Cảm biến điện hóađo nồng độ ôxy làloại polarographicgồm 3 điện cực (điện cực làm việc và điện cực đối bằng platin và điện cực tham khảo làAg/AgCl) như Hình 1.20, hoạt động dựa vào sự phân cực các điện cực và đo cường độ dòng điện sinh ra trong quá trình phân cực. Cường độ dòng điện này sinh ra tùy theo lượng ôxy qua màng phủ trên điện cực cảm biến ít hay nhiều.
Hình 1. 20Cấu tạo cảm biến đo nồng độ ôxy
1.5.2Cơ chế hoạt động cảm biến điện hóa polarographic đo nồng độ ôxy Cảm biến hoạt động bằng cách được cấp một nguồn điện một chiều để phân cực các điện cực của cảm biến trong quá trình hoạt động nhằm dò sự thay đổi cường độ dòng điện trong quá trình phân cực này.
Ở giai đoạn đầu quá trình quét thế vòng tuần hoàn khi điện cực làm việc tích điện dương (+) và điện cực đối tích điện âm (-). Quá trình ôxy hóa sẽ xảy ra trên điện cực làm việc, do platin là điện cực trơ nên không tham gia phản ứng mà nó chỉ có tác dụng chuyển dời các electron. Dung dịch nước muối (dung dịch điện ly NaCl) sẽ hình thành các ion Na+mang điện tích dương, ion Cl-mang điện tích âm trong dung dịch. Các ion Na+ sẽ đi về hướng điện cực đối (-)và ion Cl- đi về phía cực dương làm việc (+) và Cl- bị ôxy hóa thành khí Clo và sinh ra các electron trên bề mặt điện cực.
: điện cực làm việc : điện cực tham khảo : điện cực đối
Dung dịch NaCl → Na+ + Cl-
Phản ứng ôxy hóa: ion Cl- bị ôxy hóa thành khí Clorua.
2Cl- → Cl2 + 2e-
Hình 1. 21Quá trình phân cực dương, điện cực làm mang điện dương và điện cực đối mang điện âm (quá trình ôxy hóa) của cảm biến điện hóa
Ở quá trình hệ cảm biến phân cực âm (quá trình khử), điện cực làm việc sẽ tích điện âm (-) và điện cực đối sẽ tích điện dương (+). Ở giai đoạn này các electron sinh ra trong quá trình ôxy hóa sẽ khử các phân tử ôxy thành các ion OH- trên bề mặt điện cực và sinh ra cường độ dòng điện mang điện tích âm (-) và cường độ dòng điện này sẽ tỉ lệ thuận với lượng ôxy bị khử.
Màng PANI khi ngâm dung dịch điện ly, bề mặt màng sẽ hình thành vô số các lỗ trống với kích thước micro dẫn từ bề mặt màng đến lớp kim loại của điện cực [18]. Các lỗ trống này sẽ chuyển các ion OH- sinh ra trong quá trình khử đến bề mặt điện cực và cường độ dòng điện được ghi nhận.
: điện cực làm việc : điện cực tham khảo : điện cực đối
Phản ứng khử ôxy: O2 + 2e- + 2H2O → 4OH-
Hình 1. 22Quá trình phân cực âm, điện cực làm việc mang điện âm và điện cực đối mang điện dương (quá trình khử) của cảm biến điện hóa
1.5.3Giới thiệu tổng quan kỹ thuật quang khắc và phún xạ dùng trong chế tạo cảm biến điện hóa