[发明专利]一种自置偏压电化学传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电化学传感器领域，尤其涉及一种自置偏压电化学传感器。

背景技术

通常，电化学传感器可用来测量各种毒气。传统的电化学传感器有三个电极，分别是工作电极，参比电极和对电极。对于毒性气体来说，如CO，H₂S，NO₂，工作电极相对参比电极的电位是0mV vs Pt/H+,air电极，所以不需要偏置电压。

但是，一些毒性气体的电化学传感器需要在工作电极和参比电极加一个偏置电压，以使一些气体或化学物质在工作电极上更容易被氧化或还原，如ETO传感器通常需要工作电极相对参比电极+300mV的偏置电压。类似的电极如美国专利US5565075。

在现今的市场上，通常NO电化学传感器的偏置电压是+300mV Bias vs Pt/H+,air电极。美国专利US6129824给出了一种HCl传感器，其偏压是0-+400mV vs Pt/H+,air电极。在市场上，通常HCl电化学传感器的偏置电压是+200mV vs Pt/H+,air电极。而且在市场上，通常ETO电化学传感器的偏置电压是+300mV vs Pt/H+,air电极。常规的设计是通过在电路设计时，在工作电极和参比电极之间加一个外部电位。这需要特殊的电路设计而且需要消耗能量。而且如果传感器需要一个偏置电压以发生氧化反应或还原反应，这将导致当传感器在第一次装在仪器上时需要长时间的稳定时间，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。

发明内容

在电化学传感器中，有些气体或化学物质在另外加上偏压或另外加上电位情况很容易被催化剂氧化或还原。要达到这个要求，通常在工作电极上加一个偏置电压或电位，以使工作电极和参比电极电位不同。这需要一个特殊的电路设计而且消耗能量。本发明是通过在参比电极中掺杂其它物质，来达到自置偏压、或减少所加偏压幅度目的，用于解决现有技术中的问题。

以上达到自置偏压，所指的是外电路完全不用加偏压。减少所加偏压幅度的意思是，可以减少所加的偏压。例如以酸性体系为电解液的氧气传感器，通常要在工作电极加-600mV的偏压。而通过本发明，可以减少所加偏压的幅度，自置偏压可以达到-100mV至-300mV,那么在工作电极只需加-500mV至-300mV偏压即可。

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明第一方面提供一种自置偏压电化学传感器，包括通过电解液形成离子导通的工作电极、参比电极和对电极，所述工作电极的材料和参比电极的材料具有不同电位，所述参比电极为掺有氧化性物质或还原性物质的贵金属电极。

所述通过电解液形成离子导通的工作电极、参比电极和对电极构成三电极系统。

优选的，所述参比电极中所使用的贵金属电极选自Ag电极、Pd电极、Au电极、Pt电极、Pt-Ru电极、Ru电极、Rh电极或Pt-Ir电极等中的一种。

优选的，所述参比电极中，Pt-Ru电极中Pt与Ru原子比为1：1-10，优选为1：2-4。Pt-Ir电极中Pt与Ir原子比为1：1-10，优选为1：2-4。

所述工作电极含有可检测气体所需的活性催化剂，所述参比电极的电极电位可以达到检测气体所需的工作电位。

本发明发明人在以上参比电极中掺杂其它物质以达到自置偏压的目的，通常的，检测在零偏压下难以氧化的气体掺杂氧化性物质。

优选的，所述氧化性物质选自Ce(SO₄)₂、Ni₂O₃、NiO₂、Co₂O₃、CoO₂等中的一种。

更优选的，在电极中，催化剂与所述氧化性物质的质量比为1-10：1。

检测在零偏压下难以还原的气体掺杂还原性物质。

优选的，所述还原性物质选自B、Si、草酸、酒石酸等中的一种。

更优选的，在电极中，催化剂与所述还原性物质的质量比为1-10：1。

优选的，所述工作电极选自贵金属电极、C电极、石墨电极中的一种。

更优选的，所述工作电极中所使用的贵金属电极选自Pt电极，Au电极，Pt-Ru电极，Ru电极，Ir电极，Rh电极，Ag电极，Pt-Ir电极等中的一种。

所述工作电极中，Pt-Ru电极中Pt与Ru原子比为1：1-10，优选为1：2-4。Pt-Ir电极中Pt与Ir原子比为1：1-10，优选为1：2-4。