Створення наукових засад масообмінних процесів у відкритих електрохімічних системах газових сенсорів

Створено наукові засади масообмінних процесів у відкритих електрохімічних системах газових сенсорів на основі математичної моделі, яка пов’язує ці процеси на межі «повітряне середовище – газодифузійний каталітично активний електрод» з внутрішньою структурою і складом системи. Запропонована математична модель визначає оптимальні параметри електрохімічної системи як осередку засобу вимірювання концентрації газу, що дозволило встановити природу обмежень для верхньої межи вимірювання більшості амперометричних сенсорів – дифузія розчиненого у плівці електроліту аналізованого газу до поверхні електроду. Створено імітаційна модель функціонування амперометричного сенсора в реальних умовах експлуатації та зберігання як хімічного джерела струму, внутрішній опір якого є сумою послідовно і паралельно з’єднаних поляризаційних опорів. Внесок кожної складової є нелінійною функцією струмового сигналу і визначається як напівемпіричне критеріальне рівняння з похибкою до 25 % для групи однотипних електрохімічних систем. Імітаційна модель показала можливість підвищити верхню межу вимірювання шляхом паралельного підключення додаткових поляризаційних опорів масопереносу аналізованого газу через електроліт до поверхні електрода – окрім безпосередньої його дифузії, також незалежною дифузією продуктів його взаємодії з розчинником та/або спеціально підібраною редокс-системою електроліту, що одержало експериментальне підтвердження й дозволяє збільшити верхню межу вимірювання на порядок. Вперше досліджено роль масообмінних процесів у рідкій та твердій фазах відкритих систем амперометричних сенсорів у формуванні аналітичного струмового сигналу. Встановлено закономірність масообміну по визначуваному компоненту при зміні гідродинамічного та температурного режимів експлуатації комірки, а також вплив масообміну за умов раптової, циклічної або тривалої зміни відносної вологості повітря як одного з основних факторів підтримання гомеостазу відкритої системи.