1. Газочувствительные сенсоры

В принципиальном отношении газочувствительные сенсоры не представляют собой ничего нового. Основу их конструкции составляет обычная электрохимическая ячейка с ион-селективным электродом и электродом сравнения. Оба электрода погружены во внутренний раствор электролита. Снаружи раствор электролита отделен от анализируемого раствора газопроницаемой мембраной (рис. 7.15). Мембрана может быть гомогенной или микропори стой и обычно имеет толщину порядка 0,1 мм. Микропористые мембраны изготавливают из гидрофобного полимера — тефлона или полипропилена. Объем пор составляет около 70%, размер — менее 1 мкм. Сквозь такие поры из анализируемого раствора во внутренний электролит свободно проникают молекулы газа, а молекулы воды и растворенные в ней ионы задерживаются гидрофобной мембраной.

Рис. 7.15. Устройство газочувствительного потенциометрического зонда.

Основой гомогенных мембран обычно служит силиконовая резина. В такой мембране газ растворяется и диффундирует во внутренний раствор. Для обеспечения как можно более высокой скорости проникновения газа гомогенные мембраны обычно имеют гораздо меньшую толщину, чем микропористые, — порядка 0,02мм.

Рассмотрим, как работает газовый сенсор для определения СО₂. Газ, диффундирующий через мембрану, проникает во внутренний раствор электролита — в данном случае это NaHCOs+NaCl. При этом происходит кислотно-основная реакция:

СО₂ + Н₂О ^ НСО₃ + Н⁺. (7.4)

Поскольку гидрокарбонат-ион находится в большом избытке, зависимость между концентрациями СО₂ во внешнем растворе и Н⁺ во внутреннем растворе близка к линейной. Для измерения концентрации Н⁺ можно использовать любой подходящий ионселективный электрод, например стеклянный. Аналогичным образом можно определять концентрации и других газов, обладающих в водных растворах кислотно-основными свойствами, например, SO2 или NO2- Соответствующие реакции приведены в табл. 7.6.

Таблица 7.6. Газы, для определения которых существуют промышленно выпускаемые сенсоры.

Определяемый газ	Реакция во внутреннем растворе	Ионселективный электрод
СО2	СО2 + 2Н2О ^ НСОд +Н3О+	рН (стеклянный)
NO2	2NO2 + ЗН2 О ^ NO2 + NOg" + 2Н3О+	рН (стеклянный) или NOJ -ИСЭ
SO2	SO2 + 2Н2О ^ HSOJ + Н+	рН (стеклянный)
NH3	NH3 + Н2О ^ NHJ + ОН~	рН (стеклянный)
H2S	H2S + 2Н2О ^ S2" + 2Н3О+	Аё28-ИСЭ
HCN	HCN + Н2О ^ CN" + Н3О+	Ag2S-HC3
HF	HF + Н2О ^ F" + Н3О+	LaFa-ИСЭ

Газы, претерпевающие во внутреннем растворе однотипные реакции, мешают определению друг друга. Так, определению NO2 с использованием стеклянного электрода мешают SC>2 и СС^, поскольку они, как и NO2, в водном растворе выделяют протон. Однако, если использовать нитрат-селективный электрод, то этого мешающего влияния уже не будет.

В табл. 7.6 приведены и другие примеры определения газов с использованием ИСЭ. Недостатками газовых сенсоров описанного типа являются значительное время отклика и невысокая чувствительность.