电化学传感器技术：你知道哪一些电化学传感器

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电化学传感器技术：化学传感器·传感器技术（第8册）：电化学传感器（影印版 英文）

化学传感器·传感器技术（第8册）：电化学传感器（影印版 英文）
作者：（摩尔）科瑞特森科韦 主编
出版时间：2013年版
丛编项： 传感材料与传感技术丛书·化学传感器
内容简介
　　《传感材料与传感技术丛书·化学传感器·传感器技术（第8册）：电化学传感器（影印本）（英文）》由微流控芯片作为电化学传感器的新平台；电化学气体传感器：基本原理、制备及参数；稳定的氧化锆基气体传感器；用于液态环境的电化学气体传感器；离子敏感场效应晶体管（ISFET）型化学传感器五部分组成。
目录
1 引言
2 气体传感器的电化学基础知识
3 传感中气体相互作用的类型
4 电化学气体传感器的基本原理
5 分析物
6 电化学气体传感器的设计与材料
7 电化学传感器的分析特性
8 电化学气体传感器的实例
9 电化学气体传感器制造中的MEMS和纳米技术
10 电化学传感器的应用
11 气体传感器应用中的参数
12 电化学气体传感器的市场
13 展望与未来趋势
参考文献
2 稳定的氧化锆基气体传感器
1 引言
2 传感器操作的基本原理
3 电位非能斯特气体传感器
4 电流型气体传感器
5 阻抗基气体传感器
6 用于传感电极的纳米结构氧化物
7 氧化锆传感器在实际工业应用中的操作规程
8氧化锆基传感器的市场
9 总结与展望
10 致谢
参考文献
3 用于液态环境的电化学气体传感器
1 引言
2 液态环境中的传感器
3 液态环境传感器设计的时序过程
4 液态环境传感器中膜的作用
5 离子选择性电极的类型
6 聚合物膜
7 理论与方法
8实验方面
9 离子选择性电极的文献
10 结论
11 术语
参考文献
4 离子敏感场效应晶体管（ISFET）型化学传感器
1 引言
2 ISFET概念的不同结构版本和历史
3 MOSFET的工作原理
4 ISFET的pH灵敏度理论
5 ISFET／EGFET栅极介电材料
6 ISFET设计的注意事项
7 ISFET的制备
8 ISFET的偏置牍出电路和仪表
9 离子选择性膜和其他包覆层对ISFET栅极介电性的影响
10 ISFET基正离子传感器
11 ISFET基负离子传感器
12 ISFET基生物分子传感器
13 ISFET基气体传感器
14 ISFET的温度效应
15 ISFET的光效应
16 参比电极相关问题
17 ISFET—REFET结合体
18 Ta2O5栅极ISFET—参比电极装置的偏差、重现性与波动性及pH标准缓冲液的校准
19 ISFET故障鉴定
20 ISFET的应用与市场需求
21 结论与展望
22 献词
23 致谢
24 术语
参考文献
5 微流控芯片作为电化学传感器的新平台
1 引言
2 微流体平台微制造的概要
3 电化学传感的微流体平台：设计与应用
4 优势、劣势与未来趋势
参考文献
索引
丛书书目

电化学传感器技术：化学传感器·传感器技术：电化学传感器

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化学传感器·传感器技术：电化学传感器
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《化学传感器·传感器技术(第8册):电化学传感器》由微流控芯片作为电化学传感器的新平台；电化学气体传感器：基本原理、制备及参数；稳定的氧化锆基气体传感器；用于液态环境的电化学气体传感器；离子敏感场效应晶体管（ISFET）型化学传感器五部分组成。
书    名
化学传感器·传感器技术:电化学传感器
作    者
科瑞特·森科韦 (Gbenadii Korotcenkov)
出版日期
2013年9月1日
语    种
简体中文, 英语
ISBN
外文名
Chemical Sensors:comprehensive Sensor Technologies Electrochemical Sensors
出版社
哈尔滨工业大学出版社
页    数
325页
开    本
16
品    牌
哈尔滨工业大学出版社
目录
1
基本介绍
?
内容简介
?
作者简介
2
图书目录
化学传感器·传感器技术：电化学传感器基本介绍
编辑
语音
化学传感器·传感器技术：电化学传感器内容简介
《化学传感器·传感器技术(第8册):电化学传感器》由科瑞特森科韦主编，哈尔滨工业大学出版社出版。
化学传感器·传感器技术：电化学传感器作者简介
作者：（摩尔）科瑞特·森科韦（Ghenadii Korotcenkov）科瑞特·森科韦(Ghenadii Korotcenkov),received his Ph.D.in Physics and Tcchnology of Scmiconductor Matcriats and Devices in 1976 and his Habilitatc Degree (Dr.Sci.) in Physics and Mathematics of Semiconductors and Dielcctrics in 1990. He was for many years the leader in the Gas Sensor Group at the Technical Universiry of Moldova. He is currently a research professor at Gwangju Institute of Science and Technology, in Gwangju,Republic of Korea. Dr.Korotcenkov is the author of five previous books and has authorcd over 180 peer reviewed papers.His research has received numerous awards and honors, including the Award of the Supreme Council of Science and Advanced Technology of the Republic of Moldova.
化学传感器·传感器技术：电化学传感器图书目录
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语音
1电化学气体传感器：基本原理、制备及参数1引言2气体传感器的电化学基础知识3传感中气体相互作用的类型4电化学气体传感器的基本原理5分析物6电化学气体传感器的设计与材料7电化学传感器的分析特性8电化学气体传感器的实例9电化学气体传感器制造中的MEMS和纳米技术10电化学传感器的应用11气体传感器应用中的参数12电化学气体传感器的市场13展望与未来趋势参考文献2稳定的氧化锆基气体传感器1引 言2传感器操作的基本原理3电位非能斯特气体传感器4电流型气体传感器5阻抗基气体传感器6用于传感电极的纳米结构氧化物7氧化锆传感器在实际工业应用中的操作规程8氧化锆基传感器的市场9总结与展望10致谢参考文献3用于液态环境的电化学气体传感器1引言2液态环境中的传感器3液态环境传感器设计的时序过程4液态环境传感器中膜的作用5离子选择性电极的类型6聚合物膜7理论与方法8实验方面9离子选择性电极的文献10结论11术语参考文献4离子敏感场效应晶体管（ISFET）型化学传感器1引言2 ISFET概念的不同结构版本和历史3 MOSFET的工作原理4 ISFET的pH灵敏度理论5 ISFET/EGFET栅极介电材料6 ISFET设计的注意事项7 ISFET的制备8ISFET的偏置牍出电路和仪表9离子选择性膜和其他包覆层对ISFET栅极介电性的影响10ISFET基正离子传感器11ISFET基负离子传感器12ISFET基生物分子传感器13ISFET基气体传感器14ISFET的温度效应15ISFET的光效应16参比电极相关问题17ISFET—REFET结合体18Ta2O5栅极ISFET—参比电极装置的偏差、重现性与波动性及pH标准缓冲液的校准19ISFET故障鉴定20ISFET的应用与市场需求21结论与展望22献词23致谢24术语参考文献5微流控芯片作为电化学传感器的新平台1引言2微流体平台微制造的概要3电化学传感的微流体平台：设计与应用4优势、劣势与未来趋势参考文献索引丛书书目

电化学传感器技术：电化学传感器检测浓度原理

电化学传感器检测浓度原理

1工作原理
电化学传感器通过与被测气体发生反应并产生与气体浓度成正比的电信号来工作。典型的电化学传感器由传感电极（或工作电极）和反电极组成，并由一个薄电解层隔开。
气体首先通过微小的毛管型开孔与传感器发生反应，然后是疏水屏障层，最终到达电极表面。采用这种方法可以允许适量气体与传感电极发生反应，以形成充分的<>电信号，同时防止电解质漏出传感器。
穿过屏障扩散的气体与传感电极发生反应，传感电极可以采用氧化机理或还原机理。这些反应由针对被测气体而设计的电极材料进行催化。
通过电极间连接的电阻器，与被测气浓度成正比的电流会在正极与负极间流动。测量该电流即可确定气体浓度。由于该过程中会产生电流，电化学传感器又常被称为电流气体传感器或微型燃料电池。
在实际中，由于电极表面连续发生电化发应，传感电极电势并不能保持恒定，在经过一段较长时间后，它会导致传感器性能退化。为改善传感器性能，人们引入了参考电极。
参考电极安装在电解质中，与传感电极邻近。固定的稳定恒电势作用于传感电极。参考电极可以保持传 感电极上的这种固定电压值。参考电极间没有电流流动。气体分子与传感电极发生反应，同时测量反电极，测量结果通常与气体浓度直接相关。施加于传感电极的电 压值可以使传感器针对目标气体。
2组成
电化学传感器包含以下主要元件：
A.透气膜（也称为疏水膜）：透气膜用于覆盖催化）电极，在有些情况下用于控制到达电极表面的气 体分子量。此类屏障通常采用低孔隙率特氟隆薄膜制成。这类传感器称为镀膜传感器。或者，也可以用高孔隙率特氟隆膜覆盖，而用毛管控制到达电极表面的气体分 子量。此类传感器称为毛管型传感器。除为传感器提供机械性保护之外，薄膜还具有滤除不需要的粒子的功能。为传送正确的气体分子量，需要选择正确的薄膜及毛 管的孔径尺寸。孔径尺寸应能够允许足量的气体分子到达传感电极。孔径尺寸还应该防止液态电解质泄漏或迅速燥结。
B.电极：选择电极材料很重要。电极材料应该是一种催化材料，能够执行在长时间内执行半电解反应。通常，电极采用贵金属制造，如铂或金，在催化后与气体分子发生有效反应。视传感器的设计而定，为完成电解反应，三种电极可以采用不同材料来制作。
C. 电解质：电解质必须能够进行电解反应，并有效地将离子电荷传送到电极。它还必须与参考电极形成稳定的参考电势并与传感器内使用的材料兼容。如果电解质蒸发过于迅速，传感器信号会减弱。
D.过滤器：有时候传感器前方会安装洗涤式过滤器以滤除不需要的气体。过滤器的选择范围有限，每 种过滤器均有不同的效率度数。多数常用的滤材是活性炭，如图5所示。活性炭可以滤除多数化学物质，但不能滤除一氧化碳。通过选择正确的滤材，电化学传感器 对其目标气体可以具有更高的选择性。
电化传感器的制造方法多种多样，最终取决于要检测的气体和制造商。然而，传感器的主要特性在本质上非常相似。以下介绍电化传感器的一些共同特性：
1．在三电极传感器上，通常由一个跳线来连接工作电极和参考电极。如果在储存过程中将其移除， 则传感器需要很长时间来保持稳定并准备使用。某些传感器要求电极之间存在偏压，而且在这种情况下，传感器在出厂时带有九伏电池供电的电子电路。传感器稳定 需要30分钟至24小时，并需要三周时间来继续保持稳定。
2．多数有毒气体传感器需要少量氧气来保持功能正常。传感器背面有一个通气孔以达到该目的。建议在使用非氧气背景气应用场合中与制造商执行复检。
3．传感器内电池的电解质是一种水溶剂，用疏水屏障予以隔离，疏水屏障具有防止水溶剂泄漏的作 用。然而，和其它气体分子一样，水蒸汽可以穿过疏水屏障。在大湿度条件下，长时间暴露可能导致过量水分蓄积并导致泄漏。在低潮湿条件下，传感器可能燥结。 设计用于监控高浓度气体的传感器具有较低孔率屏障以限制通过的气体分子量，因此它不受湿度影响，和用于监控低浓度气体的传感器一样，这种传感器具有较高孔 率屏障并允许气体分子自由流动。
3应用
1、湿度传感器 湿度是空气环境的一个重要指标，空气的湿度与人体蒸发热之间有着密切关系，高温高湿时，由于人体水分蒸发困难而感到闷热，低温高湿时，人体散热过程剧烈， 容易引起感冒和冻伤。人体最适宜的气温是18~22℃，相对湿度为35%～65%RH。 在环境与卫生监测中，常用于湿球温湿度计、手摇湿温度计和通风湿>温度计等仪器测定空气湿度。近年来，大量文献报道用传感器测定空气湿度。用于测定 相对湿度的涂覆压电石英晶体用传感器,通过光刻和化学蚀刻技术制成小型石英夺电晶体,在AT 切割的10MHZ石英晶体上涂有4种物质,对湿度具有较高的质量敏感性.该晶体是振荡电路中的共振器,其频率随质量变化,选择适当涂层,该传感器可用于测 定不同气体的相对湿度.该传感器的灵敏度、响应线性、响应时间、选择性、滞后现象和使用寿命等孝怪癖于涂层化学物质的性质。
2、氧化氮传感氧化氮是氮的各种氧化物所组成的气体混合物的总称，常以NOX表示。在氧化氮中， 不同形式的氧化氮化学稳定性不同，空气中常风的是化学性质相对稳定的一氧化氮和二氧化氮，它们在卫生学上的意义显得较其它形式氧化氮更为重要。在环境分析 中，氧化氮一般指一氧化氮二氧化氮。 我国监测氧化氮的标准方法是盐酸萘乙二胺比色法，方法灵敏度为0.25ug/5ml,方法转换系数受吸收液组成、二氧化氮浓度、采气速度、吸收管结构、共 存离子及温度等多种因素的影响，目前沿末完全统一。传感器测定是近年发慌起来的新方法。 文献报道，用交指型栅极电极场效应晶体管的微电子集成电路与化学活性电子束蒸镀酞花青铜薄膜相结合，获得了新型气体敏感微传感器，可选择性检测mg/m3 级二氧化氮和二惜内基甲基膦酸盐(DIMP)。
3、硫化氢气体传感硫化氢是一种无色、具有特殊腐蛋臭味的可燃气体，具有刺激性和窒息性，对人体 有较大危害。目前大多用比色法和气相色谱法测定空气中硫化氢。 对含量常常低至mg/m3级的空气污染物进行测定是气体传感器的一项主要应用，但在短时期内半导体气体传感器还不能满足监测某些污染气体灵敏度和选择性要 求。他提出利用掺银薄膜传感器监测实验室和城市空气中的硫化氢。该传感器阵列由四个传感器构成，通过基于库化滴定的通用分析装置和半导体气体传感器阵列的 信号，同时记录二氧化硫和硫化氢浓度，实践表明，在150℃下以恒温方式盍的掺银薄膜传感器用于监测城市空气中的硫化氢含量，效果良好。
4、二氧化硫传感器 二氧化硫是污染空气的主要物质之一，检测空气中二氧化硫尝试是空气检验的一项经常性工作。应用传感器监测二氧化硫。从缩短检测时间到降低检出限，都显示出 极大的优越性。 利用固体聚合物作离子交换膜，膜的一边含对电极和参比电极的内部电解液，另一边插入铂电极，组成一种二氧化硫传感器。该传感器安装在流通池中，在 0.65V下氧化二氧化硫。批示出二氧化硫的量。该传感装置电流灵敏度高。响应时间短，稳定性好，本底噪音低，线性范围达0.2mmol/L，检出限为 8*10-6mmol/L，信噪比为3。该传感器不仅可以测定空气中的二氧化硫，还可用于测定低电导率液体中的二氧化硫。有机改性硅酸盐薄膜二氧化硫气体 传感器的气敏涂层是利用溶胶工艺和自旋技术制作的，对二氧化硫的测定具有良好的重现性和可逆性，响应时间不到20S，对其它气体的交感小，受温度和湿度影 响小。
4压力与温度
电化学传感器受压力变化的影响极小。然而，由于传感器内的压差可能损坏传感器，因此整个传感器必须保持相同的压力。电化学传感器对温度也非常敏感，因此通常采取内部温度补偿。但最好尽量保持标准温度。
一般而言，在温度高于25°C时，传感器读数较高；低于25°C时，读数较低。温度影响通常为每摄氏度0.5%至1.0%，视制造商和传感器类型而定。
5选择性
电化学传感器通常对其目标气体具有较高的选择性。选择性的程度取决于传感器类型、目标气体以及传 感器要检测的气体浓度。最好的电化学传感器是检测氧气的传感器，它具有良好的选择性、可靠性和较长的预期寿命。其它电化学传感器容易受到其它气体的干扰。 干扰数据是利用相对较低的气体浓度计算得出。在实际应用中，干扰浓度可能很高，会导致读数错误或误报警。
6预期寿命
电化学传感器的预期寿命取决于几个因素，包括要检测的气体和传感器的使用环境条件。一般而言，规定的预期寿命为一至三年。在实际中，预期寿命主要取决于传感器使用中所暴露的气体总量以及其它环境条件，如温度、压力和湿度。
7小结
电化学传感器对工作电源的要求很低。实际上，在气体监测可用的所有传感器类型中，它们的功耗是最低的。因此，这种传感器广泛用于包含多个传感器的移动仪器中。它们是有限空间应用场合中使用最多的传感器。
传感器的预期寿命由其制造商根据他们认为正常的条件进行预测。然而，传感器的预期寿命很大程度上取决于环境污染、温度及其暴露的湿度。
典型的电化学传感器的规格
传感器类型：2或3电极，通常为3电极
范围：可允许暴露极限的2-10倍
预期寿命：正常为12至24个月，取决于制造商与传感器
温度范围：–40°C至+45°C
相对湿度：15-95%，无凝露
响应时间：< 50秒 长期偏移：每月下移2%