電化學(xué)傳感器課件

現(xiàn)代電化學(xué)第六章電化學(xué)傳感器現(xiàn)代電化學(xué)第六章電化學(xué)傳感器6.1氣敏傳感器6.2成分傳感器6.3生物傳感器6.4離子傳感器6.1.1固體電解質(zhì)氣敏傳感器

6.1.2定電位電解式傳感器6.1.3加伐尼傳感器6.2.1輔助電極型成分傳感器6.2.2三相固體電解質(zhì)傳感器6.2.3新固體電解質(zhì)傳感器6.3.1酶傳感器6.3.2微生物傳感器6.3.3免疫傳感器6.3.4細菌或組織傳感器6.3.5場效應(yīng)晶體管生物傳感器6.1氣敏傳感器6.1.1固體電解質(zhì)氣敏傳感器6.2前言響應(yīng)于化學(xué)物質(zhì)的傳感叫做化學(xué)傳感。化學(xué)傳感器巧妙地利用了電化學(xué)測定的原理，因此也可稱為電化學(xué)傳感器。電化學(xué)傳感器在近些年來越來越受到廣泛重視和關(guān)注，已廣泛應(yīng)用于自動過程控制、環(huán)境保護和控制、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。電化學(xué)傳感器一般具有生產(chǎn)成本低，操作簡便，免維護和低能耗，與微電子技術(shù)兼容，在低濃度下有高靈敏度和選擇性等優(yōu)點和特性。前言響應(yīng)于化學(xué)物質(zhì)的傳感叫做化學(xué)傳感?；瘜W(xué)傳感器巧妙地按原理可分為三類：電壓傳感器

應(yīng)用最廣泛，通過能斯特電壓與被測物質(zhì)濃度聯(lián)系起來。2.極限電流傳感器3.庫侖傳感器按原理可分為三類：電壓傳感器6.1氣敏傳感器

6.1.1固體電解質(zhì)氣敏傳感器1889年發(fā)現(xiàn)了ZrO2摻雜Y2O3的氧離子導(dǎo)體，氧離子有較高的遷移率和較低的激活能，隨后開展了氧濃差電池的研究。1957年C.Wagner發(fā)表了用固體電解原電池測定高溫下金屬鹵化物、氯化物和硫化物標準生成自由能的論文，引起科學(xué)家們的極大興趣。1961年Weissbast做成了第一臺ZrO2測氧傳感器，并被譽為當時世界鋼鐵冶金領(lǐng)域中三大重大科研成果之一。用于制作氧傳感器的固體電解質(zhì)由多元氧化物組成，如二氧化物(ZrO2)0.2·(Y2O3)0.1、三元氧化物

(ZrO2)0.04·(Y2O3)0.04·(Al2O3)0.02。目前用得較多的是ZrO2·Y2O3、ZrO2·CaO、ZrO2·MgO等。6.1氣敏傳感器

6.1.1固體電解質(zhì)氣敏傳感器

固體電解質(zhì)導(dǎo)電機理氧離子固體電解質(zhì)主要靠空位缺陷導(dǎo)電。例如ZrO2·CaO二元固體電解質(zhì)，ZrO2常溫下為單斜晶系，高溫下變成立方晶體，冷卻時又變?yōu)閱涡本w。因此純ZrO2晶型是不穩(wěn)定的。ZrO2中參加少量穩(wěn)定劑CaO時，ZrO2的立方晶體冷卻時仍保持不變，且由于鈣離子置換了鋯離子的位置，在晶體中留下了氧離子空穴。穩(wěn)定化的ZrO2有較大的晶胞中心空間，因而氧離子能順利地從氧化鋯電解質(zhì)一邊運動到另一邊。

固體電解質(zhì)導(dǎo)電機理這類傳感器的優(yōu)點如下：

①固態(tài)可使?jié)獠铍姵氐捏w積變小，容易實現(xiàn)集成電路化；

②電解質(zhì)厚度減小可使電池的內(nèi)阻變小，從而降低電池的工作溫度；

③固態(tài)消除了泄露問題，不會造成電解質(zhì)損失，減少維修費用，降低了成本。這類傳感器的優(yōu)點如下：典型的氧濃差電池為

Pt，P"O2︱ZrO2·CaO︱P'O2，Pt半反應(yīng)：

1/2O2(P‘O2)＋VO

..→O02-＋2e- O02-

→

1/2O2(P"O2)＋VO＋2e-總反應(yīng)：

1/2O2(P"O2)→1/2O2(P'O2)由Nernst方程式得到：

E=（RT/4F）lnP"O2/P'O2若P"O2采用空氣（含氧20.95%），

P'O2為待測氣體中氧含量，則上式變?yōu)椋?/p>

E(mV)=0.04960T(－logP'O2－0.6789)氧濃差電池（氧離子固體電解質(zhì)電池）測量范圍：0.1ppm-100%，500-800℃。典型的氧濃差電池為氧濃差電池（氧離子固體電解質(zhì)電池）測量范圍固體電解質(zhì)氧傳感器的應(yīng)用監(jiān)測熔體或氣相中的氧含量，一般用Cr,Cr2O3做參比電極。測定惰性氣體中的含氧量。爐氣定氧傳感器生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、汽車發(fā)動機的空氣燃燒比控制。固體電解質(zhì)氧傳感器的應(yīng)用監(jiān)測熔體或氣相中的氧含量，一般用Cr6.1.2定電位電解式傳感器

原理：被測氣體通過隔膜擴散到電解液中，發(fā)生電解，測定加在電極上的電位，即可確定被測氣體的特有的電解電位，所產(chǎn)生的電流信號大小與被測氣體的濃度成正比。特點：體積小，測量精度高，適用于現(xiàn)場直擊監(jiān)測，可檢測濃度范圍寬，10-9~10-2，應(yīng)用范圍廣。應(yīng)用：目前商品化的電化學(xué)傳感器可以檢測的氣體有O2、CO、H2S、Cl2、HCN、NO、NO2、酒精、偏二甲肼等，廣泛用于煤礦、冶金、化工及環(huán)保等部門。6.1.2定電位電解式傳感器

原理：被測氣體通過隔膜擴散到6.1.2定電位電解式傳感器

CO傳感器，其原理圖如下：硫酸電解液，工作電極W，氧化反應(yīng):CO＋H2O→CO2＋2H＋＋2e－對電極C，還原反應(yīng)：O2＋4H＋＋4e－

→2H2O總電極反應(yīng)：2CO＋O2

→2C2O在傳感器電極和對電極間產(chǎn)生微小電信號，大小與CO濃度成正比。電流傳感器放大器4放大后，由電表指示CO的相應(yīng)濃度值。6.1.2定電位電解式傳感器

CO傳感器，其原理圖如下：硫6.1.3加伐尼式傳感器

原理：將透過隔膜而擴散到電解質(zhì)溶液中的被測氣體形成原電池進行電解，測量電解時形成的電流，即可測定氣體的濃度。陰極反應(yīng)：O2＋2H2O＋4e－→4OH－

陽極反應(yīng)：Pb＋4OH――4e－→PbO2＋2H2O

總反應(yīng)：Pb＋O2

→PbO2兩電極間產(chǎn)生電位差而形成電流，其電流與氧氣濃度成正比，因此通過測定電流可得出氧氣濃度。此測量儀器不需外接電源，體積小，重量輕。安全性能好，能連續(xù)測量，已廣泛用于采煤工作面、瓦斯抽放管道、火災(zāi)地區(qū)的氧測量，也用于石油化工、隧道、船舶、倉庫等類作業(yè)環(huán)境中的氧監(jiān)測。6.1.3加伐尼式傳感器

原理：將透過隔膜而擴散到電解質(zhì)溶6.2成分傳感器

若在冶金過程中能迅速測定這些元素的活度或濃度，以及他們隨過程的變化，就可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省能量。為此需要研究開發(fā)除氧傳感器以外其他元素的傳感器，這種傳感器我們傳統(tǒng)稱為成分傳感器。成分傳感器可以分成三類：輔助電極型成分傳感器。三相固體電解質(zhì)成分傳感器。新固體電解質(zhì)成分傳感器。6.2成分傳感器

若在冶金過程中能迅速測定這些元素的活度或6.2.1輔助電極型成分傳感器

這種傳感器是依據(jù)液態(tài)或固態(tài)合金組元活度測定而發(fā)展起來的。其方法是將固體電解質(zhì)部分表面涂覆兼含有待測元素和電解質(zhì)導(dǎo)電元素的化合物，形成輔助電極，組成電池時能產(chǎn)生有待測元素參與的化學(xué)反應(yīng)，從而可測定金屬熔體中待測元素的活度。其電池形成可以寫作如下形式：

M︱A,AO︱ErO2基電解質(zhì)︱(B+C),BO︱M6.2.1輔助電極型成分傳感器

這種傳感器是依據(jù)液態(tài)或固態(tài)例如不銹鋼冶煉時測定Cr含量，將Cr2O3作為獨立相良好地附著在固體電解質(zhì)表面，組成如下形式的電極：Mo︱Cr,Cr2O3或Mo,MoO2︱ZrO2(MgO)︱Cr2O3︱[Cr]Fe或Ni︱Fe或Mo

把鉻傳感器插入含鉻金屬熔體中，Cr傳感器和含金屬熔體界面建立如下平衡：2[Cr]+3[O]=Cr2O3(s)(輔助電極)

由反應(yīng)的△Gθ可以求得K，測得ao可以計算acr,從而求得[Cr]又如測定Ag-Pb二元液態(tài)合金中的Pb的活度，可以用Ni,NiO做參比電極，PbO做輔助電極，組成原電池：

Pt∣Ni，NiO∣ZrO2(CaO)∣(Ag-Pb,PbO∣Ir

電池反應(yīng)：[Pb]Ag-Pb+0.5O2=PbO(s)

由電池電動勢，可以求出待測極的平衡PO2值，由PbO(s)的標準生成自由能可以求出K，從而求的apb.例如不銹鋼冶煉時測定Cr含量，將Cr2O3作為獨立相良好地附6.2.2三相固體電解質(zhì)傳感器

這是將含有待測元素的化合物摻入固體電解質(zhì)中，燒成后成為獨立相，構(gòu)成三相固體電解質(zhì)（對ZrO2基固體電解質(zhì)而言）。組成電池時，固體電解質(zhì)中待測元素的氧化物能參與有待測元素的參與的化學(xué)反應(yīng)，從而可計算待測元素的活度。如A.Melean等將SiO2摻入ZrO2(MgO)中，制成立方晶型ZrO2-MgO固熔體，四方晶ZrO2和Mg2SiO4三相平衡的組成作為三相固體電解質(zhì)成分。傳感器的電池形式為： Mo∣Mo,MoO2∣三相ZrO2基固體電解質(zhì)∣[Si]Fe∣Mo

電解質(zhì)中三成分的活度，在一定溫度下為定值。三相固體電解質(zhì)∣鐵熔體界面有如下平衡：

2MgO(三相電解質(zhì))+[Si]Fe+2[O]Fe=2MgO·SiO2 2MgO·SiO2為純物質(zhì)，活度為1，因此有： K由反應(yīng)

求得，ao由電池電動勢

再結(jié)合氧的溶解自由能求得。如aMgO已知，可求得aSi。6.2.2三相固體電解質(zhì)傳感器

這是將含有待測元素的化合物6.2.3新固體電解質(zhì)傳感器

這種傳感器分兩種:一種在電解質(zhì)中會含有待測元素的導(dǎo)電離子，如：La-β-Al2O3可用做La傳感器的電解質(zhì)，CuZr(PO4)3可為Cu傳感器的電解質(zhì)。另一種則在電解質(zhì)中不含待測元素的離子，但在一定氣氛下，可以產(chǎn)生待測元素的導(dǎo)電離子，如SrCe0.95Yb0.05O3-α，BaCe0.90Nb0.10O3-α等鈣鈦礦型氧化物在有水蒸氣和H2存在的條件下可產(chǎn)生質(zhì)子導(dǎo)電，可用固體電解質(zhì)制作氫傳感器或水蒸氣傳感器。6.2.3新固體電解質(zhì)傳感器

這種傳感器分兩種:6.3生物傳感器

特點：①有好的選擇性；②操作簡便，樣品少，能直接測定；③經(jīng)固定化處理后可長期保持活性；④能連續(xù)測定，易實現(xiàn)檢測自動化。生物傳感器酶傳感器微生物傳感器免役傳感器細胞傳感器生物體組織傳感器電位測定式免疫傳感器電流式免疫傳感器電化學(xué)傳感器的重要特性是它的選擇性，為了提高傳感器的選擇性，利用生物體是最有效的方法，利用生物體對特定物質(zhì)進行選擇性的識別的化學(xué)傳感器就叫生物傳感器。6.3生物傳感器

特點：生物傳感器酶傳感器微生物傳感器免6.3.1酶傳感器

測定原理如下：

①含有溶解氧的葡萄糖待測液和葡萄糖氧化酶GOD膜接觸，將發(fā)生如下反應(yīng)，消耗氧生產(chǎn)葡萄糖酸：β－D－葡萄糖＋O2＋H2O→葡萄糖酸＋H2O2

②由于酶膜附近氧量減少，到達鉑陰極的氧量也減少，導(dǎo)致氧還原電流變小。

③而氧還原電流減少的量與測定溶液中葡萄糖的濃度成正比。酶對特定物質(zhì)（基質(zhì)）發(fā)生酶催化反應(yīng)，酶的基質(zhì)選擇性叫做反應(yīng)特異性，利用酶的這種特性制作的傳感器就是酶傳感器。用于測定葡萄糖的酶傳感器的構(gòu)造如下圖：6.3.1酶傳感器

測定原理如下：酶對特定物質(zhì)（基質(zhì)）發(fā)生酶在電極表面固化方法：直接法：將酶通過化學(xué)修飾方法直接固定在電極表面。間接法：先將酶固定在載體上，再組裝在電極上。將對被測物具有選擇性響應(yīng)的酶層固定在離子選擇性電極表面目的：酶在電極表面固化方法：直接法：將酶通過化學(xué)修飾方法直接固定在6.3.2微生物傳感器

把微生物固定在膜上，并與電化學(xué)器件組合，可組成微生物傳感器。它利用微生物的兩個功能：

①測定微生物生活消耗的有機物質(zhì)，即與呼吸有關(guān)的氧氣、二氧化碳等；

②測定微生物代謝生成的電活性物質(zhì)。這類傳感器在環(huán)境監(jiān)測中非常有用。6.3.2微生物傳感器

把微生物固定在膜上，并與電化學(xué)器件6.3.3免疫傳感器

免疫傳感器是一種靈敏度很高的分析方法，臨床上用來檢測各種抗原和抗體。固定化抗原膜和固定化抗體膜將抗體抗原反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電信號。這些膜分別與抗原抗體結(jié)合而使膜電位發(fā)生變化，電位變化量與抗原抗體結(jié)合量有關(guān)，因而可用來判斷血型、檢查酶素等。免疫傳感器已應(yīng)用于酶素抗體血清測定、蛋白質(zhì)代謝異常檢查、妊娠檢查和肝病診斷等。6.3.3免疫傳感器

免疫傳感器是一種靈敏度很高的分析方法6.3.4細菌或組織傳感器

組織傳感器是利用天然組織中的酶催化作用，是一種特殊的酶傳感器。所不同的是，酶是從細菌和動物組織中分離提取出來的，它們離開原有自然環(huán)境后，便相繼不穩(wěn)定，極易失去其生物活性，因而酶傳感器使用壽命短。而酶存在于天然動植物組織內(nèi)，相對穩(wěn)定，制成的傳感器壽命長，價格便宜，宜于推廣。如氨基酸的測定,其原理為下: R-CH-NH2

細菌或組織中的

R-C=O+NH3COOH氨基酸氧化酶

COOH氨基酸擴散至電極表面上的細菌膜或組織中,被氨基酸氧化酶催化分解,產(chǎn)生氨,氨分子擴散到電極與生物膜間隙的溶液中,用氨氣敏電極測定,由此可求得試液中氨基酸的含量。6.3.4細菌或組織傳感器

組織傳感器是利用天然組織中的酶6.3.5場效應(yīng)晶體管生物傳感器

場效應(yīng)晶體管（FET）生物傳感器是將生物技術(shù)與晶體管工藝相結(jié)合的第三代生物傳感器。它已向超小型、多功能、高靈敏度及集成化回路的方向發(fā)展。例如它可以埋入假牙內(nèi)測pH值和測血管內(nèi)血液的pH值。它的制作方法是將酶或其它分子識別物質(zhì)和離子選擇場效應(yīng)晶體管（ISFET）結(jié)合而成。6.3.5場效應(yīng)晶體管生物傳感器

場效應(yīng)晶體管（FET）生作業(yè)查找一篇以“傳感器”為關(guān)鍵詞的文獻，并簡單論述下閱讀后的體會！作業(yè)查找一篇以“傳感器”為關(guān)鍵詞的文獻，并簡單論述下閱讀現(xiàn)代電化學(xué)第六章電化學(xué)傳感器現(xiàn)代電化學(xué)第六章電化學(xué)傳感器6.1氣敏傳感器6.2成分傳感器6.3生物傳感器6.4離子傳感器6.1.1固體電解質(zhì)氣敏傳感器

6.1.2定電位電解式傳感器6.1.3加伐尼傳感器6.2.1輔助電極型成分傳感器6.2.2三相固體電解質(zhì)傳感器6.2.3新固體電解質(zhì)傳感器6.3.1酶傳感器6.3.2微生物傳感器6.3.3免疫傳感器6.3.4細菌或組織傳感器6.3.5場效應(yīng)晶體管生物傳感器6.1氣敏傳感器6.1.1固體電解質(zhì)氣敏傳感器6.2前言響應(yīng)于化學(xué)物質(zhì)的傳感叫做化學(xué)傳感。化學(xué)傳感器巧妙地利用了電化學(xué)測定的原理，因此也可稱為電化學(xué)傳感器。電化學(xué)傳感器在近些年來越來越受到廣泛重視和關(guān)注，已廣泛應(yīng)用于自動過程控制、環(huán)境保護和控制、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。電化學(xué)傳感器一般具有生產(chǎn)成本低，操作簡便，免維護和低能耗，與微電子技術(shù)兼容，在低濃度下有高靈敏度和選擇性等優(yōu)點和特性。前言響應(yīng)于化學(xué)物質(zhì)的傳感叫做化學(xué)傳感?；瘜W(xué)傳感器巧妙地按原理可分為三類：電壓傳感器

應(yīng)用最廣泛，通過能斯特電壓與被測物質(zhì)濃度聯(lián)系起來。2.極限電流傳感器3.庫侖傳感器按原理可分為三類：電壓傳感器6.1氣敏傳感器

6.1.1固體電解質(zhì)氣敏傳感器1889年發(fā)現(xiàn)了ZrO2摻雜Y2O3的氧離子導(dǎo)體，氧離子有較高的遷移率和較低的激活能，隨后開展了氧濃差電池的研究。1957年C.Wagner發(fā)表了用固體電解原電池測定高溫下金屬鹵化物、氯化物和硫化物標準生成自由能的論文，引起科學(xué)家們的極大興趣。1961年Weissbast做成了第一臺ZrO2測氧傳感器，并被譽為當時世界鋼鐵冶金領(lǐng)域中三大重大科研成果之一。用于制作氧傳感器的固體電解質(zhì)由多元氧化物組成，如二氧化物(ZrO2)0.2·(Y2O3)0.1、三元氧化物

(ZrO2)0.04·(Y2O3)0.04·(Al2O3)0.02。目前用得較多的是ZrO2·Y2O3、ZrO2·CaO、ZrO2·MgO等。6.1氣敏傳感器

6.1.1固體電解質(zhì)氣敏傳感器

固體電解質(zhì)導(dǎo)電機理氧離子固體電解質(zhì)主要靠空位缺陷導(dǎo)電。例如ZrO2·CaO二元固體電解質(zhì)，ZrO2常溫下為單斜晶系，高溫下變成立方晶體，冷卻時又變?yōu)閱涡本w。因此純ZrO2晶型是不穩(wěn)定的。ZrO2中參加少量穩(wěn)定劑CaO時，ZrO2的立方晶體冷卻時仍保持不變，且由于鈣離子置換了鋯離子的位置，在晶體中留下了氧離子空穴。穩(wěn)定化的ZrO2有較大的晶胞中心空間，因而氧離子能順利地從氧化鋯電解質(zhì)一邊運動到另一邊。

固體電解質(zhì)導(dǎo)電機理這類傳感器的優(yōu)點如下：

①固態(tài)可使?jié)獠铍姵氐捏w積變小，容易實現(xiàn)集成電路化；

②電解質(zhì)厚度減小可使電池的內(nèi)阻變小，從而降低電池的工作溫度；

③固態(tài)消除了泄露問題，不會造成電解質(zhì)損失，減少維修費用，降低了成本。這類傳感器的優(yōu)點如下：典型的氧濃差電池為

Pt，P"O2︱ZrO2·CaO︱P'O2，Pt半反應(yīng)：

1/2O2(P‘O2)＋VO

..→O02-＋2e- O02-

→

1/2O2(P"O2)＋VO＋2e-總反應(yīng)：

1/2O2(P"O2)→1/2O2(P'O2)由Nernst方程式得到：

E=（RT/4F）lnP"O2/P'O2若P"O2采用空氣（含氧20.95%），

P'O2為待測氣體中氧含量，則上式變?yōu)椋?/p>

E(mV)=0.04960T(－logP'O2－0.6789)氧濃差電池（氧離子固體電解質(zhì)電池）測量范圍：0.1ppm-100%，500-800℃。典型的氧濃差電池為氧濃差電池（氧離子固體電解質(zhì)電池）測量范圍固體電解質(zhì)氧傳感器的應(yīng)用監(jiān)測熔體或氣相中的氧含量，一般用Cr,Cr2O3做參比電極。測定惰性氣體中的含氧量。爐氣定氧傳感器生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、汽車發(fā)動機的空氣燃燒比控制。固體電解質(zhì)氧傳感器的應(yīng)用監(jiān)測熔體或氣相中的氧含量，一般用Cr6.1.2定電位電解式傳感器

原理：被測氣體通過隔膜擴散到電解液中，發(fā)生電解，測定加在電極上的電位，即可確定被測氣體的特有的電解電位，所產(chǎn)生的電流信號大小與被測氣體的濃度成正比。特點：體積小，測量精度高，適用于現(xiàn)場直擊監(jiān)測，可檢測濃度范圍寬，10-9~10-2，應(yīng)用范圍廣。應(yīng)用：目前商品化的電化學(xué)傳感器可以檢測的氣體有O2、CO、H2S、Cl2、HCN、NO、NO2、酒精、偏二甲肼等，廣泛用于煤礦、冶金、化工及環(huán)保等部門。6.1.2定電位電解式傳感器

原理：被測氣體通過隔膜擴散到6.1.2定電位電解式傳感器

CO傳感器，其原理圖如下：硫酸電解液，工作電極W，氧化反應(yīng):CO＋H2O→CO2＋2H＋＋2e－對電極C，還原反應(yīng)：O2＋4H＋＋4e－

→2H2O總電極反應(yīng)：2CO＋O2

→2C2O在傳感器電極和對電極間產(chǎn)生微小電信號，大小與CO濃度成正比。電流傳感器放大器4放大后，由電表指示CO的相應(yīng)濃度值。6.1.2定電位電解式傳感器

CO傳感器，其原理圖如下：硫6.1.3加伐尼式傳感器

原理：將透過隔膜而擴散到電解質(zhì)溶液中的被測氣體形成原電池進行電解，測量電解時形成的電流，即可測定氣體的濃度。陰極反應(yīng)：O2＋2H2O＋4e－→4OH－

陽極反應(yīng)：Pb＋4OH――4e－→PbO2＋2H2O

總反應(yīng)：Pb＋O2

→PbO2兩電極間產(chǎn)生電位差而形成電流，其電流與氧氣濃度成正比，因此通過測定電流可得出氧氣濃度。此測量儀器不需外接電源，體積小，重量輕。安全性能好，能連續(xù)測量，已廣泛用于采煤工作面、瓦斯抽放管道、火災(zāi)地區(qū)的氧測量，也用于石油化工、隧道、船舶、倉庫等類作業(yè)環(huán)境中的氧監(jiān)測。6.1.3加伐尼式傳感器

原理：將透過隔膜而擴散到電解質(zhì)溶6.2成分傳感器

若在冶金過程中能迅速測定這些元素的活度或濃度，以及他們隨過程的變化，就可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省能量。為此需要研究開發(fā)除氧傳感器以外其他元素的傳感器，這種傳感器我們傳統(tǒng)稱為成分傳感器。成分傳感器可以分成三類：輔助電極型成分傳感器。三相固體電解質(zhì)成分傳感器。新固體電解質(zhì)成分傳感器。6.2成分傳感器

若在冶金過程中能迅速測定這些元素的活度或6.2.1輔助電極型成分傳感器

這種傳感器是依據(jù)液態(tài)或固態(tài)合金組元活度測定而發(fā)展起來的。其方法是將固體電解質(zhì)部分表面涂覆兼含有待測元素和電解質(zhì)導(dǎo)電元素的化合物，形成輔助電極，組成電池時能產(chǎn)生有待測元素參與的化學(xué)反應(yīng)，從而可測定金屬熔體中待測元素的活度。其電池形成可以寫作如下形式：

M︱A,AO︱ErO2基電解質(zhì)︱(B+C),BO︱M6.2.1輔助電極型成分傳感器

這種傳感器是依據(jù)液態(tài)或固態(tài)例如不銹鋼冶煉時測定Cr含量，將Cr2O3作為獨立相良好地附著在固體電解質(zhì)表面，組成如下形式的電極：Mo︱Cr,Cr2O3或Mo,MoO2︱ZrO2(MgO)︱Cr2O3︱[Cr]Fe或Ni︱Fe或Mo

把鉻傳感器插入含鉻金屬熔體中，Cr傳感器和含金屬熔體界面建立如下平衡：2[Cr]+3[O]=Cr2O3(s)(輔助電極)

由反應(yīng)的△Gθ可以求得K，測得ao可以計算acr,從而求得[Cr]又如測定Ag-Pb二元液態(tài)合金中的Pb的活度，可以用Ni,NiO做參比電極，PbO做輔助電極，組成原電池：

Pt∣Ni，NiO∣ZrO2(CaO)∣(Ag-Pb,PbO∣Ir

電池反應(yīng)：[Pb]Ag-Pb+0.5O2=PbO(s)

由電池電動勢，可以求出待測極的平衡PO2值，由PbO(s)的標準生成自由能可以求出K，從而求的apb.例如不銹鋼冶煉時測定Cr含量，將Cr2O3作為獨立相良好地附6.2.2三相固體電解質(zhì)傳感器

這是將含有待測元素的化合物摻入固體電解質(zhì)中，燒成后成為獨立相，構(gòu)成三相固體電解質(zhì)（對ZrO2基固體電解質(zhì)而言）。組成電池時，固體電解質(zhì)中待測元素的氧化物能參與有待測元素的參與的化學(xué)反應(yīng)，從而可計算待測元素的活度。如A.Melean等將SiO2摻入ZrO2(MgO)中，制成立方晶型ZrO2-MgO固熔體，四方晶ZrO2和Mg2SiO4三相平衡的組成作為三相固體電解質(zhì)成分。傳感器的電池形式為： Mo∣Mo,MoO2∣三相ZrO2基固體電解質(zhì)∣[Si]Fe∣Mo

電解質(zhì)中三成分的活度，在一定溫度下為定值。三相固體電解質(zhì)∣鐵熔體界面有如下平衡：

2MgO(三相電解質(zhì))+[Si]Fe+2[O]Fe=2MgO·SiO2 2MgO·SiO2為純物質(zhì)，活度為1，因此有： K由反應(yīng)

求得，ao由電池電動勢

再結(jié)合氧的溶解自由能求得。如aMgO已知，可求得aSi。6.2.2三相固體電解質(zhì)傳感器

這是將含有待測元素的化合物6.2.3新固體電解質(zhì)傳感器

這種傳感器分兩種:一種在電解質(zhì)中會含有待測元素的導(dǎo)電離子，如：La-β-Al2O3可用做La傳感器的電解質(zhì)，CuZr(PO4)3可為Cu傳感器的電解質(zhì)。另一種則在電解質(zhì)中不含待測元素的離子，但在一定氣氛下，可以產(chǎn)生待測元素的導(dǎo)電離子，如SrCe0.95Yb0.05O3-α，BaCe0.90Nb0.10O3-α等鈣鈦礦型氧化物在有水蒸氣和H2存在的條件下可產(chǎn)生質(zhì)子導(dǎo)電，可用固體電解質(zhì)制作氫傳感器或水蒸氣傳感器。6.2.3新固體電解質(zhì)傳感器

這種傳感器分兩種:6.3生物傳感器

特點：①有好的選擇性；②操作簡便，樣品少，能直接測定；③經(jīng)固定化處理后可長期保持活性；④能連續(xù)測定，易實現(xiàn)檢測自動化。生物傳感器酶傳感器微生物傳感器免役傳感器細胞傳感器生物體組織傳感器電位測定式免疫傳感器電流式免疫傳感器電化學(xué)傳感器的重要特性是它的選擇性，為了提高傳感器的選擇性，利用生物體是最有效的方法，利用生物體對特定物質(zhì)進行選擇性的識別的化學(xué)傳感器就叫生物傳感器。6.3生物傳感器

特點：生物傳感器酶傳感器微生物傳感器免6.3.1酶傳感器

測定原理如下：

①含有溶解氧的葡萄糖待測液和葡萄糖氧化酶GOD膜接觸，將發(fā)生如下反應(yīng)，消耗氧生產(chǎn)葡萄糖酸：β－D－葡萄糖＋O2＋H2O→葡萄糖酸＋H2O2

②由于酶膜附近氧量減少，到達鉑陰極的氧量也減少，導(dǎo)致氧還原電流變小。

③而氧還原電流減少的量與測定溶液中葡萄糖的濃度成正比。酶對特定物質(zhì)（基質(zhì)）發(fā)生酶催化反應(yīng)，酶的基質(zhì)選擇性叫做反應(yīng)特異性，利用酶的這種特性制作的