Célula eletroquímica
Uma célula eletroquímica é um dispositivo usado para criar uma força electromotriz num
condutor que separa duas reações. A corrente é provocada por reações que libertam e aceitam
electrões nas extremidades do condutor. O exemplo mais comum de célula eletroquímica é
uma simples pilha de 1,5 volts.
Sensores eletroquímicos
Os sensores eletroquímicos se baseiam em reações espontâneas de oxidação e redução, que
envolvem um determinado gás para medição de sua concentração. Estas reações geram a
circulação de uma corrente entre os eletrodos, a qual é proporcional a concentração do gás
que se deseja mensurar.
As células eletroquímicas são construídas de forma similar a uma bateria, sendo a principal
diferença a presença de uma membrana semipermeável de separação das fases líquida
(eletrólito) e gasosa (amostra de ar a ser medida). Esta membrana permite a difusão das
moléculas gasosas através do eletrólito, evitando ao mesmo tempo a evaporação do eletrólito.
A figura 1 ilustra uma célula eletroquímica de medição de oxigênio.
Figura 1 - Estrutura de um sensor eletroquímico de medição de Oxigênio
Para potencializar a ionização do gás que se deseja mesurar no eletrólito os eletrodos dos
sensores são construídos normalmente de metais como a Platina, o Ouro e a Prata em função
de suas propriedades de catalíticas.
A membrana de separação entre a fase líquida e gasosa dos sensores é feita através de
matérias porosos e hidrofóbicos. O material mais utilizado para este fim é PTFE (Poli Tetra
Flúor Etileno).
Dois tipos de sensores eltroquímocos são encontrados no mercado, sendo a principal
diferença entre eles a utilização de materias sólidos e gasosos a serem oxidados. Os sensores
que utilizam materiais sólidos têm sempre como produto da reação outro material solido, sendo
que os sensores que utilizam materiais gasosos podem ter como produto da reação materiais
líquidos ou gasosos. Exemplos dos dois tipos de sensores seriam o sensor de medição de
Oxigênio que usa como material para oxidação o chumbo (Pb) e seu produto é o Oxido de
Chumbo (PbO2) e o sensor de medição de Monóxido de Carbono (CO) que utiliza como
material a ser oxidado, o próprio Monóxido de Carbono (CO) e têm como produto o gás
carbonico (CO2). A figura 2 ilustra uma célula eletroquímica de medição de Monóxido de
Carbono (CO).
Todos os sensores eletroquímicos possuem uma dependência na temperatura, pois a maior
parte das reações eletroquímicas têm sua velocidade dependente da temperatura. Em função
disto a maior parte dos sensores eletroquímicos possuem sensores de temperatura associados
para promover a compensação.
Para leitura dos sinais provenientes dos sensores basta a medição da corrente que circula
através dos eletrodos. A resposta elétrica é linear com a concentração dos gases e a geração
dos sinais é expontânea (comportamento similar a de uma bateria). Para os sensores de
concentrações baixas é necessaria a amplificação adequeda do sinal pois em alguns casos a
geração de corrente pode ser muito baixa (próximo de 0,1 µA / ppm de gás).
Os sensores eletroquímicos são os sensores mais usados no mundo para medições de
concentrações gasosas, uma vez que alterando-se o eletrólito, os eletrodos e o material a ser
oxidado é possível a obtenção de sensores de medição de mais de 30 diferentes gases. A
maior aplicação destes sensores está voltada para analise de combustão Industrial e emissões
ambientais. A geração expontânea de corrente possibilita a confecção de analisadores de baixo
consumo tornando os sensores viáveis no uso em medidores fixos e portáteis.
