Sähkökemialliset kaasusensorit ympäristömittauksissa

Abstract

Ympäristön seurantaan panostetaan jatkuvasti enemmän, sillä saasteiden vaikutusta ympäristöön ja ihmisiin halutaan seurata yhä tarkemmin. Teollisuus, liikenne ja muu ihmisen toiminta ovat pääsyitä ilmansaasteille. Toisaalta myös työympäristöjen turvallisuuteen halutaan nykyään panostaa. Esimerkiksi teollisuudessa voi esiintyä ihmiselle haitallisia kaasuja. Myös happipitoisuutta mitataan monissa kohteissa. Liian pieni happipitoisuus on ihmiselle hengenvaarallinen, ja liian korkea pitoisuus voi aiheuttaa räjähdysvaaran. Kaasumittauksiin soveltuvat laitteet voivat perustua moneen eri tekniikkaan, joista eräs on sähkökemiallinen mittaus.

Tämän työn tarkoituksena oli selvittää, miten sähkökemialliset kaasusensorit toimivat. Perinteisessä sähkökemiallisessa kaasusensorissa on nestemäinen elektrolyytti, jossa tapahtuvaan sähkökemialliseen reaktioon sen toiminta perustuu. Toimintansa perusteella sähkökemialliset kaasusensorit voidaan jakaa potentiometrisiin ja amperometrisiin sensoreihin. Potentiometrisissä sähkökemiallisissa kennoissa reaktio tapahtuu spontaanisti, ja reaktioon liittyvä kennopotentiaali on kohdekaasulle ominainen. Amperometriset kennot vaativat kohdekaasun hapetus- tai pelkistyspotentiaalin mukaan valittavan jännitteen. Mitattavasta jännitteestä tai virrasta saadaan signaalinmuuntimen avulla selville tutkittavan kaasun pitoisuus.

Lisäksi työssä haluttiin selvittää, mitä kaasuja sähkökemiallisilla kaasusensoreilla on ympäristömittauksissa mitattu. Sensoreita sovelletaankin monipuolisesti useiden kaasujen mittauksiin. Haluttiin myös tietää sensoreiden hyviä ja huonoja puolia ympäristömittauksissa. Pienen kokonsa ja edullisen hintansa vuoksi niitä käytetään etenkin henkilökohtaisina kannettavina laitteina. Eri kaasuja mittaavia kennoja voidaan käyttää myös yhdessä, jolloin saadaan useampaa kaasua samanaikaisesti mittaava multisensorisysteemi. Kannettavien laitteiden lisäksi paljon käytössä on haluttuun mittauskohteeseen sijoitettavia laitteita, jotka mittaavat esimerkiksi happipitoisuutta.

Sähkökemiallisten kaasusensoreiden tutkimus ja kehitys liittyy etenkin niiden koon pienentämiseen ja soveltuvuuteen vaihteleviin ympäristöolosuhteisiin. Kehitystyöhön läheisesti liittyvät uusien materiaalien kehittäminen ja kokeilu. Erityistä huomiota ovat saaneet suolasulat (RTIL) ja nanomateriaalit. Sensoreita sovelletaan myös uusiin mittausympäristöihin esimerkiksi uudenlaisten laitekokoonpanojen avulla.