[发明专利]电化学传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电气化学分析领域，涉及电流覆盖膜片探测设备，具体涉及一种电化学传感器及其制备方法，该电化学传感器应用于水中对溶解氢进行量化检测和连续监测。

背景技术

在自然界中氢分子溶入水中形成溶解氢，是各种生化反应过程中的指示剂，溶解氢在这些生化过程中可以指示环境反应程度和稳定性，例如对厌氧菌的观察表明，在稳定的地下水中溶解氢的浓度为0.1-1.0nmol/L，在生物降解过程中，氢气通常在碳氢化合物的厌氧发酵时所产生。微生物通常使用终端电子接受者来消耗氢气，而所指的“终端电子接受者”是指发生硝化作用的NO^3-、生产Fe²⁺发生还原作用的Fe³⁺、生产硫化物时发生还原的SO₄^2-等等，利用这些反应就能监测到nmol/L级的氢气含量且在进行上述反应过程中产生消耗氢气的量，故采用监控反应过程中氢气的含量成为过程控制质量保证的一项重要技术手段。在金属腐蚀方面大量试验研究表明不论是酸腐蚀、碱腐蚀，还是超温时的水蒸汽腐蚀都会放出氢气，因此采用测氢的方法就可以直观获取腐蚀速度的信息。特别是在火电站、核电站、污水处理等工业生产中溶解氢的监测是一项重要技术指标。例如在火电厂生产过程中，通过对炉前给水与汽包炉水中含氢量的分析测量，就可以获取省煤器与水冷壁遭受腐蚀破坏的状况；通过对饱和蒸汽与过热蒸汽中的含氢量的分析测量可以获取过热器遭受腐蚀破坏的信息。研究表明对火电厂中溶解氢的分析测量目的是对热力设备进行动态技术诊断的关键性技术手段。[据美国专利：溶解氢可以用作金属腐蚀程度的指示剂。金属材料在无氧状态下遭受腐蚀损坏时在水中会产生氢，氢也能使不锈钢发生变脆腐蚀(SCC)]。

随着超临界及以上机相继投产，国外同类机组都配置了溶解氢分析仪表，中国新投产的大机组上也在学习国外经验进行了配置，特别是在发电设备安全运行状态评价中对配备溶氢表作为重点考核项目引起业内人士广泛关注，对于溶解氢的测量方法国内的测量方法较为滞后、局限，至目前尚未得到中国有哪家仪表厂或研究单位及其他实体进行生产制造溶解氢分析仪表。文献报道国外现有的溶解氢测量方法基本都是采用：

热导式传感器：利用氢气体导热系数大的技术特性，采用“热导池”原理进行氢气体浓度测量，如发电机氢气纯度分析测量仪表，发电机组漏氢检测仪表和水中溶解氢分析测量仪表大多都采用热导式测量原理的传感器，研究表明热导式仪表的加工工艺与材料、材质要求相当高，一般的工艺很难满足技术要求，所以这也是并没有得到广泛应用的原因所在。

光谱测定法氢气传感器：研究表明大量的光谱测定方法可以用来测量气体中的氢含量或者通过“薄膜系统”，先将水溶液中的氢气分离(液相---气象分离)之后，再进行测量以实现水溶液中溶解氢含量的分析测定。由于光谱法对试验条件的要求极为严格，为此光谱法仅用于实验室分析用，目前尚未发现在线工业现场测量的专用仪表。

钯膜光纤传感器：钯膜的光纤化学传感器可以用于分析测量变压器油中大于50mg/L以上的溶解氢，在水体上检测下限2mg/L(H2)的应用，但是由于其测量范围的限制，故研究至今尚未有过应用的报道，仅停留在理论上的研究。

半导体(MOS)晶体管传感器：随着科技进步与半导体的发展，近些年来出现了一些用于氢气测量的专用型半导体管氢气体传感器，主要有一下几种：a美国热销的一种半导体传感器称作“CH-H”这种传感器的特点是：必须在有氧气的环境条件下工作，可用来测量气体中的10mg/L的氢气或液体中8nmol/L溶解氢；b金属氧化物半导体晶体管(MOS)包括一个钯门，这种结构面临的问题是：对气体中氢的灵敏度基本取决于氧的浓度，该传感器对硫化氢浓度的灵敏度比对氢气敏感10倍以上，且极易受到硫化氢的腐蚀，另外该种传感器设备在厌氧环境中无法工作，分析考虑是由于两者不兼容且MOS设备会受到硫化氢的腐蚀的缘故。综述其特性所致，在应用中也未得到广泛推广。

吸附式传感器：根据在吸附氢的条件下，观测到的铂和钯的电阻值得变化，发现其电阻值与氢浓度有关，为此通过测量铂和钯之间的电阻值可以间接的获得氢气浓度。这种类型的传感器的优势是测量方法简单便捷，但其弊端是检测下值偏大(一般大于500nmol/L)，(其测量极限)故研究表明该传感器在实践中不适用于火电厂。