Розглянуто хімічні сенсори, які є важливим елементом сучасних ресурсозберігаючих технологій і комплексних заходів із охорони навколишнього середовища. Серед них найпоширеніші - амперометричні сенсори, які, крім дешевизни, відрізняються зручним для реєстрації струмовим сигналом і стійкістю до перевантажень й отруєнь. Один із напрямів їх вдосконалення - скорочення тривалості встановлення достовірного струмового сигналу, яка визначається часом перехідних процесів в електрохімічній системі сенсора. Важливою складовою цих процесів є нестаціонарний масообмін між конструкційними матеріалами дифузійного опору сенсора та газовою фазою на шляху дифузії визначуваного компонента з аналізованого повітряного середовища до поверхні робочого електрода. Показано, що значне скорочення часу встановлення стаціонарного стану досягається виготовленням дифузійних опорів із титану та фторопласту, а також використанням озонування конструкційних елементів дифузійних опорів перед їх монтажем у сенсори.

Розроблено електрохімічний дозатор озоноповітряної суміші. Досліджено механізм та кінетику адсорбції та розкладання озону на каталітично активних електродах у системі з твердим протонним електролітом. Показано, що розкладання озону відбувається за електрохімічним механізмом за участю спряжених реакцій його відновлення та окиснення води. Створено газодифузійний електрод на основі пористого титану без застосування дорогоцінних металів зі сталою функцією відгуку потенціалу від активності компонентів матричного електроліту на основі броміду літію, які утворюються під дією озону або діоксиду нітрогену. Теоретично обгрунтовано та практично реалізовано сенсор озону гальванічного типу, що базується на явищі відновлення брому на індикаторному електроді з титану та наявності на допоміжному електроді анодної реакції з утворенням протонів. Проведено оптимізацію сенсорів озону та діоксиду нітрогену. За часом відгуку, роздільною здатністю, діапазоном вимірювань, селективністю та терміном служби розроблені сенсори переважають відомі аналоги, що доведено польовими випробуваннями.

Доведено, що вигляд перехідної характеристики амперометричного сенсора може однозначно вказати на надмірну поляризованість допоміжного електрода як першопричину нестабільного сигналу або тривалого перехідного часу. Це дозволяє без додаткових складних досліджень достовірно виявити критичне зниження площі контакту витратного матеріалу допоміжного електрода (потенціалвизначальної речовини) з струмопровідним його скелетом, що викликає різке зростання поляризованості.

Стаття присвячена 100-річчю з дня народження видатного вченого-електрохіміка, член-кореспондента АН УРСР Л. І. Антропова і продовжує цикл досліджень перехідних процесів у амперометричних сенсорах. Виявлено причини розбіжностей у тривалості перехідних процесів, які при вимірюваннях, розмежованих перервою від кількох хвилин до кількох годин, не дають змоги за величинами часу виходу струмового сигналу на 10 і 50 % від його стаціонарного значення оцінити очікуване значення достовірного сигналу сенсора ще до його стабілізації. Показано, що перебіг електродної реакції викликає тимчасове зростання струмоутворювальної поверхні робочого електрода сенсора, яке нівелюється через кілька хвилин після припинення подачі визначуваного компонента в аналізовану газову суміш. Причиною цього явища є осмотичне накопичення води в зоні струмоутворювальної реакції внаслідок абсорбції її парів із повітря та дифузії з глибини розчину електроліту, що потовщує плівку розчину й спотворює форму його меніска. Протягом часу існування меніска, форма якого спотворена попередньою генерацією струмового сигналу, тривалість перехідного процесу скорочується внаслідок швидшого зарядження поляризаційної ємності робочого електрода більшим за силою струмовим сигналом.

Тривалість перехідних процесів - важлива характеристика амперометричних газових сенсорів. Мета роботи - визначення природи перехідних процесів, що збільшують час встановлення достовірного сигналу амперометричного сенсора та варіацію цього часу. За допомогою методів хроноамперометрії перехідних процесів та визначення їх температурного коефіцієнта показано вплив корозії на сенсори уніфікованої серії НТУУ "КПІ". Найкоротшій тривалості перехідного процесу відповідає стан оксидних шарів, який досягається при циклічному струмовому навантаженні робочого електрода, у т.ч. при "тренуванні" електрода струмом на рівні надповільної корозії (повільніше 1 мкм/рік). При надповільній корозії спостерігається періодична зміна властивостей цих оксидних шарів, яка з часом та без зовнішніх впливів затухає. Інтерференція цих циклів з періодичними змінами зовнішніх умов випадково може викликати неочікуване уповільнення струмотвірних процесів. Висновки: циклічні струмові навантаження формують на робочому електроді амперометричного сенсора оксидні структури розміром до 10 нм, подібно до так званого методу нанотехнологій "знизу-вгору". Без таких навантажень поверхневі оксидні шари ущільнюються, а їх опір зростає і гальмує струмотвірний процес. Пряме виявлення таких структур методом електронної мікроскопії вимагає попереднього теоретичного обгрунтування методики досліджень.

Індекс рубрикатора НБУВ: К235.160.6 + К66-1

Рубрики:

Властивості титану та його сплавів

Корозія металів. Захист металів від корозії

Шифр НБУВ: Ж29109 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Розглянуто конструктивні особливості ванн хімічної та електрохімічної обробки поверхні металевих виробів. Проаналізовано конструкцію ванн, їх додаткового обладнання, призначеного для забезпечення умов ведення технологічних операцій та безпеки життєдіяльності персоналу. Увагу приділено проблемі розміщення оброблюваних виробів з урахуванням складності розміщення деталей різної форми та розмірів на підвісних пристроях і забезпечення їх надійним підведенням струму, для чого розглянуто конструювання підвісних пристроїв, засобів підведення струму та наявних джерел живлення постійним струмом. Вивчено різні аспекти конструювання та обслуговування обладнання для ведення технологічних процесів хімічної та електрохімічної обробки поверхні металевих виробів.