Idealny środek chemiczny czujniki to przenośne, niedrogie i niezawodne urządzenia, które reagują z idealną i natychmiastową selektywnością na konkretny analit w dowolnym preferowanym medium, generując mierzalny sygnał wyjściowy przy dowolnym wymaganym stężeniu analitu. Ogólnie rzecz biorąc, czujniki te są urządzeniami (lub) instrumentami, które decydują o stężeniu, wykrywalnej obecności (lub) ilości analitu. Złożoność zastosowania czujnika chemicznego wiąże się ze złożonością techniczną związaną z tymi oznaczeniami i specyfiką analizowanego materiału chemicznego. Na aspekty selektywności i czułości wykrywania chemicznego mogą wpływać aspekty wymiarowe, fazowe i czasowe preferowanego oznaczenia. Analit może być dostępny w fazie ciekłej lub stałej w różnych skalach wymiarowych, które wahają się od litrów masowych do pikolitrów. W tym artykule znajdują się krótkie informacje na temat a czujnik chemiczny , jego działanie i zastosowania.
Co to jest czujnik chemiczny?
Czujnik używany do pomiaru i wykrywania ilości chemicznych w analicie (skład, istnienie określonego pierwiastka (lub) jonu, aktywność chemiczna, stężenie) w celu przekształcenia ich w dane elektroniczne nazywany jest czujnikiem chemicznym. Czujniki te są wykorzystywane głównie w niezliczonych zastosowaniach, w tym w domowych systemach wykrywania, medycynie, nanotechnologii i motoryzacji.
Struktura czujnika chemicznego
Poniżej przedstawiono strukturę czujnika chemicznego. Czujnik ten składa się z dwóch istotnych elementów; receptor lub materiał czujnikowy i przetwornik. Materiał czujnikowy oddziałuje z docelowym analitem na różne sposoby, w zależności od typu czujnika. Wynikiem tej interakcji jest transformacja właściwości materiału, takich jak przewodność elektryczna i masa.
Kolejnym elementem tego czujnika jest transduktor , który jest odpowiedzialny za pobieranie danych chemicznych dotyczących interakcji między receptorem a analitem i przekształcanie ich w sygnał elektroniczny. Następnie dane te są przekazywane do komputera (lub) elementu mechanicznego.
Czujnik chemiczny działa na zasadzie reakcji elektrochemicznej, przekształcając skład i stężenie organicznych i nieorganicznych związków chemicznych na sygnały elektryczne.
Obwód czujnika chemicznego i jego działanie
Obwód ten opisuje działanie czujnika tlenku węgla. Czujnik ten ma trzy elektrody zanurzone w ciekłym elektrolicie. Te trzy elektrody to głównie elektroda robocza, przeciwelektroda i elektroda odniesienia, ale najważniejszą elektrodą jest elektroda robocza. Elektroda ta jest wykonana z platyny, która jest metalem katalitycznym do tlenku węgla, i jest pokryta przepuszczalną dla gazu, choć hydrofobową membraną. Gazowy tlenek węgla dyfunduje przez porowatą membranę i ulega utlenieniu elektrochemicznemu.
Elektrony biorące udział w przepływie reakcji elektrochemicznej z elektrody wytwarzają sygnał wyjściowy czujnika. Elektroda odniesienia zapewnia stabilny potencjał elektrochemiczny w elektrolicie. Elektroda ta jest po prostu chroniona przed działaniem gazowego tlenku węgla, dlatego jej potencjał termodynamiczny jest zawsze podobny i pozostaje stabilny. Ponadto przez elektrodę odniesienia nie może przepływać prąd. Przeciwelektroda uzupełnia obwód ogniwa elektrochemicznego.
Elektroda ta działa tylko jako drugie półogniwo i pozwala elektronom wchodzić lub wychodzić z elektrolitu. Poniższy obwód kontroluje potencjał elektrody roboczej i zmienia prąd sygnału na napięcie zwane potencjostatem. Prąd z WE (elektrody roboczej) jest zamieniany na napięcie poprzez wzmacniacz operacyjny U2. Zatem obwód ten utrzymuje napięcie elektrody roboczej na potencjale polaryzacji (Vbias). Potencjał RE (elektrody odniesienia) jest porównywany ze stałym napięciem wejściowym (Vbias). Wzmacniacz operacyjny U1 w obwodzie generuje napięcie na CE (przeciwelektrodze), które jest wystarczające do wygenerowania prądu dokładnie równego i odwrotnego do prądu elektrody roboczej. Jednocześnie pomiędzy elektrodą roboczą i elektrodą odniesienia może być utrzymywane stałe napięcie.
Czujnik tlenku węgla wyposażony jest także w filtr chemicznie selektywny, który eliminuje potencjalnie zakłócające gazy zanim dotrą one do elektrody roboczej. Jeśli filtr selektywny chemicznie działa prawidłowo, czujnik chemiczny będzie słabiej reagował na zakłócające gazy. Opisaną powyżej technologię można zmodyfikować, aby zapewnić czujniki reagujące na różne gazy. Można to osiągnąć za pomocą różnych elektrod roboczych i chemicznie selektywnych filtrów polaryzacji potencjałów.
Typy czujników chemicznych
Istnieją różne typy czujników chemicznych, które omówiono poniżej.
Alkomat
Alkomat to czujnik chemiczny służący do oceny zawartości alkoholu we krwi (BAC) w próbce wydychanego powietrza. Ilekroć ludzie piją alkohol, wydychają pewną ilość cząsteczek alkoholu, która jest wprost proporcjonalna do ilości, którą wypijają. Dlatego ten czujnik jest przeznaczony szczególnie do częstego pomiaru stężenia alkoholu we krwi danej osoby w celu podjęcia decyzji, czy prowadzi ona pojazd bezpiecznie, czy nie. Kiedy cząsteczki alkoholu wchodzą w interakcję poprzez receptor, napotykają jeszcze jedną substancję chemiczną zamkniętą w receptorze, taką jak kwas siarkowy, azotan srebra, woda i dwuchromian potasu. Po rozpoznaniu odmienności chemicznej pomiędzy dwiema komorami można wygenerować sygnał elektryczny i wskazać go za pomocą igły lub ekranu.
Czujnik dwutlenku węgla
Czujnik dwutlenku węgla jest również znany jako Czujnik CO2 który służy do pomiaru stężenia CO2. Typowymi zasadami działania tego czujnika są czujniki gazów na podczerwień i czujniki gazów chemicznych. Zatem pomiar stężenia CO2 jest istotny w obserwacji jakości powietrza w pomieszczeniach, funkcjonowania płuc za pomocą urządzenia kapnograficznego i różnych obszarów przemysłowych.
Detektor tlenku węgla
Detektor tlenku węgla to urządzenie służące do wykrywania obecności gazu CO w celu uniknięcia zatrucia tlenkiem węgla. Tlenek węgla to bezbarwny, bezwonny i pozbawiony smaku gaz powstający w wyniku częściowego zapłonu materiałów zawierających węgiel. Wysokie poziomy tego gazu mogą być bardzo niebezpieczne dla ludzi, biorąc pod uwagę obecną ilość i długość narażenia. Detektory te są przeznaczone głównie do ostatecznego pomiaru poziomu CO i alarmowania, zanim w otoczeniu zgromadzi się niebezpieczny poziom CO, zapewniając ludziom wystarczające ostrzeżenie, aby bezpiecznie odświeżyć obszar lub wyjść.
Elektroniczny nos
Jakiś elektroniczny nos lub e-nos to urządzenie służące do wykrywania smaków i zapachów. Jest w stanie odtwarzać ludzkie zmysły za pomocą układów czujników i systemów rozpoznawania wzorców. Zatem etapy procesu rozpoznawania są powiązane z ludzkim węchem i są przeprowadzane w celu porównania, identyfikacji, określenia ilościowego i innych zastosowań, takich jak; przechowywanie i odzyskiwanie danych. Etapy procesu rozpoznawania są podobne do ludzkiego węchu i są przeprowadzane w celu identyfikacji, porównania, określenia ilościowego i innych zastosowań, w tym przechowywania i wyszukiwania danych.
Czujnik nanoprętu tlenku cynku
Czujnik nanoprętu tlenku cynku (czujnik nanoprętu ZnO) to urządzenie optyczne lub elektroniczne służące do wykrywania obecności cząsteczek cieczy lub niektórych gazów w otaczającej atmosferze. Ten czujnik chemiczny wykorzystuje zwiększoną powierzchnię dla wszystkich materiałów o wielkości nano, takich jak nanopręty ZnO. Absorpcję cząsteczek na nanoprętach można wykryć na podstawie różnic we właściwościach nanoprętów, takich jak fotoluminescencja, częstotliwość wibracji, przewodność elektryczna, masa itp. Najprostszą i najpopularniejszą metodą jest przepuszczanie prądu elektrycznego przez nanopręty i monitorowanie jego zmian pod wpływem działania gaz.
Czujnik potencjometryczny
Czujnik potencjometryczny jest rodzajem czujnika chemicznego używanego do określania stężenia analitycznego niektórych składników w (lub) roztworze gazu analitu. Czujnik ten mierzy potencjał elektryczny elektrody przy braku napięcia. Czujnik ten ma wiele zalet, takich jak prostota i opłacalność w porównaniu z konwencjonalnymi przyrządami analitycznymi. Dlatego czujniki te można stosować w różnych dziedzinach, takich jak żywność, opieka zdrowotna, rolnictwo, monitorowanie jakości żywności, monitorowanie jakości wody, monitorowanie zdrowia, monitorowanie środowiska itp.
Czujnik wodoru
Czujnik wodoru to rodzaj czujnika; wykorzystywane do wykrywania obecności wodoru w różnych dziedzinach. Czujniki te są tanie, trwałe, kompaktowe i bardzo proste w utrzymaniu w porównaniu z innymi czujnikami gazów. Wodór jest gazem bezbarwnym, pozbawionym smaku i zapachu. Czujnik ten musi być używany do wykrywania zawartości wodoru w środowisku i monitorowania wycieków gazu. Czujnik ten jest stosowany w detektorach gazu wodorowego do wykrywania wycieków gazu.
Fluorescencyjny czujnik chlorku
Fluorescencyjny czujnik chlorku to rodzaj czujnika chemicznego stosowanego do analizy chemicznej w celu pomiaru transportu chlorku przez błony komórkowe w celu dostosowania objętości komórki, równowagi ładunku, pobudliwości błony i potencjału spoczynkowego. Są one również wykorzystywane głównie do diagnostyki mukowiscydozy. Odkrycia dotyczące udziału chlorku (Cl-) w procesach fizjologicznych stymulują wewnątrzkomórkowe pomiary Cl- w żywych komórkach i rozwój narzędzi fluorescencyjnych.
Różnica czarno-biały czujnik chemiczny i biosensor
Różnica między czujnikami chemicznymi a biosensorami obejmuje następujące elementy.
| Czujnik chemiczny | Biosensor |
| Czujnik chemiczny to analizator. | A biosensor jest urządzeniem analitycznym, |
| Służy do konwersji sygnału chemicznego na elektryczny. | Służy do wykrywania substancji chemicznej, która łączy składnik biologiczny za pomocą detektora fizykochemicznego. |
| Ten czujnik wykorzystuje receptor i przetwornik. | Czujnik ten wykorzystuje elementy biologiczne i fizyczne. |
| Czujniki chemiczne mierzą i charakteryzują związki chemiczne. | Bioczujniki mierzą i charakteryzują materiały organiczne. |
| Przykładami czujników chemicznych są: alkomaty, elektrochemiczne czujniki gazów i czujniki tlenku węgla. | Przykładami biosensorów są; Testy ciążowe i czujniki monitorujące poziom glukozy. |
| Czujniki te znajdują zastosowanie w monitorowaniu środowiska, przemyśle spożywczym, górnictwie, detekcji medycznej, bezpieczeństwie obronnym, bioinżynierii itp. | Bioczujniki służą do monitorowania chorób, wykrywania substancji zanieczyszczających, odkrywania leków, mikroorganizmów chorobotwórczych itp. |
Zalety wady
Zalety czujników chemicznych są następujące.
- Czujnik chemiczny zapewnia szybką reakcję na różne gazy i pary.
- Są niedrogie.
- Czujniki chemiczne są bardzo proste w użyciu i przenośne
- Te nie są drogie.
Wady czujnika chemicznego są następujące.
- Czujniki te są wąskie (lub) ich zakres temperatur jest ograniczony.
- Ten czujnik nie jest w stanie spełnić wszystkich wymagań w zakresie monitorowania ekologicznego.
- Ma ograniczony okres przydatności do spożycia.
Zastosowania czujników chemicznych
The zastosowania czujników chemicznych uwzględnij poniższe.
- Czujniki chemiczne mają istotne zastosowania w wykrywaniu medycznym, monitorowaniu środowiska, przemyśle spożywczym, bioinżynierii, bezpieczeństwie obronnym i przemyśle wydobywczym.
- Zastosowania czujników chemicznych obejmują głównie bezpieczeństwo, intensywną opiekę, higienę przemysłową, kontrolę jakości produktu, kontrolę procesów itp.
- Czujnik ten pomaga mierzyć i wykrywać właściwości chemiczne analitu.
- Są one stosowane w medycynie, bezpieczeństwie domu, zanieczyszczeniu środowiska itp.
- Wykrywanie chemiczne jest wykorzystywane w wielu dyscyplinach, takich jak; analiza elektrochemiczna, pomiary biomedyczne, monitorowanie zanieczyszczeń i kontrola przemysłowa.
- Czujniki te mają różne zastosowania do monitorowania zanieczyszczeń i ich wykrywania.
Więcej informacji na temat czujników chemicznych i ich interfejsów można znaleźć w tym artykule;
- Czujnik metanu MQ4.
- Czujnik wodoru MQ8.
Jest to zatem przegląd substancji chemicznej czujnik, struktura, działanie g, obwód, typy, różnice, zalety, wady i zastosowania. Czujniki te są urządzeniami służącymi do przetwarzania sygnału chemicznego na sygnał analityczny. W tym przypadku sygnał chemiczny może zostać utworzony w wyniku selektywnej interakcji pomiędzy materiałem czujnikowym znajdującym się w czujniku a docelowym analitem. Przykładami czujników chemicznych są: Detektory tlenku węgla, detektory glukozy, komary, testy ciążowe itp. Oto pytanie do Ciebie, czym jest biosensor?
