Orbisphere 수소센서 원리

서론

원자력 발전소에서의 물의 화학적 처리 과정, 화학 발전소의 부식에서 발생하는 수소, 프로세서에 쓰이는 수소, 또는 제너레이타의 고정자 냉각수에서처럼 수소가 쓰이는 경우에는 언제나 안전 때문에 또는 품질관리를 위하여 수소치를 정확히 감시할 필요가 있습니다.

우리는 여기에서 Orbisphere사가 Clark Cell 원리를 성공적으로 수소 센서에 적용하여 개발한 내용을 설명하고자 합니다.

Orbisphere 수소 측정 Cell은 앞장의 Electrochemical 산소 Cell과 유사합니다.
Cell은 다음의 요소로 구성되어 있습니다.

-- 백금으로된 양극

-- 염화은 도금된 은으로 만든 음극

-- 가드링 전극 (백금)

-- 전해액 (불화나트륨(Sodium Fluoride)과 불화수소(Hydrogrn Fluoride) 용액)

-- 멤브레인 (Teflon, Saran, Tedlar)

-- 플라스틱 제의 멤브레인 서포트

멤브레인을 통과하여 측정실로 들어가는 수소는 전해액에 용해된다. 이것은 애노드에서 반응을 일으켜 측정실에 들어오는 수소량에 비례하여 측정 가능한 수소를 발생시킨다.

측정실에 들어오는 수소량은 멤브레인 외부의 수소의 분압 즉 이산율에 비례한다.

측정실의 화학 반응은 전극에서 일어나는 두개의 각 반응으로 되어 있습니다.
순 백금(99.99%)의 양극에서의 전극 반응은 다음과 같은 화학반응을 일으킨다.

H₂ --> 2H⁺ + 2e^-

수소 분자는 양극에서 즉시 전자를 방출하여 2개의 양성자와 2개의 전자를 생성합니다.

동시에 금속 이온이 음극에서 방출되어 금속 원자가 되고 측정실내에 전기적 중성이 유지되게 합니다.

2 AgCl + 2e^- --> 2 Ag + 2 Cl^-

염화은 도금이 은과 염소 이온으로 환원된다.

양극에서 외부 회로를 통하여 음극으로 이동하는 전자 e^-의 흐름은 샘플 내의 수소 분압에 비례하는 측정 가능한 전류를 만들어 낸다.

금속 부분을 통한 전자와 전해액을 통한 이온에 의해 전하의 흐름이 이루어진다. 물 속에서 Sodium Fluoride와 Hydrogen Fluoride로 되어 있는 전해액은 전류가 흐르는데 필요한 이온을 제공해 준다. 수소의 전자 방출 때문에 양극에서 발생한 수소이온은 음극에서 방출된 염소 이온과 중화된다.