Substanță chimică ideală senzori sunt dispozitive portabile, ieftine și sigure, care reacționează cu selectivitate ideală și instantanee la un anumit analit în orice mediu preferat pentru a genera un semnal de ieșire măsurabil la orice concentrație necesară de analit. În general, acești senzori sunt dispozitive (sau) instrumente care decid concentrația, prezența detectabilă (sau) cantitatea analitului. Complexitatea de aplicare a senzorului chimic este legată de complexitățile tehnice legate de aceste determinări și de natura specifică a materialului chimic de analizat. Aspectele de selectivitate și sensibilitate ale detecției chimice pot fi afectate de aspectele dimensionale, de fază și temporale ale determinării preferate. Analitul poate fi disponibil într-o fază lichidă sau solidă pe diferite scale dimensionale, care variază de la litri în vrac până la picolitri. Acest articol oferă informații scurte despre a senzor chimic , funcționarea și aplicațiile sale.
Ce este un senzor chimic?
Un senzor care este folosit pentru a măsura și detecta cantități chimice dintr-un analit (compoziția, existența unui anumit element (sau) ion, activitate chimică, concentrație) pentru a-l converti în date electronice este cunoscut ca senzor chimic. Acești senzori sunt utilizați în principal în nenumărate aplicații, care includ sisteme de detectare la domiciliu, medicale, nanotehnologie și auto.
Structura senzorului chimic
Structura senzorului chimic este prezentată mai jos. Acest senzor este realizat cu două componente semnificative; receptorul sau materialul de detectare și traductorul. Materialul de detectare interacționează cu analitul țintă în moduri diferite, în funcție de tipul de senzor. Rezultatul acestei interacțiuni este transformarea unei proprietăți materiale, cum ar fi conductivitatea electrică și masa.
Următoarea componentă a acestui senzor este traductor , care este responsabil pentru preluarea datelor chimice ale interacțiunii dintre receptor și analit și schimbarea acestora într-un semnal electronic. După aceea, aceste date sunt date unui computer (sau) unei componente mecanice.
Senzorul chimic funcționează pe principiul reacției electrochimice pentru a converti compoziția și concentrația compușilor chimici organici și anorganici în semnale electrice.
Circuitul senzorului chimic și funcționarea acestuia
Acest circuit descrie modul în care funcționează senzorul de monoxid de carbon. Acest senzor are trei electrozi care sunt scufundați într-un electrolit lichid. Acești trei electrozi sunt în principal electrodul de lucru, contraelectrodul și electrodul de referință, dar cel mai important electrod este electrodul de lucru. Acest electrod este fabricat din platină, care este un metal catalitic la monoxidul de carbon susținut de o membrană permeabilă la gaz, deși hidrofobă. Monoxidul de carbon gazos difuzează prin membrana poroasă și este oxidat electrochimic.
Electronii implicați în fluxul de reacție electrochimică de la electrod produc semnalul de ieșire al senzorului. Electrodul de referință oferă un potențial electrochimic stabil în electrolit. Acest electrod este protejat pur și simplu de expunerea la gazul monoxid de carbon, astfel, potențialul său termodinamic este întotdeauna similar și rămâne stabil. În plus, nu este permisă curgerea curentului prin electrodul de referință. Este prevăzut un contraelectrod pentru a completa circuitul celulei electrochimice.
Acest electrod funcționează doar ca a doua jumătate de celulă și lasă electronii să intre sau să se îndepărteze de electrolit. Circuitul de mai jos controlează potențialul electrodului de lucru și schimbă curentul semnalului la o tensiune cunoscută sub numele de potențiostat. Curentul de la WE (electrodul de lucru) este schimbat la o tensiune prin amplificatorul operațional U2. Deci, acest circuit menține tensiunea electrodului de lucru la potențialul de polarizare (Vbias). Potențialul RE (electrod de referință) este comparat cu tensiunea constantă de intrare (Vbias). Op-amp-ul U1 din circuit generează o tensiune la CE (contra electrod) care este adecvată pentru a genera un curent care este exact echivalent și invers cu curentul electrodului de lucru. Simultan, o tensiune constantă poate fi menținută între electrodul de lucru și electrodul de referință.
Senzorul de monoxid de carbon este echipat și printr-un filtru selectiv chimic care elimină gazele potențiale interferente înainte ca acestea să ajungă la electrodul de lucru. Dacă filtrul selectiv chimic funcționează corect, senzorul chimic va avea un răspuns mai mic la gazele interferente. Tehnologia explicată mai sus poate fi modificată pentru a oferi senzori care reacționează la diferitele gaze. Deci, acest lucru poate fi realizat cu diferiți electrozi de lucru, cu potențiale de polarizare a filtrelor chimice selective.
Tipuri de senzori chimici
Există diferite tipuri de senzori chimici care sunt discutați mai jos.
Etilotest
Un etilotest este un senzor chimic folosit pentru a estima BAC (conținutul de alcool în sânge) dintr-o probă de respirație. Ori de câte ori oamenii beau alcool, atunci ei expiră o anumită cantitate de molecule de alcool, care este direct proporțională cu cantitatea pe care o beau. Deci, acest senzor este conceput în special pentru a măsura frecvent BAC-ul unei persoane pentru a decide dacă conduce un vehicul în siguranță sau nu. Odată ce moleculele de alcool interacționează prin receptor, atunci ele întâlnesc încă o substanță chimică închisă în receptor, cum ar fi acidul sulfuric, nitratul de argint, apa și dicromatul de potasiu. Când este recunoscută diferența chimică dintre cele două camere, un semnal electric poate fi generat și indicat prin acul sau ecranul său.
Senzor de dioxid de carbon
Un senzor de dioxid de carbon este cunoscut și sub numele de a Senzor CO2 care este folosit pentru măsurarea gazului CO2. Principiile comune pentru acest senzor sunt senzorii de gaz cu infraroșu și senzorii de gaz chimic. Deci, măsurarea gazului CO2 este semnificativă în observarea calității aerului din interior, a funcției plămânilor sub forma dispozitivului capnograf și a diferitelor zone industriale.
Detector de monoxid de carbon
Un detector de monoxid de carbon este un dispozitiv folosit pentru a detecta prezența gazului CO pentru a evita otrăvirea cu monoxid de carbon. Monoxidul de carbon este un gaz incolor, inodor și fără gust, produs prin aprinderea parțială a materialelor care conțin carbon. Nivelurile ridicate ale acestui gaz pot fi foarte periculoase pentru oameni pe baza cantității prezente și a duratei expunerii. Acești detectoare sunt concepute în principal pentru a măsura nivelurile de CO în cele din urmă și pentru a da o alarmă înainte ca nivelurile periculoase de CO să se acumuleze în împrejurimi, oferind oamenilor suficientă avertizare pentru a împrospăta în siguranță zona sau a pleca.
Nas electronic
Un nas electronic sau e-nose este un dispozitiv folosit pentru detectarea aromelor sau mirosurilor. Acesta este capabil să reproducă simțurile umane cu matrice de senzori și sisteme de recunoaștere a modelelor. Deci etapele procesului de recunoaștere sunt legate de olfactiv uman și sunt efectuate pentru, comparație, identificare, cuantificare și alte aplicații precum; stocarea și recuperarea datelor. Etapele procesului de recunoaștere sunt similare cu olfactiv uman și sunt efectuate pentru identificare, comparare, cuantificare și alte aplicații, inclusiv stocarea și recuperarea datelor.
Senzor Nanorod de oxid de zinc
Un senzor de nanorod de oxid de zinc (senzor de nanorod ZnO) este un dispozitiv optic sau electronic utilizat pentru a detecta prezența moleculelor lichide sau a anumitor gaze în atmosfera ambiantă. Acest senzor chimic folosește o suprafață îmbunătățită pentru toate materialele de dimensiuni nanometrice, cum ar fi nanorodulele de ZnO. Absorbția moleculelor de pe nanorods poate fi detectată prin diferențe în proprietățile nanorods, cum ar fi fotoluminiscența, frecvența vibrațiilor, conductivitatea electrică, masa, etc. Cea mai simplă și populară metodă este de a trece curentul electric prin nanorods și de a monitoriza modificările acestuia la expunerea la gaz.
Senzor potențiometric
Un senzor potențiometric este un fel de senzor chimic folosit pentru a afla concentrația analitică a unor componente din soluția (sau) gazul analitic. Acest senzor măsoară potențialul electric al unui electrod atunci când nu există tensiune. Acest senzor are multe beneficii, cum ar fi simplitatea și rentabilitatea în comparație cu instrumentele analitice convenționale. Deci, acești senzori pot fi utilizați în diferite domenii, cum ar fi alimentația, sănătatea, agricultura, monitorizarea calității alimentelor, monitorizarea calității apei, monitorizarea sănătății, monitorizarea mediului etc.
Senzor de hidrogen
Un senzor de hidrogen este un tip de senzor; folosit pentru a detecta prezența hidrogenului gazos în diverse domenii. Acești senzori sunt ieftini, durabili, compacti și foarte ușor de întreținut în comparație cu alți senzori de gaz. Hidrogenul este incolor, insipid și un gaz inodor. Acest senzor trebuie utilizat pentru a detecta conținutul de hidrogen din mediu și pentru a monitoriza scurgerile de gaz. Acest senzor este utilizat în detectoarele de hidrogen pentru a detecta scurgerile de gaz.
Senzor fluorescent de clorură
Senzorul de clorură fluorescent este un tip de senzor chimic utilizat pentru analiza chimică, pentru a măsura transportul clorurii prin membranele celulare pentru a ajusta volumul celulei, echilibrul de încărcare, excitabilitatea membranei și potențialul de repaus. Acestea sunt, de asemenea, utilizate în principal pentru diagnosticul fibrozei chistice. Descoperirile de participare a clorurii (Cl−) în procesele fiziologice stimulează măsurătorile intracelulare de Cl− în celulele vii și dezvoltarea instrumentelor fluorescente.
Diferență B/N Senzor chimic și biosenzor
Diferența dintre senzorii chimici și biosenzorii include următoarele.
| Senzor chimic | Biosenzor |
| Un senzor chimic este un analizor. | A biosenzor este un dispozitiv analitic, |
| Este folosit pentru a converti un semnal chimic în unul electric. | Este folosit pentru a detecta o substanță chimică care îmbină o componentă biologică printr-un detector fizico-chimic. |
| Acest senzor folosește un receptor și un traductor. | Acest senzor folosește componente biologice și fizice. |
| Senzorii chimici măsoară și caracterizează compușii chimici. | Biosenzorii măsoară și caracterizează materialele organice. |
| Exemple de senzori chimici sunt; etilotest, senzori electrochimici de gaze și senzori de monoxid de carbon. | Exemple de biosenzori sunt; Teste de sarcină și senzori de monitorizare a glucozei. |
| Acești senzori sunt utilizați în monitorizarea mediului, industria alimentară, industria minieră, detectarea medicală, siguranța apărării, bioinginerie etc. | Biosenzorii sunt utilizați pentru monitorizarea bolilor, detectarea poluanților, descoperirea medicamentelor, microorganismele care cauzează boli etc. |
Avantaje dezavantaje
Avantajele senzorilor chimici includ următoarele.
- Senzorul chimic oferă răspunsuri rapide la diferite gaze și vapori.
- Acestea sunt accesibile.
- Senzorii chimici sunt foarte ușor de utilizat și portabili
- Acestea nu sunt scumpe.
Dezavantajele unui senzor chimic includ următoarele.
- Acești senzori sunt îngusti (sau) intervalul lor de temperatură este limitat.
- Acest senzor nu poate îndeplini toate cerințele de monitorizare ecologică.
- Are un termen de valabilitate limitat.
Aplicații ale senzorilor chimici
The aplicații ale senzorilor chimici includ următoarele.
- Senzorii chimici au aplicații semnificative în detectarea medicală, monitorizarea mediului în industria alimentară, bioinginerie, siguranța apărării și industria minieră.
- Aplicațiile senzorilor chimici includ în principal siguranța, îngrijirea critică, igiena industrială, controalele calității produselor, controalele proceselor etc.
- Acest senzor ajută la măsurarea și detectarea calităților chimice dintr-un analit.
- Acestea sunt folosite în medicină, securitatea casei, poluarea mediului etc.
- Detecția chimică este utilizată într-o gamă largă de discipline precum; analiză electrochimică, măsurare biomedicală, monitorizarea poluării și control industrial.
- Acești senzori au diverse aplicații pentru a monitoriza poluarea și detectarea contaminanților.
Vă rugăm să consultați aceasta pentru mai mulți senzori chimici și interfețele acestora;
- Senzor de gaz metan MQ4.
- Senzor de gaz hidrogen MQ8.
Astfel, aceasta este o prezentare generală a unei substanțe chimice senzor, structură, lucru g, circuit, tipuri, diferențe, avantaje, dezavantaje și aplicații. Acești senzori sunt dispozitive, utilizate pentru conversia unui semnal chimic în unul analitic. Aici, semnalul chimic poate fi format printr-o interacțiune selectivă între un material de detectare situat în senzor și un analit țintă. Exemple de senzori chimici sunt; Detectoare de monoxid de carbon, detectoare de glucoză, țânțari, teste de sarcină, etc. Iată o întrebare pentru tine, ce este un biosenzor?
