土壤pH值在线检测传感器及含水量对其检测性能影响研究
发布时间：2021-12-24 04:38
土壤氢离子浓度（pH值）对土壤肥力和养分具有重要影响,在作物生长过程中对土壤pH值进行在线检测并给予精准调控,对降低栽培生产成本,增加产量,实现数字农业具有重要意义。本文针对土壤pH值在线检测受土壤水分影响,现有传感器无法满足土壤pH值在线检测要求,导致在线检测准确性差问题,综合国内外pH传感器研究现状,通过微观模拟和宏观试验相结合的方法,研究锑电极对土壤微溶液pH值电化学响应过程及机理,制备一种锑电极pH传感器,揭示土壤含水量对pH传感器的响应特性影响规律,构建含水量修正模型,提高pH值在线检测性能。主要研究内容如下:（1）锑电极传感器对土壤pH值检测理论分析。通过锑电极对土壤微溶液pH值电化学反应过程和响应理论分析得到:锑电极传感器输出电势模型,在25oC下,锑电极理论能斯特响应为59.2mV/pH;电极制备工艺和检测溶液环境是影响锑电极传感器输出电势的主要因素。通过土壤多相混合性质、土壤水盐扩散规律和双电层理论分析可知,增加土壤含水量,增大了土壤扩散系数,提高了锑电极电化学响应的准确性。（2）土壤含水量对锑电极检测性能影响的分子模拟研究。基于分子动力学理论模...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电化学pH传感器检测示意图
金属/金属氧化物pH传感器研究现状目前金属/金属氧化物pH传感器的研究多集中在pH敏感电极材料的研究。自从Fox和Buck首次提出金属/金属氧化物作为pH传感器中的敏感电极，揭示其响应机理之后[26]，各类金属/金属氧化物先后被应用于制备pH敏感电极。电极材料主要为过渡元素，包括Ir/IrO2、Ru/RuO2、Sb/Sb2O3、Zr/ZrO2和W/WO3等，除此之外，某些钙钛材料和混合氧化物也可用于制备pH传感器，例如TiO2、SnO2、CeO2、Bi2O3-Nb2O5、钛酸锂(LLTO)和氧化锆(YSZ)等[27-29]。(a)Ir/IrOx-pH传感器(b)TiO2pH传感器图1.2金属/金属氧化物pH传感器Figure1.2Metal/metaloxidepHsensor在金属/金属氧化物作为敏感电极应用方面，2009年，杜宝中等人研究了全固态复合Ir/IrOx-pH传感器，响应斜率56±1.0mV/pH，与玻璃电极对照，△pH≤0.1，实现了非饱和水溶液下pH值测量，全固态复合Ir/IrOx-pH传感器示意图如图1.2（a）所示[30]。2019年，YangChih-Chiang等人用过水热法在掺氟氧化锡衬底上制备TiO2纳米结构，在2-12的pH范围内测量TiO2纳米pH传感器性
土壤pH值在线检测传感器及含水量对其检测性能影响研究6基质含水量补偿模型。图1.3pH传感器温度补偿前后对比图Figure1.3ComparisonchartofpHsensorbeforeandaftertemperaturecompensation综上可知，目前常用于pH传感器的的补偿方法主要包括回归分析法、硬件补偿法、机器学习和差值拟合的方法。通过补偿模型修正后，提高了pH传感器对环境的适应性。回归分析法通过对比变量之间的相互依赖关系，分析其变化规律，具有原理简单，数据需求少，补偿精度高等优点。本文选用二元回归分析方法进行土壤pH值在线检测含水量补偿。1.3主要研究内容与技术路线1.3.1研究目标目前，pH传感器对土壤环境适应性差，对土壤pH值在线检测存在影响因素多，准确度差的问题，本文拟通过锑电极对土壤微溶液pH值电化学响应过程的研究，揭示锑电极对土壤微溶液pH值敏感的机理；通过研究制备一种锑电极pH传感器，研究土壤含水量对pH传感器检测性能的影响，揭示pH传感器受土壤水分影响规律，构建pH值在线检测含水量修正模型，解决pH值在线检测，准确性不足的问题，实现土壤微溶液环境下pH值在线检测。1.3.2研究内容研究锑电极对土壤微溶液pH值电化学响应过程及机理，制备一种锑电极pH传感器，通过微观模拟和宏观试验相结合的方法研究土壤含水量对pH传感器的
本文编号：3549833
【文章来源】：江苏大学江苏省
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【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电化学pH传感器检测示意图
金属/金属氧化物pH传感器研究现状目前金属/金属氧化物pH传感器的研究多集中在pH敏感电极材料的研究。自从Fox和Buck首次提出金属/金属氧化物作为pH传感器中的敏感电极，揭示其响应机理之后[26]，各类金属/金属氧化物先后被应用于制备pH敏感电极。电极材料主要为过渡元素，包括Ir/IrO2、Ru/RuO2、Sb/Sb2O3、Zr/ZrO2和W/WO3等，除此之外，某些钙钛材料和混合氧化物也可用于制备pH传感器，例如TiO2、SnO2、CeO2、Bi2O3-Nb2O5、钛酸锂(LLTO)和氧化锆(YSZ)等[27-29]。(a)Ir/IrOx-pH传感器(b)TiO2pH传感器图1.2金属/金属氧化物pH传感器Figure1.2Metal/metaloxidepHsensor在金属/金属氧化物作为敏感电极应用方面，2009年，杜宝中等人研究了全固态复合Ir/IrOx-pH传感器，响应斜率56±1.0mV/pH，与玻璃电极对照，△pH≤0.1，实现了非饱和水溶液下pH值测量，全固态复合Ir/IrOx-pH传感器示意图如图1.2（a）所示[30]。2019年，YangChih-Chiang等人用过水热法在掺氟氧化锡衬底上制备TiO2纳米结构，在2-12的pH范围内测量TiO2纳米pH传感器性
土壤pH值在线检测传感器及含水量对其检测性能影响研究6基质含水量补偿模型。图1.3pH传感器温度补偿前后对比图Figure1.3ComparisonchartofpHsensorbeforeandaftertemperaturecompensation综上可知，目前常用于pH传感器的的补偿方法主要包括回归分析法、硬件补偿法、机器学习和差值拟合的方法。通过补偿模型修正后，提高了pH传感器对环境的适应性。回归分析法通过对比变量之间的相互依赖关系，分析其变化规律，具有原理简单，数据需求少，补偿精度高等优点。本文选用二元回归分析方法进行土壤pH值在线检测含水量补偿。1.3主要研究内容与技术路线1.3.1研究目标目前，pH传感器对土壤环境适应性差，对土壤pH值在线检测存在影响因素多，准确度差的问题，本文拟通过锑电极对土壤微溶液pH值电化学响应过程的研究，揭示锑电极对土壤微溶液pH值敏感的机理；通过研究制备一种锑电极pH传感器，研究土壤含水量对pH传感器检测性能的影响，揭示pH传感器受土壤水分影响规律，构建pH值在线检测含水量修正模型，解决pH值在线检测，准确性不足的问题，实现土壤微溶液环境下pH值在线检测。1.3.2研究内容研究锑电极对土壤微溶液pH值电化学响应过程及机理，制备一种锑电极pH传感器，通过微观模拟和宏观试验相结合的方法研究土壤含水量对pH传感器的
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