[发明专利]一种三电极电化学传感器

说明书

本专利涉及电化学传感器领域，特别是涉及一种新颖的和改进的安培型三电极电化学传感器，以用来检测在气体中的毒性气体氨或胺类。本发明提供一种三电极电化学传感器，包括一个工作电极、一个参比电极和一个对电极，三个电极都和液相电解液相接触并通过电解液形成离子导通，所述工作电极由一个多孔的电子导体层组成，所述电子导体层中含有活性物质，所述活性物质选自锰化合物、钴化合物或铬化合物中的一种或多种的组合。本发明所提供了一种新型的、改进的电化学氨气传感器，将活性物质材料直接存在于工作电极，减少了活性物的丢失，也减少了活性物的浪费，同时也保存了活性物，而且传感器T90也得到了显著提高。

技术领域

本专利涉及电化学传感器领域，特别是涉及一种新颖的和改进的安培型三电极电化学传感器，以用来检测在气体中的毒性气体氨或胺类。

背景技术

一种方法是商业应用的Sensoric GmBH 的氨气传感器，此种氨气传感器当有氨气存在时，氨气透过多孔的PTFE 膜，达到工作电极，在工作电极上有一个直接的电化学电子转移反应。氨气直接在铂电极上被氧化，产生N₂和H₂O。这种传感器的缺点是氧化过程中的中间产物如NH_ad和NH₂将会堵塞铂催化剂的活性点，这将导致工作电极催化剂失活，同时也将导致在稳定的氨气浓度时，传感器信号降低，这将进一步导致在长时间氨气暴露时传感器失效。

以前检测氨气的装置通常包含以下原理：氨气透过多孔的PTFE膜，到达传感器，然后氨气和一种物质反应，产生了一种电化学活性物，这种电化学活性物可以在工作电极氧化。在专利GB2,225,859中，描述了一种氨气传感器，首先氨气透过PTFE膜，达到电极液，在电极液中氨气和一种非电化学活性物质，“Tris-HCL”反应。然后生成一种氨的三羟基甲基胺甲烷，这种物质可以很容易的在金电极或铑电极上被氧化，产生一个信号电流。但是这种传感器需要一个偏置电压以发生氧化反应。这将导致当传感器在第一次装在仪器上时长时间的稳定时间，同时传感器零点受到温度和湿度影响会发生非常不稳定的现象，这将进一步导致传感器检测限受到限制。

另外一个专利US5234567在电解液中用了I₂来检测氨气。如果空气中有氨气存在的话，那么pH值发生变化，那么在工作电极上I₂将会被氧化成IO₃^-，而且在对电极上氧气将被还原。但是此种传感器需要一个偏置电压，通常是+300mV，同时传感器有很长的T90，通常是150s。

同时在美国专利6,248,224中，描述了一种电化学氨气传感器，在电极液中有一种二价锰离子，在有氨气存在的情况下可以被氧化。只有当有氨气存在的情况下pH值将发生变化，反应方程式如下：

NH₃+H₂O→NH₄⁺+OH^-

Mn²⁺离子可以直接在工作电极的电位下发生氧化反应，而不需要另外的偏置电压。工作电化学反应方程式如下所示：

Mn²⁺+2H₂O→MnO₂+4H⁺+2e(E₀=1,23V)