Создание научных основ масcообменных процессов в открытых электрохимических системах газовых сенсоров

Созданы научные основы массообменных процессов в открытых электрохимических системах газовых сенсоров на основе математической модели, которая связывает эти процессы на границе «воздушная среда – газодиффузионный каталитически активный электрод» с внутренней структурой и составом системы. Предложенная математическая модель определяет оптимальные параметры электрохимической системы как ячейки средства измерение концентрации газа, что позволило установить природу ограничений для верхней границы измерений большинства амперометрических сенсоров – диффузия растворенного в пленке электролита анализируемого газа к поверхности электрода. Создана имитационная модель функционирования амперометрического сенсора в реальных условиях эксплуатации и хранения как химического источника тока, внутреннее сопротивление которого есть суммой последовательно и параллельно соединенных поляризационных сопротивлений. Вклад каждой составляющей является нелинейной функцией токового сигнала и определяется как полуэмпирическое критериальное уравнение с погрешностью до 25 % для группы однотипных электрохимических систем. Имитационная модель показала возможность повысить верхнюю границу измерения путем параллельного подключения дополнительных поляризационных сопротивлений масопереносу анализируемого газа через электролит к поверхности электрода – кроме непосредственной его диффузии, также независимой диффузией продуктов его взаимодействия с растворителем и/или специально подобранной редокс-системой электролита, что получило экспериментальное подтверждение и позволило увеличить верхнюю границу измерения на порядок. Впервые исследована роль массообменных процессов в жидкой и твердой фазах открытых систем амперометрических сенсоров в формировании аналитического токового сигнала. Установлена закономерность массообмена по определяемому компоненту при изменении гидродинамического и температурного режимов эксплуатации ячейки, а также влияние массообмена при условиях внезапного, циклического или продолжительного изменения относительной влажности воздуха как одного из основных факторов поддержания гомеостаза открытой системы.