Ideális vegyszer érzékelők hordozható, olcsó és bolondbiztos eszközök, amelyek ideális és azonnali szelektivitással reagálnak egy adott analitra bármely előnyben részesített közegben, hogy mérhető kimeneti jelet generáljanak bármely szükséges analitkoncentrációnál. Általában ezek az érzékelők olyan eszközök (vagy műszerek), amelyek meghatározzák a koncentrációt, a kimutatható jelenlét (vagy) az analit mennyiségét. A kémiai szenzor alkalmazásának bonyolultsága összefügg az ezen meghatározásokhoz kapcsolódó technikai bonyolultságokkal és az elemezni kívánt vegyi anyag sajátos természetével. A kémiai érzékelés szelektivitási és érzékenységi vonatkozásait befolyásolhatják az előnyben részesített meghatározás dimenziói, fázis- és időbeli vonatkozásai. Az analit folyékony vagy szilárd fázisban, különböző méretarányokban áll rendelkezésre, amelyek az ömlesztett literektől a pikoliterekig terjednek. Ez a cikk rövid tájékoztatást nyújt a kémiai érzékelő , működése és alkalmazásai.
Mi az a kémiai érzékelő?
Az a szenzor, amelyet az analiton belüli kémiai mennyiségek mérésére és kimutatására használnak (összetétel, egy adott elem (vagy ion) létezése, kémiai aktivitás, koncentráció), hogy azt elektronikus adatokká alakítsák át, kémiai érzékelőnek nevezik. Ezeket az érzékelőket főként számtalan alkalmazásban használják, beleértve az otthoni érzékelőrendszereket, az orvostudományt, a nanotechnológiát és az autógyártást.
A kémiai érzékelő szerkezete
A kémiai érzékelő felépítése az alábbiakban látható. Ez az érzékelő két jelentős komponensből áll; a receptor vagy az érzékelő anyag és a transzducer. Az érzékelő anyag az érzékelő típusától függően különböző módon lép kölcsönhatásba a célanalittal. Ennek a kölcsönhatásnak az eredménye egy olyan anyagtulajdonság átalakulása, mint az elektromos vezetőképesség és a tömeg.
Ennek az érzékelőnek a következő alkatrésze a transzduktor , amely a receptor és az analit közötti kölcsönhatás kémiai adatainak átvételéért és elektronikus jellé alakításáért felelős. Ezt követően ezeket az adatokat egy számítógép (vagy) egy mechanikai alkatrész kapja.
A kémiai érzékelő az elektrokémiai reakció elvén működik, és átalakítja a szerves és szervetlen kémiai vegyületek összetételét és koncentrációját elektromos jelekké.
Vegyi érzékelő áramkör és működése
Ez az áramkör leírja a szén-monoxid-érzékelő működését. Ennek az érzékelőnek három elektródája van, amelyeket folyékony elektrolitba merítenek. Ez a három elektróda főként a munkaelektróda, az ellenelektróda és a referenciaelektróda, de a legfontosabb elektróda a munkaelektróda. Ez az elektróda platinából készül, amely katalitikus fémből szén-monoxidot képez, amelyet egy gázáteresztő, bár hidrofób membrán támaszt alá. A szén-monoxid gáz átdiffundál a porózus membránon és elektrokémiai úton oxidálódik.
Az elektródáról az elektrokémiai reakcióban részt vevő elektronok állítják elő az érzékelő kimeneti jelét. A referenciaelektróda stabil elektrokémiai potenciált biztosít az elektrolitban. Ez az elektróda egyszerűen védett a szén-monoxid gáz hatásától, így termodinamikai potenciálja mindig hasonló és stabil marad. Ezen túlmenően, nem szabad áramot folyni a referenciaelektródán. Az elektrokémiai cella áramkörét ellenelektródával egészítik ki.
Ez az elektróda csak második félcellaként működik, és lehetővé teszi az elektronok bejutását az elektrolitba vagy onnan. Az alábbi áramkör a munkaelektróda potenciálját szabályozza, és a jeláramot potenciosztátként ismert feszültségre változtatja. A WE-ből (munkaelektródából) érkező áram az U2 op-ampon keresztüli feszültségre változik. Tehát ez az áramkör fenntartja a munkaelektróda feszültségét az előfeszítési potenciálon (Vbias). Az RE (referenciaelektróda) potenciált az állandó bemeneti feszültséggel (Vbias) hasonlítjuk össze. Az áramkörben lévő U1 op-amp feszültséget hoz létre a CE-n (ellenelektródán), amely elegendő egy olyan áram létrehozásához, amely pontosan megegyezik a munkaelektróda áramával. Ezzel egyidejűleg állandó feszültség tartható fenn a munkaelektróda és a referenciaelektróda között.
A szén-monoxid-érzékelő egy kémiailag szelektív szűrőn keresztül is fel van szerelve, amely kiküszöböli a potenciálisan zavaró gázokat, mielőtt azok a munkaelektródához érnének. Ha a kémiailag szelektív szűrő megfelelően működik, a vegyi érzékelő kevésbé reagál a zavaró gázokra. A fent ismertetett technológia módosítható úgy, hogy olyan érzékelőket biztosítson, amelyek reagálnak a különböző gázokra. Tehát ez különböző munkaelektródákkal, kémiailag szelektív szűrőkkel valósítható meg előfeszítő potenciállal.
Kémiai érzékelő típusok
Különféle típusú kémiai érzékelők léteznek, amelyeket az alábbiakban tárgyalunk.
Alkoholszonda
Az alkoholszonda egy kémiai érzékelő, amely a BAC (véralkohol-tartalom) becslésére szolgál a leheletmintából. Amikor az emberek alkoholt isznak, akkor bizonyos mennyiségű alkoholmolekulát lélegeznek ki, ami egyenesen arányos az elfogyasztott mennyiséggel. Ezért ezt az érzékelőt kifejezetten arra tervezték, hogy gyakran mérje meg a személy vércukorszintjét annak eldöntésére, hogy biztonságosan vezet-e vagy sem. Amint az alkoholmolekulák kölcsönhatásba lépnek a receptoron keresztül, akkor még egy, a receptorba zárt kémiai anyaggal találkoznak, mint a kénsav, ezüst-nitrát, víz és kálium-dikromát. Ha felismerjük a két kamra közötti kémiai eltérést, elektromos jel generálható és jelezhető a tűn vagy a képernyőn keresztül.
Szén-dioxid érzékelő
A szén-dioxid-érzékelőt más néven a CO2 érzékelő amelyet CO2 gáz mérésére használnak. Ennek az érzékelőnek a közös elve az infravörös gázérzékelők és a kémiai gázérzékelők. Tehát a CO2 gáz mérése jelentős a beltéri levegő minőségének, a kapnográf készülékben a tüdő működésének és a különböző ipari területeknek a megfigyelésében.
Szén-monoxid érzékelő
A szén-monoxid-érzékelő egy olyan eszköz, amely érzékeli a CO-gáz jelenlétét, hogy elkerülje a szén-monoxid-mérgezést. A szén-monoxid egy színtelen, szagtalan és íztelen gáz, amelyet széntartalmú anyagok részleges meggyújtásával állítanak elő. Ennek a gáznak a magas szintje nagyon veszélyes lehet az emberre a jelen lévő mennyiség és az expozíció időtartama alapján. Ezeket az érzékelőket elsősorban arra tervezték, hogy mérjék a CO-szintet, és riasztást adjanak, mielőtt veszélyes CO-szint keletkezne a környezetben, így elegendő figyelmeztetést adva az embereknek a terület biztonságos felfrissítésére vagy elhagyására.
Elektronikus orr
An elektronikus orr vagy az e-nose ízek vagy szagok észlelésére szolgáló eszköz. Ez képes az emberi érzékszervek reprodukálására érzékelő tömbökkel és mintafelismerő rendszerekkel. Tehát a felismerési folyamat szakaszai az emberi szagláshoz kapcsolódnak, és összehasonlításra, azonosításra, számszerűsítésre és más alkalmazásokra, például; adattárolás és visszakeresés. A felismerési folyamat szakaszai hasonlóak az emberi szagláshoz, és azonosításra, összehasonlításra, számszerűsítésre és egyéb alkalmazásokra, beleértve az adattárolást és -visszakeresést, hajtják végre.
Cink oxid nanorod érzékelő
A cink-oxid nanorúd érzékelő (ZnO nanorúd érzékelő) egy optikai vagy elektronikus eszköz, amelyet folyékony molekulák vagy bizonyos gázok jelenlétének kimutatására használnak a környezeti atmoszférában. Ez a kémiai érzékelő megnövelt felületet használ minden nanoméretű anyaghoz, például a ZnO nanorudakhoz. A nanorudakon a molekulák abszorpciója kimutatható a nanorudak tulajdonságainak különbségein keresztül, mint például a fotolumineszcencia, a rezgési frekvencia, az elektromos vezetőképesség, a tömeg stb. A legegyszerűbb és legnépszerűbb módszer az elektromos áram átvezetése a nanorudakon, és a változások nyomon követése gáz.
Potenciometrikus érzékelő
A potenciometrikus érzékelő egyfajta kémiai érzékelő, amelyet arra használnak, hogy megtudják az analitikai gáz (vagy) oldatában lévő egyes komponensek analitikai koncentrációját. Ez az érzékelő méri az elektróda elektromos potenciálját, amikor nincs feszültség. Ennek az érzékelőnek számos előnye van, mint például az egyszerűség és a költséghatékonyság a hagyományos analitikai műszerekhez képest. Tehát ezek az érzékelők különböző területeken használhatók, mint például az élelmiszeripar, az egészségügy, a mezőgazdaság, az élelmiszer-minőség-ellenőrzés, a vízminőség-ellenőrzés, az egészségügyi megfigyelés, a környezeti megfigyelés stb.
Hidrogén érzékelő
A hidrogén-érzékelő egyfajta érzékelő; hidrogéngáz jelenlétének kimutatására használják különböző területeken. Ezek az érzékelők olcsók, tartósak, kompaktak és nagyon egyszerűen karbantarthatók, összehasonlítva más gázérzékelőkkel. A hidrogén színtelen, íztelen és szagtalan gáz. Ezt az érzékelőt kell használni a környezet hidrogéntartalmának észlelésére és a gázszivárgás figyelésére. Ezt az érzékelőt hidrogéngáz-érzékelőkben használják gázszivárgás észlelésére.
Fluoreszkáló klorid érzékelő
A fluoreszcens klorid érzékelő egyfajta kémiai érzékelő, amelyet kémiai elemzéshez használnak, a sejtmembránokon keresztüli klorid transzport mérésére, a sejttérfogat, a töltésegyensúly, a membrán ingerlékenységének és a nyugalmi potenciál beállítására. Ezeket főként a cisztás fibrózis diagnosztizálására is használják. A klorid (Cl−) részvételével kapcsolatos felfedezések a fiziológiai folyamatokon belül serkentik az intracelluláris Cl− méréseket élő sejtekben és a fluoreszcens eszközök fejlesztését.
Különbség a fekete-fehér kémiai érzékelő és a bioszenzor között
A kémiai érzékelők és a bioszenzorok közötti különbség a következőket tartalmazza.
| Vegyi érzékelő | Bioszenzor |
| A kémiai érzékelő egy elemző. | A bioszenzor egy analitikai eszköz, |
| A kémiai jel elektromos jellé alakítására szolgál. | Olyan vegyi anyagok kimutatására szolgál, amelyek egy fiziko-kémiai detektoron keresztül egyesítenek egy biológiai komponenst. |
| Ez az érzékelő egy receptort és egy jelátalakítót használ. | Ez az érzékelő biológiai és fizikai összetevőket használ. |
| A kémiai érzékelők mérik és jellemzik a kémiai vegyületeket. | A bioszenzorok mérik és jellemzik a szerves anyagokat. |
| Példák a kémiai érzékelőkre: alkoholszondák, elektrokémiai gázérzékelők és szén-monoxid-érzékelők. | Példák a bioszenzorokra: Terhességi tesztek és glükóz-monitorozó érzékelők. |
| Ezeket az érzékelőket a környezeti megfigyelésben, az élelmiszeriparban, a bányászatban, az orvosi detektálásban, a védelmi biztonságban, a biomérnöki munkában stb. | A bioszenzorokat betegségek megfigyelésére, szennyező anyagok kimutatására, gyógyszerkutatásra, betegséget okozó mikroorganizmusok felderítésére használják, stb. |
Előnyök hátrányok
A kémiai érzékelők előnyei a következők.
- A vegyi érzékelő gyorsan reagál a különböző gázokra és gőzökre.
- Ezek megfizethetőek.
- A kémiai érzékelők nagyon egyszerűen használhatók és hordozhatók
- Ezek nem drágák.
A kémiai érzékelő hátrányai a következők.
- Ezek az érzékelők szűkek (vagy) korlátozott a hőmérséklet-tartományuk.
- Ez az érzékelő nem képes minden ökológiai felügyeleti szükségletet kielégíteni.
- Korlátozott eltarthatósági idővel rendelkezik.
Vegyi érzékelők alkalmazásai
A kémiai érzékelők alkalmazásai a következőket tartalmazzák.
- A kémiai érzékelők jelentős felhasználási területei vannak az orvosi detektálásban, az élelmiszeripar környezeti megfigyelésében, a biomérnöki tudományokban, a védelmi biztonságban és a bányászatban.
- A vegyi érzékelő alkalmazások főként a biztonságot, a kritikus gondozást, az ipari higiéniát, a termékminőség-ellenőrzést, a folyamatszabályozást stb.
- Ez az érzékelő segít mérni és kimutatni az analit kémiai tulajdonságait.
- Ezeket használják az orvostudományban, a lakásbiztonságban, a környezetszennyezésben stb.
- A kémiai érzékelést számos tudományágban használják, mint pl. elektrokémiai elemzés, orvosbiológiai mérés, szennyezésfigyelés és ipari ellenőrzés.
- Ezeknek az érzékelőknek különféle alkalmazásai vannak a szennyezés és szennyeződések észlelésére.
Kérjük, olvassa el ezt a további kémiai érzékelőkért és azok interfészeiért;
- MQ4 metángáz érzékelő.
- MQ8 hidrogéngáz érzékelő.
Így ez egy vegyi anyag áttekintése érzékelő, szerkezet, munkavégzés g, áramkör, típusok, különbségek, előnyök, hátrányok és alkalmazások. Ezek az érzékelők olyan eszközök, amelyek kémiai jeleket analitikussá alakítanak. Itt a kémiai jel az érzékelőben található érzékelő anyag és a célanalit közötti szelektív kölcsönhatás révén alakítható ki. Példák a kémiai érzékelőkre: Szén-monoxid detektorok, glükóz detektorok, szúnyogok, terhességi tesztek, stb. Itt egy kérdés, hogy mi az a bioszenzor?
