溶解氧传感器(极谱式)

Clark溶解氧传感器（极谱式）原理内部结构：传感器外表看去是由一个被选择性薄膜封闭的充满着电解液的腔室。里面是由金质的阴极和银质的阳极，在两电极中间充斥着氯化钾电解液。测量时电极间被施加0.8V电压，这时进入腔室内的氧气在阴极上被电离，在此过程中释放出电子。（反应过程为：阳极Ag+Cl-→AgCl+e-阴极O2+2H2O+4e→4OH-）这些电子在电解液中形成电流，而透过膜的氧量与水中溶解氧的量成正比，此时探头检测电流的强度。根据法拉第定律：流过电极的电流和氧分压成正比，在温度不变的情况下电流和氧浓度之间呈线性关系。同时热敏电阻检测溶液温度对盐浓度进行温度补偿。注意：整个过程中电解质参与反应，因此需要隔段时间更换电解液。例如，当测量误差较大时就意味着您是时候更换电解液了。光学溶解氧传感器光学溶解氧传感器由一个蓝色光源，一个感应面和红光接收器组成。感应面是一种稳定的活性氧化合物，能够使氧稳定渗透的聚合物构成，通常选用的材料是聚硅酮。原理：简单的说就是利用了荧光猝灭法。氧气在这里被当做了猝灭剂。蓝色光从光源照射到感应面上，感应面吸收能量产生红色的荧光。此时附着在感应面上的氧发挥猝灭剂的作用——降低发射光强度，使得发射光强度与水中氧浓度呈反比关系。即水中氧含量越大发射光强度越低。随后发射光被接收器接收到，经计算转化为水中含氧量。同时热敏电阻检测溶液温度对盐浓度进行温度补偿。电导率原理：采用四电极法测量。两对石墨电极上，每对均加载恒定的电压。通过测量电极间流过电流的强度来计算溶液的电导率。若溶液的导电性改变，电极间流通的电流亦会随之改变pH原理：实际上也是一种离子选择性电极——pH玻璃电极属于非晶体膜电极。主要部分是一个玻璃泡，泡的下半部是由SiO2（72.2%，摩尔分数）基体中加入Na2O（21.4%）和少量CaO（6.4%）经烧结而成玻璃薄膜，膜厚约30～100μm，泡内装有pH一定的0.1mol/L的HCl缓冲溶液作为内参比溶液，其中插入一支Ag-AgCl电极（或甘汞电极）作为内参比电极。pH电极在使用前必须在水中浸泡一定时间。浸泡时，由于硅酸盐盐结构中的SiO32-离子与H+的键合力远大于与Na+的键合力（约为1014倍），玻璃表面形成一层水合硅胶层。玻璃膜外表面的Na+与水中质子发生如下交换反应：H＋（液）+Na+Gl－（固)Na＋(液)＋H＋Gl－(固)式中Gl表示玻璃膜的硅氧结构。其他二价、高价离子不能进入晶格与Na＋发生交换。交换达平衡后，玻璃表面几乎全部由硅酸（H＋Gl－)组成表面到硅层内部，H+的数目逐渐减少，Na+的数目逐渐增多。玻璃膜内表面也已发生上述过程而形成同样的水合硅胶层。当浸泡好的玻璃电极浸入待测溶液时，水合层与溶液接触，由于硅胶层表面和溶液的H＋活度不同，形成活度差，H+从浓度大的一方向浓度小的一方迁移，由此形成相界电位。玻璃内侧也有相同的相界电位，通过两侧的电位差即可得到H+的活度离子选择性电极——气敏电极敏化电极按IUPAC推荐的动议为：在主体电极上覆盖一层膜或一层物质，使电极能提高或改变其选择性。氯化物、硝氮、氨氮均属于此类离子选择性电极是一种对某种特定的离子具有选择性的指示电极。如玻璃电极就是对H+离子具有选择性的电极,是测定PH值最常用的H+离子浓度的指示电极氯化物电极工作原理我们的氯化物电极应属于固体膜离子选择性电极，即把AgCl压成薄片或制成单晶切片（目前就这两种加工手段）制成Cl-选择性电极。AgCl对Cl-反应敏感，下面进行说明：整个电极工作时就是一个电化学电池，电极内部溶液|Ag盐膜(AgCl)|含Cl-待测溶液AgCl难溶盐膜上的Cl—与溶液中的氯离子进行交换并达到平衡，被测溶液中的氯离子的量受膜表面上银离子活度（浓度）的制约：aAg+=Ksp/aCl-则此电极的电动势：-E=φ参比-φCl-/Cl=φ参比-φ0Ag+/Ag-RTFlnaAg+合并以上连个式子，可得：E=φ0’-RTFlnaCl-，其中φ0’=φ参比-φ0Ag+/Ag从上面的公式可以看出，只要配置一系列已知浓度的标准液进行校准，测得得原电池的电动势E与相应的lnaCl−即可作出一条工作曲线，得到未知溶液的氯离子的浓度值氨氮电极类似的，氨氮电极是由pH平头玻璃膜电极的敏感膜外加一透气膜组成的。透气膜具有疏水性。在玻璃膜与透气膜之间形成一层中介液（0.1mol/LNH4Cl溶液）薄膜。当电极浸入强碱性试液中时，试液中的NH4+生成气体氨分子（NH4＋＋OH-NH3＋H2O）穿过透气膜，浸入中介液，发生反应（NH3＋H2ONH4＋＋OH－）而使中介液的pH值发生变化，此次变化值由pH玻璃电极测出。（注意：鉴于海水中干扰离子很多，所以此类离子选择性电极只能在淡水或地下水等水体中应用。）浊度传感器浊度计发出光束，光束在水中遇到悬浮颗粒发生散射，散射强度与水的浊度成比例。在与光束成90度的地方，浊度计安置了光电探测器记录光强度。水体中颗粒越多，光被散射的程度越大，光电探测器接受的光也就越多，从而读值越大。任何材质的颗粒都会引发浊度探头的反应——浊度传感器分辨不出哪种颗粒来于水中哪种颗粒是外界干扰，因此浊度探头上才配备了一个清洁刷，以保证每次测试时光学窗口的清洁。参比电极参比电极是测量电池电动势，计算电极电位的基准，因此要求它的电极电位已知且恒定，在测量过程中，即使有微小电流（约10-8A或更小）通过，仍能保持不变，它与不同的测试溶液间的液体接界电位差异很小，数值很低，可以忽略不计，且寿命长。此电极属参比电极中的银-氯化银电极，即在银丝上镀上一层AgCl，浸在一定浓度的KCl溶液中，构成Ag-AgCl电极。其半电池组成为Ag，AgCl（固）︳KCl电极反应为AgCl+e-Ag+Cl-Ag-AgCl电极的电位决定于电极表面Ag+的活度ａAg+的大小，在微溶盐AgCl存在下，ａAg+有决定于溶液中Cl-的活度ａCl-的值。在25℃时，此电极使用的饱和Ag-AgCl电极，KCl饱和溶液，电极电位是+0.2000V