Zema caurlaidības mikroporaina keramikas elektrods

Zemas caurlaidības kodol vērtība un priekšrocība

1. Zema caurlaidības jēdziens un fizikālais mehānisms mikroporainās keramikā

„Zema caurlaidība” šeit ir precīzi definēta: tā attiecas uz mikroporainu keramisko membrānu, kas ļauj ioniem veidot nelielus, kontrolētus elektriskos kontaktus, uzturant elektroķīmiskās ķēdes vadītspēju, taču vienlaikus ievērojami kavē ātru, liela plūsmas apjoma divvirzienu konvekciju un difūziju starp elektroda piepildījuma šķīdumu (parasti piesātinātu KCl šķīdumu) un ārējo testa šķīdumu.

Šīs īpašības realizācija balstās uz mikroporainu keramisko materiālu precīzu fizikālo struktūru. Keramiskie materiāli (piemēram, alumīna oksīds, cirkonija oksīds utt.) speciālas formulēšanas un augstas temperatūras sakausēšanas procesa rezultātā veido stingru, izturīgu un porainu struktūru ar lielu skaitu savstarpēji saistītu poru nanometru vai submikronu līmenī. Šīs poras veido elektroķīmisko „šķidro saskarni”.

• *Ionu vadītspēja: Šie mazie poru kanāli ir piepildīti ar elektrolītu, veidojot mikroskopiskas "sāls tiltus". Ioni šķīdumā var pārvietoties caur šiem kanāliem, nodrošinot mērījumu ķēdes integritāti un izveidojot stabilu elektroķīmisko potenciālu.
• *Šķīduma barjera: Sakarā ar ārkārtīgi mazo poru izmēru, saskaņā ar šķidrumu mehānikas principiem, šādos šauros kanālos šķīdumi pieredzēs ievērojamu kapilāro pretestību un viskozas spēkus. Tas efektīvi supresē šķīduma kopējo plūsmu (konvekciju), ko izraisa koncentrācijas atšķirības (permeācija), statiskā spiediena atšķirības vai temperatūras svārstības. Vielu transportu galvenokārt nodrošina lēni jonu difūzijas procesi.

Īsumā, mikroporainas keramikas membrānas fizikālā ziņā darbojas kā "jonu sieti" un "plūsmas ierobežotāji", panākot delikātu līdzsvaru starp "elektrisko signālu vadīšanu" un "šķīduma apmaiņas bloķēšanu".

2、 Zema caurlaidīguma nodrošinātā būtiska priekšrocība

• 1. Izcila ilgtermiņa stabilitāte un ārkārtīgi ilgs kalpošanas laiks: Tas ir būtisks mazas caurlaidības priekšrocības aspekts. Sarežģītos vidēs, piemēram, betonā, augsnē, gruntsūdenī vai rūpnieciskajos notekūdeņos, ir augstas jonu (piemēram, Cl⁻, SO₄²⁻) vai ķīmisko vielu koncentrācijas. Ja šķidruma saskarē ir pārāk augsta caurlaidība (piemēram, izmantojot porainu keramiku vai šķiedras pavedienus), elektroda iekšpusē esošais KCl ātri izkliedēsies, savukārt kaitīgas ārējās sastāvdaļas pretējā virzienā infiltrēsies, piesārņojot Ag/AgCl pavedienus un iekšējo elektrolītu, izraisot nevērāmu atskaites potenciāla novirzi un strauju elektrodu bojāšanos. Mikroporainas keramikas zemās caurlaidības raksturlielumi līdz maksimumam palēnina kaitīgo vielu apmaiņas procesu, pagarinot elektrodu stabilu darbības laiku no dienām vai nedēļām līdz mēnešiem, gadiem vai pat desmitgadēm, tādējādi padarot tos īpaši piemērotus ilgtermiņa iestrādē vai tiešsaistes uzraudzības scenārijiem, kur tos nav iespējams nomainīt.
• 2. Lieliska pret piesārņojuma un aizsprostošanās spēja: Mērot šķīdumos, kas satur olbaltumvielas, eļļas, koloidus vai suspendētas daļiņas, tradicionālas porainas keramikas šķidruma saskarnes ir tendētas uz aizsprostošanos vai piesārņošanos ar šīm vielām lielu poru dēļ. Reiz aizsprostotas, šķidruma savienojuma pretestība strauji palielināsies, un šķidruma savienojuma potenciāls kļūs ļoti nestabils, izraisot mērījumu signāla novirzi vai pilnīgu neveiksni. Mikrokeramikas nanometru izmēra poras efektīvi fiziski bloķē šo lielo molekulu un daļiņu iekļūšanu, tāpat kā izturīgs filtrs, nodrošinot šķidruma saskarsnes ilgstošu tīrīgumu un funkcionālo stabilitāti.
• 3. Stabils šķidrās savienojumta potenciāls ar labu reproducējamību: Šķidrā savienojumta potenciāls ir raksturīgs un primārs kļūdu avots pašai atskaites elektrodei. Kad divas dažādu sastāvdaļu šķīdumu satiekas šķidrās starpniecības virsmā, rodas potenciālu starpība, jo jonu migrācijas ātrums ir atšķirīgs. Mikroporainas keramikas zemā caurlaidība padara jonu apmaiņas procesu ļoti lēnu un kontrolētu, kas palīdz veidot stabilu šķidrās starpniecības potenciālu ar minimālu laika svārstībām un labu reproducējamību, tādējādi būtiski uzlabojot potenciāla mērījumu precizitāti un salīdzināmību.

3, Lietojums un nepieciešamie kompromisi

Iemesla dēļ iepriekš minētajām priekšrocībām mikroporainas keramikas atskaites elektrodi ir kļuvuši par iecienītu risinājumu pH/potenciāla mērīšanai viegli piesārņojamos vidēs, piemēram, būvniecībā (betona un tērauda korozijas uzraudzība), ģeoloģiskajā izpētē, vides zinātnē (ilgtermiņa ūdens kvalitātes uzraudzība), kā arī pārtikas un biotehnoloģiju nozarē.

Tomēr katrai tehnoloģijai ir savas kompromisa situācijas. Zema caurlaidība rada iedzimtu tehnisko izaicinājumu: lielu šķidruma saskarves pretestību. Šaurie pori nozīmē, ka jonu migrācijas ceļš ir bloķēts, kas rezultātā rada augstu keramikas membrānas pašas pretestības vērtību (parasti desmitiem tūkstošu līdz simtiem tūkstošu omu). Tāpēc, izmantojot šādus elektrodus, ir jāizmanto elektroķīmiskā darbvietas vai augstas pretestības potenciometrs ar ļoti augstu ieejas pretestību (parasti nepieciešama >10¹² Ω), lai veiktu mērījumus, pretējā gadījumā signāls būs stipri samazināts, kas izraisīs neprecīzus rādījumus, lēnu reakciju vai pat pilnīgu datu neveiksni.

Kopsavilkumā mikro-porainu keramisko atskaites elektrodu zemā caurlaidība nav vienkārši "necaurlaidība", bet precīzi un kontrolēti ierobežota caurlaidība. Izmantojot savu unikālo mikrostruktūru, tā upurē daļu no elektriskās vadāmības, lai iegūtu nevienlīdzīgu ilgtermiņa stabilitāti, pretestību traucējumiem un mērījumu precizitāti, kļūstot par neatņemamu tehnisko garantiju uzticamai elektroķīmiskai uzraudzībai grūtās darba vidē.



Tehniskie parametri tabula