Elektrochemische Sensoren bei Gaswarngeräten und Gasmessgeräten
Gasspezifische elektrochemische Sensoren können verwendet werden, um die meisten gängigen toxischen Gase wie CO, H2S, Cl2, SO2 usw. in verschiedensten Sicherheitsanwendungen zu messen. Elektrochemische Sensoren sind kompakt, benötigen sehr wenig Strom, weisen eine exzellente Linearität und geringe Streuung auf und besitzen im Allgemeinen eine lange Lebensdauer (ein bis drei Jahre). Die Ansprechzeit, gekennzeichnet als T90, d. h. die Zeit bis zum Erreichen von 90 % des Endwerts, beträgt üblicherweise 30 bis 60 Sekunden, und die Nachweisgrenzen liegen je nach Messgas zwischen 0,02 und 50 ppm. Es gibt zahlreiche handelsübliche elektrochemische Zellen, die jedoch viele der unten beschriebenen Merkmale gemeinsam haben:
Drei aktive Gasdiffusionselektroden sind in einen Elektrolyten, häufig eine konzentrierte wässrige Säure- oder Salzlösung, eingetaucht, um Ionen zwischen der Arbeits- und Gegenelektrode effektiv zu leiten. Je nach Zellentyp wird das Messgas an der Oberfläche der Arbeitselektrode entweder oxidiert oder reduziert. Diese Reaktion verändert das Potenzial der Arbeitselektrode relativ zur Referenzelektrode. Die Hauptaufgabe der mit der Zelle verbundenen elektronischen Treiberschaltung besteht darin, diese Potenzialdifferenz durch Stromfluss zwischen der Arbeits- und Gegenelektrode zu minimieren, wobei der Messstrom proportional zur Konzentration des Messgases ist. Gas tritt durch eine externe Diffusionsmembran, die für Gas porös, aber für Flüssigkeit undurchlässig ist, in die Zelle ein. Viele Bauformen beinhalten eine kapillare Diffusionsmembran, um die Gasmenge zu begrenzen, die mit der Arbeitselektrode in Berührung kommt, und so einen „amperometrischen“ Betrieb der Zelle aufrechtzuerhalten. Elektrochemische Zellen erfordern eine minimale Sauerstoffkonzentration für den korrekten Betrieb; dies macht sie für bestimmte Anwendungen in der Prozessüberwachung ungeeignet. Obgleich der Elektrolyt eine gewisse Menge gelösten Sauerstoffs enthält, der eine kurzzeitige Messung (über Minuten) des Zielgases in einer sauerstofffreien Umgebung ermöglicht, wird nachdrücklich empfohlen, dass alle Kalibriergasströme Luft als Hauptbestandteil oder Verdünner enthalten sollten.Die Spezifität für das Messgas wird entweder durch Optimierung der Elektrochemie, d. h. Wahl des Katalysators und Elektrolyten, oder durch Einbau von Filtern in die Zelle erreicht, die physikalisch bestimmte Störgasmoleküle absorbieren oder durch chemische Reaktion beseitigen, um die Spezifität für das Messgas zu erhöhen. Um die Einflüsse möglicher Störgase auf das Ansprechverhalten der Zelle zu verstehen, muss unbedingt das entsprechende Produkthandbuch gelesen werden. Die unvermeidbare Verwendung wässriger Elektrolyte in elektrochemischen Zellen macht die Produkte empfindlich gegenüber Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Feuchtigkeit. Zur Lösung dieses Problems beinhaltet die patentierte Surecell™-Technologie zwei Elektrolytbehälter für „Aufnahme“ und „Verlust“ von Elektrolytflüssigkeit, wie sie in Umgebungen mit hoher Temperatur/ hoher Feuchtigkeit bzw. niedriger Temperatur/niedriger Feuchtigkeit auftreten.
Elektrochemische Sensoren verfügen meist über eine 2-jährige Garantie; die tatsächliche Lebensdauer liegt jedoch häufig über den angegebenen Werten. Ausnahmen hiervon sind Sensoren für Sauerstoff, Ammoniak und Cyanwasserstoff (Blausäure), bei denen Komponenten der Zelle zwangsweise durch den Reaktionsmechanismus der Messung verbraucht werden.
