專利名稱：分析氧化氣體的傳感器及其制造方法和確定氧化氣體濃度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于分析所要研究的氣態(tài)介質(zhì)中的氧化氣體，如O2，O3，NO2的濃度的電化學(xué)傳感器。傳感器，或主測量轉(zhuǎn)換器根據(jù)在所研究的氣態(tài)介質(zhì)中測定的氧化氣體的濃度而產(chǎn)生電流信號。傳感器也可用于分析溶解在液體中的氧化氣體的濃度。
背景技術(shù)：
描述于US專利No.5,538,620，G01N27/26，1996的已知的傳感器包括一個包含電解質(zhì)的外殼、測量電極和反電極。反電極包含具有高比表面(超過40m2/g)和在其表面帶有一些能夠可逆還原/氧化的電化學(xué)活性表面化合物，如醌/醌醇的碳材料。電化學(xué)活性表面化合物的濃度可達到3mmol/g的值。如果氧化氣體包含在所要研究的氣體中，其在測量電極上進行還原并在電極之間出現(xiàn)電流，該電流將被記錄以確定氣體-氧化劑濃度。上述電流造成反電極的正電勢，即陽極極化的增加，這通過去極化反應(yīng)而補償。如果分析在測量電極上電化學(xué)還原的氧化氣體，去極化反應(yīng)主要存在于電化學(xué)活性表面化合物的氧化過程。
根據(jù)以上專利，在傳感器連續(xù)操作一定時間之后，電化學(xué)活性表面化合物在反電極上出現(xiàn)完全氧化，這樣傳感器操作應(yīng)該被中斷以更換或再生該傳感器。傳感器的再生通過向其電極施加電勢差而進行，所述電勢差應(yīng)該具有再生所需的數(shù)值且與在傳感器操作過程中在電極之間出現(xiàn)的電勢差符號相反。在再生過程中，氧化電化學(xué)活性表面化合物的還原反應(yīng)在反電極上進行，這樣傳感器再次能夠測量氧化氣體濃度。
上述傳感器的缺點在于它可連續(xù)操作的時間相對有限，因此必須中斷傳感器的操作進行再生。在沒有進行特殊處理的碳材料上的電化學(xué)活性表面化合物的量是微不足道的，即低于0.1mmol/g。已知的是，電化學(xué)活性表面化合物在碳材料表面上的量可通過處理碳材料而增加至最高0.5-3mmol/g。但這使得傳感器的制造復(fù)雜化并使其更加昂貴。另外，即使對于最大量的電化學(xué)活性表面化合物，傳感器的操作模式也是周期性的，這樣需要定期再生以恢復(fù)其使用能力。
作為已有技術(shù)描述于US專利No.5,538,620的傳感器代表本發(fā)明最接近的已有技術(shù)。這種已知的傳感器包括外殼，電解質(zhì)，測量電極，和測量電極相對其被極化的反電極(相關(guān)電極)，所述測量電極和反電極與電解質(zhì)接觸。
反電極包含具有高比表面(1,000-1,700m2/g)和基本上沒有任何電化學(xué)活性表面化合物的化學(xué)純未氧化碳材料。所要研究的氣體在測量電極上被電離。尤其是，氧化氣體在測量電極上被電化學(xué)還原。當(dāng)氣體在測量電極上被還原時，在外部測量電路中出現(xiàn)的電流在反電極上產(chǎn)生正電勢。補償反電極上的電荷聚集的去極化反應(yīng)(去極化過程)表現(xiàn)為反電極/電解質(zhì)界面上的雙電層的充電。根據(jù)以上專利的描述，雙電層的充電過程在分析過程中在反電極上發(fā)生，其中傳感器使用壽命受限于雙電層充電所需的時間。
因此，在分析過程中，反電極電勢總是處于雙層區(qū)域的電勢限度內(nèi)。
雙層區(qū)域是指電勢范圍，在其限度內(nèi)雙電層在電極/電解質(zhì)界面上的充電主要在極化過程中通過外部電流而進行且其中基本上沒有進行電化學(xué)氧化或還原的法拉第過程。還原過程在相對雙層區(qū)域而言接近陰極電勢的區(qū)域中發(fā)生，盡管氧化過程在相對雙層區(qū)域而言接近陽極電勢的區(qū)域中發(fā)生(″雙層區(qū)域電勢″的概念是電化學(xué)所熟知的；尤其是，它用于碳材料的電化學(xué)。參見，如，E.A.Ponomarenko，A.N.Frumkin，R.Kh.Burshtein.″碳電極電勢在等電條件下對溶液中的pH的依賴性?！錟SSR科學(xué)院新聞，化學(xué)，No.9，1963)[1]。碳材料在水電解質(zhì)中的電勢的雙層區(qū)域在相對同一溶液中的氫參考電極而言200-600mV的限度內(nèi)。
制造以上傳感器的方法包括將所述電極放在包含電解質(zhì)的外殼中。
已知一種確定氧化氣體的方法(參見US專利No.5,538,620)，其中使用具有包含電解質(zhì)的外殼和配有測量電極和包含碳材料的反電極的傳感器，該方法包括將傳感器連接至外部測量電路，使所要研究的氣體與傳感器的測量電極接觸并利用合適的測量設(shè)備記錄在電極之間流動的電流。
該已知方法的缺點在于傳感器的使用壽命相當(dāng)短，因為甚至在上述具有高比表面1,000-1,700m2/g的碳材料上通過充電雙電層而提供的去極化能力提供比通常在電化學(xué)傳感器反電極上用作去極化反應(yīng)的電化學(xué)反應(yīng)(法拉第過程)的去極化能力低許多倍。另外，當(dāng)雙電層被充電時，反電極電勢由于在所分析氧化氣體在測量電極上還原過程中電子由反電極流動至測量電極而逐漸移動。反電極電勢的這種移動與雙電層的電容成反比并與測量過程中所經(jīng)過的電量成正比(參見A.L.Rotinyan等人″理論電化學(xué)″，Leningrad，1981，頁數(shù)229)。反電極電勢在充電雙電層過程中的這種移動可達到值400mV。它導(dǎo)致測量電極電勢的相應(yīng)改變和輸出信號的不穩(wěn)定或需要引入其它的參考電極，使得電路更復(fù)雜。
本發(fā)明的主要目的是得到一種用于確定所要研究的氣體中的氧化氣體的濃度的傳感器，所述傳感器具有長使用壽命和能夠連續(xù)操作，以及一種制造所述傳感器的方法和一種確定所要研究的氣體中的氧化氣體濃度的方法。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到以上技術(shù)效果，提出了一種包括外殼的傳感器，其中包含電解質(zhì)，測量電極和包含碳材料的反電極，所述測量電極和反電極與電解質(zhì)接觸，其中，根據(jù)本發(fā)明，反電極在相對同一電解質(zhì)中的氫參考電極測定時具有電勢至少750mV。
反電極電勢可通過常規(guī)電化學(xué)方法而測定。以下反電極電勢表示為相對放在同一電解質(zhì)中的氫參考電極，而不提及參考電極。
本發(fā)明基于以下事實，如果反電極電勢是至少750mV，補償(去極化)反應(yīng)不包括雙電層在反電極/電解質(zhì)界面上的充電或電化學(xué)活性表面化合物的可逆氧化/還原，而是存在于反電極的碳材料的直接電化學(xué)氧化過程。該氧化提供實際上無限的傳感器連續(xù)操作和穩(wěn)定的輸出信號，其中使用最低量的碳材料。
優(yōu)選電解質(zhì)具有pH值至少9。
優(yōu)選反電極碳材料具有比表面0.1-3,000m2/g。在一些情況下，反電極碳材料應(yīng)該優(yōu)選具有比表面0.1-3,000m2/g，或更多優(yōu)選0.1-100m2/g。
反電極碳材料優(yōu)選選自基團包括石墨，炭黑，活性炭，木炭，焦碳，和其混合物。
反電極碳材料優(yōu)選制成選自粉末，糊，膠體碳，織物，氈，碳纖維，粒劑，片劑，棒，和其各種組合的形式。
測量電極優(yōu)選包含碳和/或選自金，銀，第八族金屬，和其混合物的金屬。
傳感器優(yōu)選還包含氣體擴散膜以將電極和電解質(zhì)從所要研究的氣體或液體中隔離。
傳感器優(yōu)選還包含位于電極之間的多孔隔離器或離子交換膜。
傳感器優(yōu)選還包含參考電極。
考慮到上述技術(shù)效果，還提出了一種制造用于測量所研究氣體或液體中的氧化氣體的濃度的電化學(xué)傳感器的方法，其中測量電極和包含碳材料的反電極被放在包含電解質(zhì)的外殼中，在該方法中，根據(jù)本發(fā)明，在反電極的碳材料上產(chǎn)生相對同一電解質(zhì)中的氫參考電極而言至少750mV的電勢。
在反電極的碳材料上的上述電勢可通過使用具有pH值至少9的電解質(zhì)而實現(xiàn)。
在反電極的碳材料上的所述電勢也可通過將傳感器連接至外部電壓源和在開始分析之前將它暴露于空氣而實現(xiàn)。
考慮到上述技術(shù)結(jié)果，進一步提出了一種確定氣體-氧化劑在所要研究的氣體或液體中的濃度的方法，其中使用包括外殼的電化學(xué)傳感器，所述外殼包含電解質(zhì)和配有測量電極和包含碳材料的反電極，將所述傳感器連接至外部測量電路以在測量電極和反電極之間產(chǎn)生電勢差，使所要研究的氣體與傳感器的測量電極接觸并記錄在電極之間流動的電流，其中，根據(jù)本發(fā)明，在反電極的碳材料上產(chǎn)生當(dāng)相對同一電解質(zhì)中的氫參考電極測定時至少750mV的電勢。
具體實施例方式
所述傳感器包括外殼，其中包含電解質(zhì)，和與電解質(zhì)接觸的測量電極和反電極。外殼由任何耐化學(xué)性材料，如塑料制成。它能夠配有電解質(zhì)和兩種電極并使得，如利用位于外殼頂部的孔將正在研究的氣體供給至測量電極。電解質(zhì)是具有離子導(dǎo)電率的物質(zhì)，如鹽，酸或堿的溶液，或基于這種溶液而得到的包括在固體基質(zhì)，如，在聚合物中的凝膠。K2CO3，KOH或H2SO4的溶液，或這些溶液的凝膠可用作電解質(zhì)。具有高緩沖劑電容的含水電解質(zhì)的使用是優(yōu)選的。一般可以使用各種結(jié)構(gòu)的和具有各種pH值的含水電解質(zhì)，因為具有電勢至少750mV的反電極的碳材料的氧化在相同速率下進行，與電解質(zhì)的組成和pH值無關(guān)。
反電極電勢是指在氫刻度上，即相對同一電解質(zhì)中的氫參考電極測定的電勢。為此，將氫參考電極浸沒在傳感器電解質(zhì)中并測定反電極和氫電極之間的電勢差。
優(yōu)選電解質(zhì)具有pH值至少9.電解質(zhì)的該pH值可在它包含提供至少10-5mol/l濃度的OH-離子的堿時得到。這種電解質(zhì)的一個例子是具有pH值12的0.01 M KOH溶液。如果使用這種電解質(zhì)，反電極的純碳材料在它已在空氣存在下被電解質(zhì)潤濕之后的電勢(浸漬電勢)達到數(shù)值至少750mV。
反電極碳材料的比表面可以是0.1-3,000m2/g。反電極碳的比表面的選擇取決于具體的分析任務(wù)。如果碳材料具有高比表面，可增加陽極的氧化能力和降低反電極的極化能力，因此穩(wěn)定化反電極和因此測量電極的電勢。因此，這種材料應(yīng)該優(yōu)選用于其中使用分析高氧化氣體含量氣體所需的大電流信號值的傳感器。如果碳材料具有相對小的比表面，尤其是0.1-1,000m2/g，優(yōu)選0.1-100m2/g，這會減弱背景過程，即增加信噪比。這種碳材料應(yīng)該優(yōu)選用于使用小電流信號值的傳感器，后者常用于分析具有低氧化氣體含量的氣體。
測量電極優(yōu)選制成多孔導(dǎo)電膜的形式，它由一種相對分析氣體而言催化活性的材料，如鉑(在測定氧的情況下)組成。該膜可放在基材上。測量電極放置使得確保它與電解質(zhì)和與所要研究的氣體，優(yōu)選在電解質(zhì)/氣體界面上接觸。
在裝配傳感器之前，反電極碳材料優(yōu)選表示基本上不包含電化學(xué)活性表面化合物的純未氧化碳。優(yōu)選使用具有低灰分含量的足夠純的碳材料，這樣降低背景過程和提高信號穩(wěn)定性。已知的是，一些少量的氧存在于制成的碳材料中；另外，氧在它們接觸空氣時自發(fā)和沒有任何處理地被吸附到碳材料的表面上，在被電解質(zhì)潤濕之后形成電化學(xué)活性表面化合物。但這些表面化合物量小且它們不會明顯影響電極性質(zhì)。因此，反電極碳材料可以是未氧化的和基本上沒有電化學(xué)活性表面化合物。
可以使用任何已知種類的碳材料，如石墨，炭黑，各種焦碳，膠體碳，各種活化和非活性炭纖維，活性炭，非活化炭，發(fā)泡碳，等?？稍诜措姌O中使用任何已知種類的碳材料的原因在于，任何碳材料在陽極極化的情況下比雙層區(qū)域更積極地被電化學(xué)氧化。通常，活性炭最容易通過陽極極化二氧化，而石墨最難以氧化。陽極極化的氧化速率和程度取決于碳材料的種類，電解質(zhì)的組成，電勢和其它因素；因此碳材料的種類應(yīng)該根據(jù)分析任務(wù)而選擇。
反電極碳材料可具有適用于傳感器的特定設(shè)計的任何形式，如粉末，糊，織物，氈，碳纖維，粒劑，片劑，棒，或其各種組合的形式。
對氣體可滲透和對液體和固體顆粒不可滲透并優(yōu)選具有聚合物，如PTFE，膜形式的氣體擴散膜可安裝在所要研究的氣體和測量電極之間。氣體擴散膜用于提供傳感器的輸出信號和氧化氣體的含量之間的比例性，與所研究的氣流的小的短期振蕩無關(guān)。它還保護電解質(zhì)不干燥和不被存在于分析氣體中的雜質(zhì)污染。如果分析溶解在液體中的氣體，膜還用于將傳感器電解質(zhì)從液體中分離。氣體擴散膜也可形成基材，用于使制成為膜形式的測量電極應(yīng)用到該膜上。
離子交換膜或由能夠傳輸離子的非導(dǎo)電多孔，優(yōu)選聚合物，膜，或由非導(dǎo)電網(wǎng)格制成的隔離器可放在傳感器的電極之間。隔離器或離子交換膜防止電極之間可能的短路并使得所制成的傳感器具有非常小的尺寸。
如果需要進行尤其高精度的測量，傳感器應(yīng)該優(yōu)選進一步包含一個其電勢在整個傳感器操作過程中保持恒定的參考電極。使用這種傳感器，分析精度得到提高，因為測量的三電極構(gòu)型在測量電極上提供更穩(wěn)定的電勢。
傳感器制造如下。
測量電極和包含碳材料的反電極放在包含電解質(zhì)的外殼之間。相對同一電解質(zhì)中的氫參考電極至少750mV的電勢在反電極碳材料上產(chǎn)生。
至少750mV的所需反電極電勢可通過使用具有pH值至少9的電解質(zhì)而產(chǎn)生。如果浸漬在這種電解質(zhì)中，反電極碳材料立刻獲得所需電勢(浸漬電勢)(參見M.R.Tarasevich.″碳材料的電化學(xué)″。M.，1984)。
另外，反電極的必需電勢可通過在將傳感器的測量電極和反電極連接到外部電壓源上使得還原氧化氣體，如大氣氧的反應(yīng)在測量電極上發(fā)生并發(fā)生反電極的陽極極化之后，將傳感器暴露于包含氧化氣體的氣體，如空氣而產(chǎn)生。同時，傳感器中的背景電流增加和溶解在電解質(zhì)中的氧下降，即提高了傳感器的度量性能。在該實施方案中，反電極應(yīng)該優(yōu)選具有低于1,000m2/g(更優(yōu)選低于100m2/g)的比表面。優(yōu)選具有小比表面的碳材料的反電極的使用使得可非?？焖俚禺a(chǎn)生至少750mV的電勢，因為對于小反電極比表面，電極/電解質(zhì)界面上的雙電層的電容也小，這樣反電極電勢在測量電極上開始氧化氣體還原之后迅速地實現(xiàn)所需水平。
至少750mV的反電極電勢也可在傳感器裝配之后，通過由外部電壓源向該電極施加電勢而產(chǎn)生，然后斷開電壓源并將傳感器裝配上帶電反電極。
傳感器操作如下。
測量電極相對反電極通過外部電壓源極化至還原分析氧化氣體所需的電勢；尤其是，對于氧，該電勢通常是-500至-800mV。傳感器安裝在分析氣體中或其中溶解有分析氣體的液體中。隨后將測量電極和反電極連接到具有用于測量電流的裝置，如安培計的外部測量電路上。氣體如通過頂孔，通過擴散或利用一些氣體泵設(shè)備而進入傳感器，擴散通過膜并與測量電極接觸。如果所要測定的氧化氣體存在于分析氣體中，它在此時需要一些正電荷的測量電極上還原。該電荷通過由反電極經(jīng)過外部測量電路流向測量電極的電子而補償，所述電路產(chǎn)生通過測量裝置，如安培計記錄的電流信號。例如，如果分析氧，以下反應(yīng)在測量電極上發(fā)生，在酸電解質(zhì)中或，在堿性或中性電解質(zhì)中。
傳感器可按照分析氧時的相同方式用于分析其它氧化氣體，因為在反電極上的去極化過程是相同的，總是存在于碳材料的電化學(xué)氧化過程中。
因為在反應(yīng)過程中消耗的電子由反電極經(jīng)過外部測量電路進入測量電極，反電極正電勢(陽極極化)增加。如果反電極電勢對于氫電極而言低于750mV，如同在已知傳感器中，發(fā)生去極化(極化補償)反應(yīng)，該反應(yīng)就在于當(dāng)使用純碳材料時對雙電層電容充電或在于電化學(xué)活性表面化合物在預(yù)處理碳材料上的氧化。但這些反應(yīng)具有相對小的消耗相當(dāng)快速的電容，這樣反電極的陽極極化非常迅速地發(fā)生。反電極電勢的移動導(dǎo)致測量電極電勢的移動和信號的不穩(wěn)定。所用的去極化反應(yīng)的小電化學(xué)當(dāng)量(不超過3mmol/g，或300 C/1g碳材料)限制了傳感器連續(xù)操作的持續(xù)時間并導(dǎo)致必須定期關(guān)閉傳感器并通過描述于上述最接近已有技術(shù)參考文件中的方法對其再生。
但如果反電極碳材料具有對于氫電極而言至少750mV的電勢，在分析過程中發(fā)生并限制反電極電勢進一步移向陽極的去極化反應(yīng)存在于碳的直接氧化過程中。這些反應(yīng)具有高電化學(xué)當(dāng)量，合計最高33,000C/1g碳，而且與已知傳感器相比增加傳感器連續(xù)操作的持續(xù)時間多倍。
在酸電解質(zhì)中，主要發(fā)生以下反應(yīng)(1)(2)(3)在堿性電解質(zhì)中，主要發(fā)生以下反應(yīng)(4)(5)在所述傳感器的起始操作中，碳表面氧化的反應(yīng)(1)或(4)占主導(dǎo)，在該反應(yīng)中，CxO指定氧化表面。在隨后分析過程中，主要反應(yīng)是二氧化碳形成的反應(yīng)(2)和(5)。傳感器的長使用壽命主要通過反應(yīng)(2)或(5)而確保，因為它們具有高電化學(xué)當(dāng)量。計算表明，對于電流信號20μA和反電極重量10g(如同已有技術(shù)參考文件)，反應(yīng)(2)或(5)確保傳感器超過500年的連續(xù)(沒有再生)使用壽命，這超過具有相同的反電極重量的已知設(shè)備的連續(xù)使用壽命多倍。該增加是由于使用特征在于相對高法拉第電容的碳材料的電化學(xué)氧化，而不是特征在于相對低法拉第電容的電化學(xué)活性表面化合物的氧化。反電極電勢和，因此，測量電極的電勢在分析過程中緩慢變化，提供穩(wěn)定的傳感器信號。
因此，可以在所述傳感器中使用純碳材料和包含電化學(xué)活性表面化合物的碳材料而基本上不影響傳感器使用壽命。但優(yōu)選使用沒有電化學(xué)活性表面化合物的碳材料，因為在這種情況下無需預(yù)處理碳材料；另外，沒有被預(yù)氧化的碳材料的氧化法拉第電容稍高。沒有被預(yù)處理的低成本的反電極碳材料使得可以制造出相當(dāng)便宜的傳感器。
為了確認(rèn)實施本發(fā)明的可能性，按照本發(fā)明制造出幾種傳感器并測定它們的特性。
實施例1傳感器包含一個不銹鋼外殼，作為薄層施加到30μ厚PTFE氣體擴散膜上的2.5mm直徑的鉑測量電極，由多孔聚丙烯制成的隔離器，和電解質(zhì)(0，1M KOH，pH＝13)。反電極具有重量0.25g和由商業(yè)織物(由具有比表面1,200m2/g的活性炭纖維組成)制成，所述織物沒有經(jīng)受任何處理，包括氧化。電化學(xué)活性表面化合物在所用的碳織物上基本上完全不存在，這通過記錄雙電層區(qū)域中的充電曲線而確認(rèn)。積分電容115F/g的所得值被發(fā)現(xiàn)對應(yīng)于基本上沒有電化學(xué)活性表面化合物的碳材料的積分電容。在浸漬之后的起始反電極電勢是830mV，對于同一電解質(zhì)中的氫參考電極。在傳感器裝配之后，將電壓-550mV(對于反電極)施加到測量電極上并記錄外部測量電路中的電流信號。該信號直接與氣體中的氧含量成比例，在空氣中測定時信號值是1，2μA。在三年測量中，信號值下降5％，即傳感器操作是穩(wěn)定的。在完成分析之后，拆開傳感器，然后對于同一電解質(zhì)中的氫參考電極測定反電極電勢。該電勢是970mV，即在碳材料陽極氧化電勢的區(qū)域中比750mV更正性，對于開始分析時沒有明顯移動。
實施例2。
傳感器如實施例1制成，只是反電極由具有重量8mg，即比實施例1低31倍的活性炭粉末制成。作為電解質(zhì)，使用3M KOH溶液(pH＝14.5)。碳材料的起始和最終電勢比750mV更正性。
將對于反電極-700mV的電壓施加到測量電極上。在測量25個月之后，反電極重量下降2mg。該重量損失表明，碳材料在堿性電解質(zhì)中主要根據(jù)反應(yīng)(5)被電化學(xué)氧化成碳酸鹽離子。如同實施例1具有反電極重量0.25g的傳感器連續(xù)操作的持續(xù)時間低于25月×31＝775月(即約65年)。
實施例3。
傳感器具有氟塑料外殼，由6mm直徑的多孔鉑制成的測量電極，由多孔聚丙烯制成的隔離器，由具有比表面約20m2/g的0.4g重量的石墨粉末制成的反電極，和由85％正磷酸組成的電解質(zhì)(pH值是約零)。
在浸漬之后，反電極電勢是+280mV，即在電勢的雙層區(qū)域中。在起始分析之前，傳感器已暴露于空氣48小時，其中由外部電壓源提供的測量電極對于反電極的預(yù)設(shè)電勢為-200mV。在48小時過程中，反電極電勢移動至920mV，即移動至陽極氧化區(qū)域。同時，在傳感器中觀察到背景電流的下降。隨后將測量電極對于反電極的電勢設(shè)定為-500mV并開始分析。在兩年測量過程中，在空氣中的傳感器電流下降5.5％，同時反電極電勢移動至1，210mV，保持穩(wěn)定。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明制成的傳感器在制造上簡單和便宜，提供穩(wěn)定的信號和確保長時間的連續(xù)操作。
權(quán)利要求
1.一種用于確定氧化氣體在所要研究的氣體或液體中的濃度的電化學(xué)傳感器，包括包含電解質(zhì)的外殼，測量電極，和包含碳材料的反電極，所述測量電極和所述反電極與所述電解質(zhì)接觸，特征在于所述反電極在對于同一電解質(zhì)中的氫參考電極測定時具有電勢至少750mV。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感器，特征在于所述電解質(zhì)具有pH值至少為9。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的傳感器，特征在于所述反電極的碳材料具有比表面0.1-3,000m2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的傳感器，特征在于所述反電極的碳材料具有比表面0.1-1,000m2/g，優(yōu)選0.1-100m2/g。
5.根據(jù)任何權(quán)利要求1-4的傳感器，特征在于所述反電極的碳材料選自基團包括石墨，炭黑，活性炭，未活化碳，焦碳，和其混合物。
6.根據(jù)任何權(quán)利要求1-5的傳感器，特征在于所述反電極的碳材料被制成選自粉末，糊，膠體碳，織物，氈，碳纖維，粒，片，棒，和其組合的形式。
7.根據(jù)任何權(quán)利要求1-6的傳感器，特征在于所述測量電極包含碳和/或選自金，銀，第八族金屬，和其混合物的金屬。
8.根據(jù)任何權(quán)利要求1-7的傳感器，特征在于它進一步包括用于將電極和電解質(zhì)與所要研究的氣體或液體隔開的氣體擴散膜。
9.根據(jù)任何權(quán)利要求1-8的傳感器，特征在于它進一步包括放在電極之間的多孔隔離器或離子交換膜。
10.根據(jù)任何權(quán)利要求1-9的傳感器，特征在于它進一步包括參考電極。
11.一種制造用于確定氧化氣體在所要研究的氣體或液體中的濃度的電化學(xué)傳感器的方法，其中測量電極和包含碳材料的反電極被放在包含電解質(zhì)的外殼內(nèi)，特征在于在反電極的碳材料上產(chǎn)生對于同一電解質(zhì)中的氫參考電極至少750mV的電勢。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，特征在于在反電極的碳材料上的所述電勢通過使用具有pH值至少9的電解質(zhì)而產(chǎn)生。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，特征在于在碳材料反電極上的所述電勢通過將傳感器連接到外部電壓源上并在起始分析之前將它暴露于空氣而產(chǎn)生。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，特征在于反電極的碳材料具有比表面0.1-1,000m2/g，優(yōu)選0.1-100m2/g。
15.一種確定氧化氣體在所要研究的氣體或液體中的濃度的方法，其中通過使用電化學(xué)傳感器，將所述傳感器連接到外部測量電路上，利用外部電壓源在所述測量電極和所述反電極之間產(chǎn)生電勢差，使所要研究的氣體與所述傳感器的所述測量電極接觸并記錄電極之間循環(huán)的電流，所述傳感器包括包含電解質(zhì)的外殼并配有測量電極和包含碳材料的反電極，特征在于在反電極的碳材料上產(chǎn)生在對于同一電解質(zhì)中的氫參考電極測定時至少750mV的電勢。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于確定氧化氣體在所要研究的氣體或液體中的濃度的電化學(xué)傳感器，包括包含電解質(zhì)的外殼，測量電極，和包含碳材料的反電極，所述碳材料在對于同一電解質(zhì)中的氫參考電極測定時具有電勢至少750mV，所述測量電極和所述反電極與電解質(zhì)接觸。本發(fā)明還涉及一種制造所述電化學(xué)傳感器的方法和確定氧化氣體在所要研究的氣體中的濃度的方法。
文檔編號G01N27/413GK1571924SQ02820670
公開日2005年1月26日 申請日期2002年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月20日
發(fā)明者安德烈·文尼亞敏諾維奇·波波夫 申請人:安德烈·文尼亞敏諾維奇·波波夫