基于Clark电极原理溶解氧传感器的制备与研究

摘要

溶解氧是指水中所溶解的分子态的氧，通常用DO表示，以每升水中所含氧气的毫克数表示，是衡量水体自净能力的一个重要因素。溶解氧的来源主要有两个方面，一是空气中氧气向水体中渗入，二是水中植物通过光合作用产生氧气。当水中溶解氧含量比较低时，各种浮游生物和大多数鱼类无法生存，甚至会导致水体变质，产生臭味，这些是评定工业、农业、渔业等用水的依据，因此如何高效、快速、准确的测定水中的溶解氧的含量具有重要的意义。
　　本文是基于Clark氧电极的原理设计了一个两电极式极谱型溶解氧传感器，其研究主要有以下几个方面，首先，介绍了Clark式氧传感器的结构和工作原理;接着详细介绍了传感器阴极材料的选择、阳极材料的选择、透氧膜的选择、支持电解质溶液的选择以及传感器腔体结构的设计，并主要对传感器的阴极材料进行了优化处理，同时分别详细介绍了传感器的制作过程，并对传感器的稳定性、响应时间、使用寿命进行了测试，结果发现用Cu70Ni30合金电极作为传感器的阴极，表面积采用3.14 mm2，银氯化银为阳极，表面积为1256.78 mm2，聚四氟乙烯透氧膜厚度为30μm，支持电解质为1 mol/L KCl溶液，腔体结构能容3-5 mL电解质溶液时最合适。自组装成的传感器，在25℃下，溶解氧浓度在1.02-9.0 mg/L范围内，传感器的扩散电流与溶解氧浓度成线性关系，线性方程为，y=1.055x+5.948，相关系数为r=0.99838。
　　最后研究了影响传感器的因素，温度、盐度的影响，并对传感器进行了温度校正实验，将自制的传感器用于实际水样中溶解氧含量测试时，结果发现该传感器具有响应时间短，90％的响应在2 min之内，准确度高，稳定性好的特点，因此该传感器可以用于实际水体中溶解氧含量的测定中。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 溶解氧的概述及研究背景

1．2 溶解氧的测定方法

1．2．1 碘量法及修正的碘量法

1．2．2 叠氮化钠修正法

1．2．3 高锰酸钾修正法

1．2．4 其他修正法

1．3 光学分析法

1．3．1 分光光度法

1．3．2 光纤氧传感器法

1．4 气相色谱法

1．5 电化学分析方法

1．5．1 电导法测定溶解氧

1．5．2 电位法测溶解氧

1．5．3 覆膜式极谱型氧传感器

1．5．4 覆膜式原电池型氧传感器

1．5．5 氧传感器法

1．5．6 电化学探头法

1．6 一阶导数线性扫描伏安法

1．7 微电极法

1．8 其它方法

1．9 溶解氧的研究现状

1．10 本文的主要工作

第二章 溶解氧传感器的制作

2．1 溶解氧传感器的结构

2．2 溶解氧传感器的工作原理

2．3 溶解氧传感器电极的制作

2．3．1 电极材料的选择

2．3．2 阴极材料的选择

2．3．3 阴极电极的制作处理

2．3．4 氧还原反应机理

2．4 阳极电极材料的选择

2．4．1 阳极电极的处理

2．4．2 银氯化银阳极的制备

2．5 电解质溶液

2．6 透氧膜的选择

2．7 传感器腔体结构的设计

2．8 氧传感器的实物图

2．9 本章小结

第三章 溶解氧电极的测试

3．1 阴极材料Cu70Ni30合金的测试

3．1．1 Cu70Ni30对氧气的电催化研究

3．1．2 Cu70Ni30在不同浓度KCl溶液中的腐蚀行为

3．1．3 极化电压的选择

3．1．4 阴极面积的选择

3．2 阳极材料的测试

3．2．1 银氯化银阳极电极的稳定性实验

3．3 溶解氧传感器的稳定性测试

3．3．1 不同阳极材料的扩散电流测试

3．4 透氧膜厚度的选择

3．5 溶解氧传感器性能的测试

3．5．1 响应时间

3．5．2 残余电流

3．5．3 使用寿命

3．6 溶解氧传感的标定校正实验

3．6．1 传感器的CV曲线图

3．6．2 不同温度下溶解氧含量与扩散电流的关系

3．6．3 相同温度下溶解氧含量与响应电流的关系

3．6．4 温度校准

3．7 影响溶解氧传感器的因素

3．7．1 温度对溶解氧传感器的影响

3．7．2 盐度对溶解氧传感器的影响

3．8 实际样品的分析

3．9 本章小结

第四章 总结与展望

参考文献

致谢

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