RU175208U1 - Электрохимический твердотельный чувствительный элемент - Google Patents
Электрохимический твердотельный чувствительный элемент Download PDFInfo
- Publication number
- RU175208U1 RU175208U1 RU2017102025U RU2017102025U RU175208U1 RU 175208 U1 RU175208 U1 RU 175208U1 RU 2017102025 U RU2017102025 U RU 2017102025U RU 2017102025 U RU2017102025 U RU 2017102025U RU 175208 U1 RU175208 U1 RU 175208U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- catalytically active
- anode
- thickness
- cathode
- active component
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Использование: для измерения концентрации и нахождения утечек различных газообразных веществ. Сущность полезной модели заключается в том, что чувствительный элемент включает катод, анод, каталитически активный компонент, размещенный между ними, а также токоотводы, в качестве каталитически активного компонента используется углеродный материал толщиной 0,5-3,0 мм, пропитанный насыщенным водным раствором гетерополикислоты 2-18 ряда, имеющей химическую формулу [HPWO], при этом функцию анода выполняет графитовая пластина толщиной 2,0-10,0 мм, функцию катода выполняет перфорированная металлическая пластина, которая может быть выполнена из нержавеющей стали с толщиной 0,3-1,0 мм и диаметром перфорации 2,0-5,0 мм. Технический результат: обеспечение возможности упрощения конструкции. 1 ил.
Description
Полезная модель относится к аналитическим приборам, а именно к сенсорам или чувствительным элементам состава газа. Данный чувствительный элемент может быть применен в качестве сенсора в газоанализаторах и индикаторах течеискателей для измерения концентрации и нахождения утечек различных газообразных веществ.
Известен датчик концентрации аммиака (RU 2038590, опубл. 27.06.1995), включающий подложку, на которой расположены электроды и чувствительный слой на основе полианилина, содержащего легирующую добавку, где в качестве легирующей добавки используются комплексы переходных металлов (например, хлоридный комплекс меди) или комплексы конденсированных ароматических соединений.
Данный датчик имеет хорошую чувствительность к газообразному аммиаку, но нечувствителен к другим газообразным в том числе и токсическим компонентам. Также не является достаточно стабильным во времени.
Известен датчик концентрации аммиака (RU 2133029, опубл. 10.07.1999). Техническим эффектом этого датчика является повышение чувствительности и селективности датчика по отношению к аммиаку в его смеси с другими газами.
Это достигается тем, что в датчике концентрации аммиака, включающем подложку, на которой расположены электроды и чувствительный слой на основе полианилина, содержащего модифицирующую добавку, с целью повышения чувствительности и селективности по отношению к аммиаку в качестве модифицирующей добавки использованы гетерополикислоты 2:18 ряда общей формулы H6+nP2W18-nMonO62 (n=0-18) или их калиевые, натриевые, литиевые, аммониевые, цериевые, кобальтовые, марганцевые соли.
Датчики на основе полианилина применяются для контроля состава жидких и газовых сред. Однако неизвестно использование датчиков с чувствительным слоем, выполненным из полианилина, который содержит в качестве модифицирующей добавки гетерополикислоты 2:18 ряда общей формулы H6+nP2W18-nMonO62 (n=0-18) или их калиевые, натриевые, литиевые, аммониевые, цериевые, кобальтовые, марганцевые соли для определения концентрации аммиака в парогазовых средах.
Данную полезную модель оптимально использовать для создания сенсоров на аммиак, однако выбор полимерной матрицы и данной конструкции самого датчика не позволяет использовать данную полезную модель для измерения и идентификации других газообразных компонентов.
Известен электрохимический элемент с твердым электролитом (RU 2037918, опубл.19.06.1995), содержащий ионопроводящий слой твердого электролита, расположенные по обе стороны от него токосъемные электроды в виде анода и катода, а также каталитически активное средство, расположенное со стороны одного из токосъемных электродов в контакте со слоем твердого электролита, при этом анод выполнен из цезия, твердый электролит выполнен из материала с катионной проводимостью.
Недостатком данного элемента является сложность в изготовлении, использование дорогостоящих каталитически активных материалов - благородных металлов с большим процентным содержанием, что приводит к удорожанию изделия, и по этой же самой причине ограничивает срок службы элемента из-за отравляемости каталитически активных компонентов загрязнителями.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в разработке электрохимического твердотельного чувствительного элемента для определения состава газа упрошенной конструкции без использования дорогостоящих каталитических материалов.
Данная задача достигается за счет того, что в электрохимическом твердотельном чувствительном элементе, включающем катод, анод, каталитически активный компонент, размещенный между ними, а также токоотводы, в качестве каталитически активного компонента используется углеродный материал толщиной 0,5-3,0 мм, пропитанный насыщенным водным раствором гетерополикислоты 2-18 ряда, имеющей химическую формулу [H6P2W18O62], при этом функцию анода выполняет графитовая пластина толщиной 2,0-10,0 мм, функцию катода выполняет перфорированная металлическая пластина, которая может быть выполнена из нержавеющей стали, никеля или хрома с толщиной 0,3-1,0 мм и диаметром перфорации 2,0-5,0 мм.
Замена твердого электролита, а также каталитически активного средства, выполненного на основе платины или манганита лантана, использующихся в прототипе, на углеродный материал, пропитанный насыщенным водным раствором гетерополикислоты 2-18 ряда, а также отсутствие необходимости обеспечения сквозной пористости для графитовой пластины и слоя каталитически активного средства, упрощает устройство, сохраняя его чувствительность и селективность. В качестве углеродного материала может использоваться слой спрессованного мелкодисперсного активированного угля или углеродной ткани.
Техническим результатом полученной полезной модели является упрощение конструкции.
Полезная модель поясняется фиг. 1, на которой представлен электрохимический твердотельный чувствительный элемент, где 1 - углеродный материал, 2 - графитовая пластина, 3 - перфорированная металлическая пластина, 4 - токоотводы, 5 - микроамперметр.
Электрохимический твердотельный чувствительный элемент включает углеродный материал (1), графитовую пластину (2), перфорированную металлическую пластину (3), токоотводы (4), микроамперметр (5).
Углеродный материал, пропитанный насыщенным водным раствором гетерополикислоты 2-18 ряда, должен быть закреплен между графитовой пластиной 2 толщиной 2,0-10,0 мм и перфорированной металлической пластиной 3, которая может быть выполнена из нержавеющей стали, никеля или хрома с толщиной 0,3-1,0 мм и диаметром перфорации 2,0-5,0 мм. К графиту и перфорированной металлической пластине прикреплены токоотводы 4, которые подсоединены к микроамперметру 5 для измерения электрического тока.
Принцип действия электрохимического твердотельного элемента заключается в окислении кислородом воздуха легкоокисляемых газообразных веществ, в ходе чего в замкнутой цепи между нержавеющей пластиной и графитом возникает электрический ток, который регистрируется микроамперметром. Газообразные компоненты попадают через перфорированную нержавеющую пластину на поверхность углеродного материала, пропитанного водным раствором гетерополикислоты 2-18 ряда, имеющая формулу [H6P2W18O62]. Под действием газообразных компонентов происходит обратимое изменение заряда анионного комплекса с увеличением или уменьшением электродвижущей силы (ЭДС) в зависимости от концентрации газообразного компонента и его природы.
Технический эффект обеспечивается за счет:
- отсутствия в полезной модели дорогостоящих материалов,
- применения каталитически активного средства на основе гпк 2-18 ряда, вместо платины и манганита лантана.
Пример 1.
Была взята гетерополикислота 2-18 ряда, имеющая химическую формулу [H6P2W18O62], насыщенным водным раствором которой был пропитан мелкодисперсный активированный уголь, после чего последний спрессовали с образованием углеродной тонкой пластины толщиной 1,2 мм 1 (фиг. 1).
Углеродный материал, пропитанный гетерополикислотой 2-18 ряда, имеющей химическую формулу [H6P2W18O62], был закреплен между графитовой пластиной 2 толщиной 3,0 мм и перфорированной металлической пластиной 3, которая была выполнена из нержавеющей стали и имеет толщину 0,5 мм, а диаметр перфорации составил 2,5 мм. К графитовой пластине и нержавеющей пластине были прикреплены токоотводы 4 в виде электрических проводов, которые, в свою очередь, были подключены к микроамперметру 5. Показания микроамперметра, в отсутствии активных газообразных компонентов, 0 μА. Далее ячейку опустили в трехлитровую литровую емкость с воздушно-водородной смесью с концентрацией водорода 0,5 ppm и записали показания микроамперметра после того, как показания стабилизировались. Далее концентрацию водорода увеличили до 1,0 ppm и также записали показания после их стабилизации. Тоже самое повторили с концентрациями 10,0 ppm и 100,0 ppm. Значения зависимости силы тока от концентрации водорода представлены в таблице 1. Сняв последние показания, элемент вынули из емкости и дождались пока показания вернутся в нулевое значение.
Процесс каталитического окисления водорода в твердотельном элементе можно выразить следующими реакциями:
9Н2+H6[P2W+6 18O62]-6=Н24[P2W+5 18О62]-24
H24[P2W+5 18O62]-24+4,5O2=H6[P2W+6 18O62]-6+9H2O
Пример 2. Измерения концентрации аммиака. После установления нулевых показаний на микроамперметре электрохимический твердотельный чувствительный элемент поместили в емкость 1 л с концентрацией паров гидрата аммиака 20 мг/м3, после чего сняли показания микроамперметра. Аналогичным образом провели испытания с концентрацией 60 мг/м3 и 500 мг/м3. Полученные показания зависимости силы тока от аммиака представлены в таблице 2.
Процесс окисления аммиака в твердотельном элементе можно выразить следующими реакциями:
6NH3+H6[P2W+6 18O62]-6=Н24[P2W+5 18О62]-24+3N2
H24[P2W+5 18O62]-24+4,5O2=H6[P2W+6 18O62]-6+9H2O
Таким образом, электрохимический твердотельный чувствительный элемент упрощенной конструкции, созданный без применения дорогостоящих каталитических материалов, не требующий электрического потребления тока, может быть использован в качестве газового сенсора.
Claims (1)
- Электрохимический твердотельный чувствительный элемент, включающий катод, анод, каталитически активный компонент, размещенный между ними, а также токоотводы, отличающийся тем, что в качестве каталитически активного компонента используется углеродный материал толщиной 0,5-3,0 мм, пропитанный насыщенным водным раствором гетерополикислоты 2-18 ряда, имеющей химическую формулу [H6P2W18O62], при этом функцию анода выполняет графитовая пластина толщиной 2,0-10,0 мм, функцию катода выполняет перфорированная металлическая пластина, которая может быть выполнена из нержавеющей стали с толщиной 0,3-1,0 мм и диаметром перфорации 2,0-5,0 мм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017102025U RU175208U1 (ru) | 2017-01-23 | 2017-01-23 | Электрохимический твердотельный чувствительный элемент |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017102025U RU175208U1 (ru) | 2017-01-23 | 2017-01-23 | Электрохимический твердотельный чувствительный элемент |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU175208U1 true RU175208U1 (ru) | 2017-11-28 |
Family
ID=60581820
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017102025U RU175208U1 (ru) | 2017-01-23 | 2017-01-23 | Электрохимический твердотельный чувствительный элемент |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU175208U1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2037918C1 (ru) * | 1993-02-03 | 1995-06-19 | Инновационное предприятие "Новатех-патент" | Электрохимический элемент с твердым электролитом |
| RU2038590C1 (ru) * | 1992-09-24 | 1995-06-27 | Малое государственное предприятие "Практик-НЦ" | Датчик концентрации аммиака |
| RU2088914C1 (ru) * | 1995-07-03 | 1997-08-27 | Сергей Алексеевич Радин | Сенсор для анализа газообразных веществ |
| RU2133029C1 (ru) * | 1998-05-08 | 1999-07-10 | Акционерное общество открытого типа "Практик - НЦ" | Датчик концентрации аммиака |
| RU2469959C2 (ru) * | 2007-03-20 | 2012-12-20 | Индустрие Де Нора С.П.А. | Электрохимическая ячейка и способ ее эксплуатации |
| CN105136892A (zh) * | 2015-09-06 | 2015-12-09 | 广东南海普锐斯科技有限公司 | 一种电化学传感器用纤维素-杂多酸质子交换膜及其制法 |
-
2017
- 2017-01-23 RU RU2017102025U patent/RU175208U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2038590C1 (ru) * | 1992-09-24 | 1995-06-27 | Малое государственное предприятие "Практик-НЦ" | Датчик концентрации аммиака |
| RU2037918C1 (ru) * | 1993-02-03 | 1995-06-19 | Инновационное предприятие "Новатех-патент" | Электрохимический элемент с твердым электролитом |
| RU2088914C1 (ru) * | 1995-07-03 | 1997-08-27 | Сергей Алексеевич Радин | Сенсор для анализа газообразных веществ |
| RU2133029C1 (ru) * | 1998-05-08 | 1999-07-10 | Акционерное общество открытого типа "Практик - НЦ" | Датчик концентрации аммиака |
| RU2469959C2 (ru) * | 2007-03-20 | 2012-12-20 | Индустрие Де Нора С.П.А. | Электрохимическая ячейка и способ ее эксплуатации |
| CN105136892A (zh) * | 2015-09-06 | 2015-12-09 | 广东南海普锐斯科技有限公司 | 一种电化学传感器用纤维素-杂多酸质子交换膜及其制法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5573648A (en) | Gas sensor based on protonic conductive membranes | |
| USRE45186E1 (en) | Low cost room temperature electrochemical carbon monoxide and toxic gas sensor with humidity compensation based on protonic conductive membranes | |
| JP3851561B2 (ja) | フィルム形固体ポリマーイオノマーセンサー及びセンサーセル | |
| Lu et al. | Solid-state amperometric hydrogen sensor based on polymer electrolyte membrane fuel cell | |
| Sukeri et al. | A facile electrochemical approach to fabricate a nanoporous gold film electrode and its electrocatalytic activity towards dissolved oxygen reduction | |
| WO1996024052A9 (en) | Electrochemical gas sensor | |
| US8268161B2 (en) | Electrochemical sensor having a mediator compound with a solid | |
| US3223597A (en) | Method and means for oxygen analysis of gases | |
| US7883611B2 (en) | Electrochemical sensor having a mediator compound | |
| Carter et al. | Printed amperometric gas sensors | |
| US11029294B2 (en) | Method and apparatus for measuring humidity using an electrochemical gas sensor | |
| US20110290672A1 (en) | Electrochemical gas sensor | |
| CN111175362A (zh) | 一种电化学硫化氢传感器及制备方法 | |
| US6423209B1 (en) | Acid gas measuring sensors and method of using same | |
| JP6163202B2 (ja) | 水性流の全有機含有量を測定する方法及び装置 | |
| US4036724A (en) | Device for the continuous determination of carbon monoxide content of air | |
| RU2371713C2 (ru) | Сенсор для детектирования водорода и способ его изготовления | |
| WO2006067491A1 (en) | Amperometric sensor and method for the detection of gaseous analytes comprising a working electrode comprising edge plane pyrolytic graphite | |
| US3247452A (en) | Gas sensing device with a gasdepolarizable electrode | |
| RU175208U1 (ru) | Электрохимический твердотельный чувствительный элемент | |
| JP2012042222A (ja) | 固体電解質形ｃｏセンサ | |
| CN210572089U (zh) | 一种基于抗干扰敏感电极的电化学氨气传感器 | |
| JP4308223B2 (ja) | アンモニア用ガスセンサ、アンモニア検出方法 | |
| US9200373B2 (en) | Simultaneously quantifying an alkane and oxygen using a single sensor | |
| JPH0854369A (ja) | ガス中の酸素量を測定する方法及びその装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180129 |