13. Типи електрохімічних сенсорів.

В електрохімічному сенсорі визначаючий компонент реагує з чутливим шаром безпосередньо на електроді або в об’ємі шару розчину навколо електроду. Серед електрохімічних сенсорів виділяють наступні:

- Потенціометричні,

- Амперометричні,

- Кондуктометричні,

- Кулонометрическом.

Вимірюється потенціал комірки, при нульовому струмі, потенціал пропорційний логарифму концентрації визначуваної речовини.

Потенціометричні сенсори базуються на використанні іоноселективних електродів, які дають селективний відгук на присутність визначуваних іонів або молекул речовин в розчинах. Аналітичним сигналом у них є потенціал, який утворюється на поверхні твердого матеріалу, вміщеного в розчин, що містить іони, які можуть обмінюватися з поверхнею. Величина потенціалу пов'язана з кількістю іонів у розчині.

Існують різні види іоноселективних електродів. Специфічне розпізнавання потенціометричним хімічним сенсором досягається завдяки хімічній реакції на поверхні сенсора. Таким чином, поверхня електрода повинна містити реагент, який хімічно та оборотно взаємодіє з аналітом. Це досягається завдяки використанню іоноселективних мембран, які є поверхнею сенсора. В потенціометричних сенсорах використовуються чотири типи мембран:

- Скляні мембрани - селективні по відношенню до Н ⁺, Na ⁺ і NH₄

- Мембрани з важко розчинних неорганічних солей - LaF3, або диски з спресованого порошку неорганічної солі або суміші солей, наприклад, Ag2S/AgCl. Ці мембрани селективні до таких іонів F-, S2-і Сl-.

- Полімерні мембрани з іммобілізованим іонофором. У цих мембранах іоноселективні комплексоутворюючі сполуки чи йонообмінники іммобілізовані в полімерній матриці.

- Мембрани з іммобілізованими в гелі або хімічно зв'язаними з гелем ферментами. У мембранах цього типу використовуються високоспецифічні реакції, що каталізуються ферментами. Фермент міститься всередині матриці або хімічно прищеплюється на твердій поверхні

Досліджуваний розчин із зануреним в нього електродом порівняння контактує з іоноселективною мембраною, що призводить до виникнення на поверхні мембрани потенціалу. Сила струму залежить від мембранного потенціалу, який, таким чином, залежить від активності визначуваних іонів в досліджуваному розчині.

Дія амперометричних електрохімічних сенсорів ґрунтується на вимірюванні сили струму при певному потенціалі окислення чи відновлення, який характерний для даної речовини.

Струм, що проходить крізь комірку вимірюють і за його величиною визначають концентрацію визначуваної речовини.

Наприклад, для вимірювання концентрації розчиненого у воді кисню використовують кисневий амперометричний датчик. У датчику є золотий або платиновий катод, відділений від срібного анода пластиковою оболонкою. Газопроникна мембрана розташовується на зовнішній стороні нижньої поверхні електрода і пропускає всередину молекули невеликого розміру. При зануренні датчика в досліджуваний зразок води молекули кисню дифундують в тонку плівку електроліту, що контактує з електродами. На катоді підтримують потенціал -800 мВ відносно срібного анода, і молекулярний кисень відновлюється у відповідності з рівнянням:

O₂ + 2H⁺ +2e−= H₂O₂

Селективність амперометричних хімічних сенсорів визначається головним чином природою матеріалу поверхні електрода, а, отже, і величиною потенціалу, при якому відбуваються електрохімічні реакції за участю аналізованого компоненту

Для підвищення селективності відгуку поверхню хімічних сенсорів модифікують за допомогою іммобілізації сполук, які здійснюють переніс електронів між електродом і визначаючим компонентом. При цьому модифікатор перестає бути рухомим, не вимивається аналізованим розчином і може працювати в потоці рідини.

Чутливість амперометричних електрохімічних сенсорів, як правило, вища потенціометричних.

Кондуктометричні сенсори. Їх дія грунтується на вимірюванні електропровідності розчинів.

При хімічній реакції змінюється склад розчину, отже при цьому змінюється електропровідність, що може бути кількісно обчислено

Такі електрохімічні сенсори використовують, зокрема, для визначення концентрації CO₂ в повітрі. Різниця в електропровідності між «холостим» розчином (без CO₂) і аналізованим (з CO₂) фіксується як аналітичний сигнал.

Кулонометричні сенсори. Вимірюється кількість електрики необхідної для електролізу електроактивної речовини.