3電化學(xué)法

3.1極譜型氧傳感器

該方法由兩個與電解質(zhì)相接觸的金屬電極及選擇性薄膜組成，氧敏感薄膜只能透過氧和其他氣體，水和可溶解物質(zhì)不能透過。透過膜的氧氣在陰極上還原，產(chǎn)生微弱的擴散電流，在一定溫度下電流大小與水樣溶解氧含量成正比。

Clark cell sensors是一種比較成熟的測定DO的體系。以鉑作陰極，以銀作陽極，電解液采用KCl。當在陰﹑陽極間加一定的極譜(極化)電壓時，水中溶解氧滲過敏感膜后，在陰極上還原產(chǎn)生與氧濃度成正比例的擴散電流，其電極反應(yīng)為

3.1.1微電極探針式氧傳感器

新型微電極探針式氧傳感器（DO MEA），原理如前所述，響應(yīng)時間更快為15 s，測定范圍0～9 mg/L。該傳感器有一個最大的優(yōu)點是探針可以滲透到被測樣內(nèi)部，故所測數(shù)據(jù)更精確。為了避免這種傳感器受到選擇性薄膜中物質(zhì)的污染，將探針頭設(shè)計成為內(nèi)凹陷的，這樣可以獲得更穩(wěn)定的靈敏度以及更快的響應(yīng)時間，而凹陷面的直徑與長度是決定該傳感器靈敏度最重要的兩個因素。圖1是該電極探針頭示意圖。

3.1.2利用光刻技術(shù)制造溶解氧微電極陣列傳感器

圖1微電極探針頭

利用MEMS技術(shù)制作出如圖2所示的Au微電極，它的形狀，微電極數(shù)目以及它們的位置都很容易通過重新設(shè)計相關(guān)的掩膜板圖來改變，因此可以很好的控制電極的形狀與排布，有利于多位置多角度的分析檢測。該微電極上每個電極位點對溶解氧濃度都有很好的線性響應(yīng)，而且使用壽命在10 d以上。將此微電極探針放置于好氧顆粒上方，通過對溶解氧濃度的監(jiān)測，估計出溶解氧在好氧顆粒表面的有效擴散系數(shù)為1.19×10-9m2/s。

好氧顆粒對于污水處理而言是一種很有前途的技術(shù)基礎(chǔ)，而該電極探針可以深入到好氧顆粒內(nèi)部，測定其內(nèi)部不同深度處溶解氧濃度，因此有很重要的現(xiàn)實價值。

圖2微電極陣列

3.2電位溶解氧傳感器

Serge Zhuiykov利用氧化物(Sb2O3,IrO2,TiO2,MnO2,Ta2O5,PdO,RuO2,ZrO2and Co2O3)制成感應(yīng)電極SEs。RuO2是一種電子與離子的混合導(dǎo)體，結(jié)構(gòu)中有氧缺陷，導(dǎo)電性易受到外界氧氣的影響。故利用一個帶有RuO2電極的陶瓷傳感器來測定DO電位，當有氧氣存在時這塊陶瓷板就會被極化，得到不同溶解氧濃度下的電位值，從而建立起所測電位與溶解氧濃度對數(shù)的關(guān)系。該傳感器測試了9～35℃下水中的溶解氧，溶解氧濃度在0.857～11.42 mg/m3時得到了電位與溶解氧濃度穩(wěn)定的響應(yīng)。

該傳感器克服了Clark溶氧電極的不足，在測定低濃度溶解氧時能獲得重復(fù)性與穩(wěn)定性好的輸出信號；缺點是感應(yīng)電極還可能被其他氧化還原物質(zhì)所極化，干擾DO的測定。

3.3原電池型溶解氧傳感器

該傳感器電極一般由貴金屬，如白金、金或銀構(gòu)成陰極，由鉛構(gòu)成陽極。在電解質(zhì)如KCl或醋酸鉛存在下便形成PbCl2或Pb(AcO)2，原電池型電極無需外加電壓。電極擴散電流的大小可表示為

A為陰極表面積；D為氧的擴散系數(shù)；L為透氣膜外表至陰極表面的距離；cs溶解氧濃度。當電極采用一定的構(gòu)造和選用一種透氣膜材料時，在一定溫度下n,A,D,F都是常數(shù)，故可表示為

當外界氧分子透過薄膜進入電極內(nèi)相到達陰極的三相界面時，產(chǎn)生反應(yīng)為

即氧在銀陰極上被還原為氫氧根離子，并同時向外電路獲得電子；鉛陽極被氫氧化鉀溶液腐蝕，生成鉛酸氫鉀，同時向外電路輸出電子。接通外電路之后，便有信號電流通過，其值與溶氧濃度成正比。

原電池型溶解氧傳感器的電極無需極化，也無需添加電解液或更換電極膜等維護工作，使測量更快速便捷，可廣泛應(yīng)用于食品飲料、水產(chǎn)養(yǎng)殖、污水處理、環(huán)境監(jiān)測等各行各業(yè)。

4結(jié)語

溶解氧的測定方法有很多，相對于傳統(tǒng)化學(xué)法而言，溶解氧傳感器不僅操作簡單省時，而且重復(fù)性與穩(wěn)定性較強，可實現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測。因此更加受到人們的青睞，技術(shù)也越來越成熟。

近些年，隨著微加工技術(shù)的發(fā)展，基于MEMS微加工技術(shù)的微傳感器、微執(zhí)行器以及流體控制等技術(shù)得到了飛速發(fā)展，其特點是體積小，成本低，可批量生產(chǎn)，可自動控制。生化分析設(shè)備的小型化、微型化是MEMS技術(shù)最具有發(fā)展前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一。隨著MEMS技術(shù)與溶解氧電極的結(jié)合，人們已經(jīng)對溶解氧微電極有了一定程度的研究，因此可以想象溶解氧傳感器電極也會趨于越來越小型化，低成本，已達到更高的靈敏度與穩(wěn)定性，實現(xiàn)溶解氧在不同領(lǐng)域的測試價值。鑒于這些優(yōu)點，可以相信以MEMS技術(shù)為核心的溶解氧傳感器必將成為今后人們研究的重點，其應(yīng)用前景令人期待。