работы сенсора, этот потенциал должен соответствовать гладкому участку (плато) графика, также видно, что для разных концентраций этот участок соответствует разным диапазонам разности потенциалов. Выводы электродов 2,3 сенсора всегда накоротко замкнуты между собой с помощью амперметра 6, входное сопротивление которого « 0. Поэтому, показание амперметра, т.е. ток, который протекает  электродами, пропорционален концентрации кислорода в измеряемой области. Характеризуюпщй коэфициент сенсора в среднем
равен К 7на/мшр/кг, что является достаточно точно и легко измеряемой величиной. (Характеризующий прототип КягО, 1 на/мкгр/кг). Реакция восстановления кислорода Ш1 катоде имеет следующий вид: Ог + 2Н2 СН-4е 4О1Г (1) а на аноде: 4Jn +120Н + ЗИГ +ЗСГ  3KJn 02 +6Н2 О 4-ЗпС1з -Ы2е (2) Если (1) уравновесим с (2) получим: 3O2+6H2O+12e 12OH43n +12ОН +3K+3Cr ЗЮпО2 +6Н2О+ОпС1з +12е т.е. в данной электродной системе для восстановления 3-х молекул кислорода затрачивается 4 атома швдия и 3 молекулы KCI . Если, исходя из вышесказанного, проведем анализ рабочего времени сенсора, окажется, что запас электрода (анода) из металлического индия и электролита настолько большой (несколько десятков лет), что это время преимущественно определяется механической стойкостью сенсора. ( В основном, выход из строя сенсоров указанного типа вызван механическим повреждением мембраны или ее загрязнением). В нашем случае, возможна легкая замена поврежденной мембраны, анода и электро.лита в условиях эксплуатации, что значительно увеличивает продолжительность эксш атации Сенсора. Предложенный сенсор обеспечивает ппфокий диапазон измерения концентрации кислорода в жидкостях и газах, высок}то точность и меньшую инерционность без приложенного извне ьгапряжения. Заявители:Э. Буцхриюздзе В. Идзиковская