Ideaalne kemikaal andurid on kaasaskantavad, odavad ja lollikindlad seadmed, mis reageerivad ideaalse ja kohese selektiivsusega konkreetsele analüüdile mis tahes eelistatud keskkonnas, et genereerida mõõdetav väljundsignaal mis tahes nõutava analüüdi kontsentratsiooni juures. Üldiselt on need andurid seadmed (või instrumendid), mis määravad kontsentratsiooni, tuvastatava olemasolu (või) analüüdi koguse. Keemilise anduri rakenduse keerukus on seotud nende määramistega seotud tehniliste keerukustega ja analüüsitava keemilise materjali eripäraga. Keemilise tundlikkuse selektiivsuse ja tundlikkuse aspekte võivad mõjutada eelistatud määramise mõõtmed, faasid ja ajalised aspektid. Analüüt võib olla saadaval vedelas või tahkes faasis erinevates mõõtmetes, mis ulatuvad liitritest pikoliitriteni. See artikkel sisaldab lühikest teavet a keemiline andur , selle töö ja rakendused.
Mis on keemiline andur?
Andurit, mida kasutatakse keemiliste koguste mõõtmiseks ja tuvastamiseks analüüdis (koostis, konkreetse elemendi (või iooni) olemasolu, keemiline aktiivsus, kontsentratsioon), et muuta see elektroonilisteks andmeteks, nimetatakse keemiliseks anduriks. Neid andureid kasutatakse peamiselt paljudes rakendustes, sealhulgas kodutuvastussüsteemides, meditsiinis, nanotehnoloogias ja autotööstuses.
Keemilise anduri struktuur
Keemilise anduri struktuur on näidatud allpool. See andur on valmistatud kahe olulise komponendiga; retseptor või sensormaterjal ja andur. Sensormaterjal interakteerub sihtanalüüdiga erineval viisil, sõltuvalt anduri tüübist. Selle interaktsiooni tulemuseks on materjali omaduse, näiteks elektrijuhtivuse ja massi muutumine.
Selle anduri järgmine komponent on andur , mis vastutab retseptori ja analüüdi vahelise interaktsiooni keemiliste andmete võtmise ja nende muutmise eest elektrooniliseks signaaliks. Pärast seda antakse need andmed arvutile (või mehaanilisele komponendile).
Keemiline andur töötab elektrokeemilise reaktsiooni põhimõttel, et muuta orgaaniliste ja anorgaaniliste keemiliste ühendite koostis ja kontsentratsioon elektrilisteks signaalideks.
Keemilise anduri vooluahel ja selle töö
See ahel kirjeldab süsinikmonooksiidi anduri tööd. Sellel anduril on kolm elektroodi, mis on sukeldatud vedelasse elektrolüüti. Need kolm elektroodi on peamiselt tööelektrood, vastuelektrood ja võrdluselektrood, kuid kõige olulisem elektrood on tööelektrood. See elektrood on valmistatud plaatinast, mis on katalüütiline metallist süsinikmonooksiidiks ja mida toetab gaasi läbilaskev, kuigi hüdrofoobne membraan. Süsinikmonooksiid hajub läbi poorse membraani ja oksüdeerub elektrokeemiliselt.
Elektroodist tuleva elektrokeemilise reaktsiooni voolus osalevad elektronid toodavad anduri väljundsignaali. Võrdluselektrood tagab elektrolüüdis stabiilse elektrokeemilise potentsiaali. See elektrood on kaitstud lihtsalt süsinikmonooksiidi gaasiga kokkupuute eest, seega on selle termodünaamiline potentsiaal alati sarnane ja püsib stabiilne. Lisaks sellele ei tohi voolu läbida kogu võrdluselektroodis. Elektrokeemilise elemendi ahela lõpuleviimiseks on ette nähtud vastuelektrood.
See elektrood töötab ainult teise poolelemendina ja laseb elektronidel elektrolüüti siseneda või sealt eemalduda. Allolev ahel juhib tööelektroodi potentsiaali ja muudab signaali voolu pingeks, mida nimetatakse potentsiostaadiks. WE-st (tööelektroodist) tulev vool muudetakse U2 operatsioonivõimendi kaudu pingeks. Seega hoiab see ahel tööelektroodi pinget eelpingestuspotentsiaali (Vbias) juures. RE (reference electrode) potentsiaali võrreldakse konstantse sisendpingega (Vbias). Ahelas olev U1 op-amp genereerib CE-l (vastuelektroodil) pinge, mis on piisav voolu tekitamiseks, mis on täpselt samaväärne tööelektroodi vooluga ja vastupidine. Samal ajal saab tööelektroodi ja võrdluselektroodi vahel hoida püsivat pinget.
Süsinikmonooksiidi andur on varustatud ka keemiliselt selektiivse filtriga, mis kõrvaldab potentsiaalselt segavad gaasid enne, kui need jõuavad tööelektroodile. Kui keemiliselt selektiivne filter töötab õigesti, reageerib keemiline andur häirivatele gaasidele vähem. Eespool kirjeldatud tehnoloogiat saab muuta, et pakkuda erinevatele gaasidele reageerivaid andureid. Nii saab seda teha erinevate tööelektroodide, keemiliselt selektiivsete filtrite potentsiaalide kallutamisega.
Keemiliste andurite tüübid
On olemas erinevat tüüpi keemilisi andureid, mida käsitletakse allpool.
Alkomeeter
Alkomeeter on keemiline andur, mida kasutatakse BAC (vere alkoholisisalduse) hindamiseks hingeõhu proovist. Iga kord, kui inimesed joovad alkoholi, hingavad nad välja teatud koguse alkoholimolekule, mis on otseselt võrdeline nende joomise kogusega. Seega on see andur mõeldud eelkõige inimese BAC-i sagedaseks mõõtmiseks, et otsustada, kas nad juhivad sõidukit turvaliselt või mitte. Kui alkoholimolekulid interakteeruvad retseptori kaudu, puutuvad nad kokku veel ühe retseptorisse suletud keemilise ainega, nagu väävelhape, hõbenitraat, vesi ja kaaliumdikromaat. Kui tuvastatakse kahe kambri keemiline erinevus, saab selle nõela või ekraani kaudu genereerida ja näidata elektrisignaali.
Süsinikdioksiidi andur
Süsinikdioksiidi andur on tuntud ka kui a CO2 andur mida kasutatakse CO2 gaasi mõõtmiseks. Selle anduri üldpõhimõtted on infrapuna gaasiandurid ja keemilised gaasiandurid. Seega on CO2 gaasi mõõtmisel oluline jälgida siseõhu kvaliteeti, kopsude funktsiooni kapnograafi seadme kujul ja erinevaid tööstuspiirkondi.
Süsinikmonooksiidi detektor
Süsinikmonooksiidi detektor on seade, mida kasutatakse CO gaasi olemasolu tuvastamiseks, et vältida süsinikmonooksiidi mürgitust. Süsinikmonooksiid on värvitu, lõhnatu ja maitsetu gaas, mis tekib süsinikku sisaldavate materjalide osalisel süütamisel. Selle gaasi kõrge sisaldus võib olemasoleva koguse ja kokkupuute pikkuse põhjal olla inimestele väga ohtlik. Need detektorid on mõeldud peamiselt CO taseme mõõtmiseks ja häire andmiseks enne ohtlike CO tasemete kogunemist ümbrusesse, andes inimestele piisava hoiatuse, et ala turvaliselt värskendada või lahkuda.
Elektrooniline nina
An elektrooniline nina ehk e-nina on seade, mida kasutatakse maitsete või lõhnade tuvastamiseks. See on võimeline andurimassiivide ja mustrituvastussüsteemidega taasesitama inimese meeli. Seega on äratundmisprotsessi etapid seotud inimese haistmisega ja neid tehakse võrdlemiseks, tuvastamiseks, kvantifitseerimiseks ja muudeks rakendusteks nagu; andmete salvestamine ja otsimine. Tuvastamisprotsessi etapid on sarnased inimese haistmisprotsessiga ja neid tehakse tuvastamiseks, võrdlemiseks, kvantifitseerimiseks ja muudeks rakendusteks, sealhulgas andmete salvestamiseks ja otsimiseks.
Tsinkoksiidi nanorodi andur
Tsinkoksiidi nanovarraste andur (ZnO nanorodandur) on optiline või elektrooniline seade, mida kasutatakse vedelate molekulide või teatud gaaside olemasolu tuvastamiseks ümbritsevas atmosfääris. See keemiline andur kasutab kõigi nanosuuruses materjalide, näiteks ZnO nanovarraste jaoks suuremat pinda. Molekulide neeldumist nanovarrastel saab tuvastada erinevuste kaudu nanovarraste omadustes, nagu fotoluminestsents, vibratsiooni sagedus, elektrijuhtivus, mass jne. Lihtsaim ja populaarseim meetod on elektrivoolu suunamine läbi nanovarraste ja selle muutuste jälgimine kokkupuutel gaas.
Potentsiomeetriline andur
Potentsiomeetriline andur on teatud tüüpi keemiline andur, mida kasutatakse mõne komponendi analüütilise kontsentratsiooni väljaselgitamiseks analüüdigaasi (või) lahuses. See andur mõõdab elektroodi elektrilist potentsiaali pinge puudumisel. Sellel anduril on tavapäraste analüütiliste instrumentidega võrreldes palju eeliseid, nagu lihtsus ja kulutõhusus. Seega saab neid andureid kasutada erinevates valdkondades nagu toit, tervishoid, põllumajandus, toidukvaliteedi seire, veekvaliteedi seire, terviseseire, keskkonnaseire jne.
Vesiniku andur
Vesinikuandur on anduri tüüp; kasutatakse gaasilise vesiniku olemasolu tuvastamiseks erinevates väljades. Need andurid on võrreldes teiste gaasianduritega odavad, vastupidavad, kompaktsed ja väga lihtsad hooldada. Vesinik on värvitu, maitsetu ja lõhnatu gaas. Seda andurit tuleb kasutada vesinikusisalduse tuvastamiseks keskkonnas ja gaasilekke jälgimiseks. Seda andurit kasutatakse vesinikgaasidetektorites gaasilekke tuvastamiseks.
Fluorestsentskloriidi andur
Fluorestseeruv kloriidiandur on teatud tüüpi keemiline andur, mida kasutatakse keemiliseks analüüsiks, et mõõta kloriidi transporti läbi rakumembraanide, et reguleerida raku mahtu, laengu tasakaalu, membraani erutuvust ja puhkepotentsiaali. Neid kasutatakse ka peamiselt tsüstilise fibroosi diagnoosimiseks. Kloriidi (Cl-) osalemise avastused füsioloogilistes protsessides stimuleerivad rakusiseseid Cl-mõõtmisi elusrakkudes ja fluorestseeruvate tööriistade väljatöötamist.
Mustvalge keemilise anduri ja biosensori erinevus
Keemiliste andurite ja biosensorite erinevus hõlmab järgmist.
| Keemiline andur | Biosensor |
| Keemiline andur on analüsaator. | A biosensor on analüütiline seade, |
| Seda kasutatakse keemilise signaali muundamiseks elektriliseks. | Seda kasutatakse keemilise aine tuvastamiseks, mis ühendab bioloogilise komponendi füüsikalis-keemilise detektori kaudu. |
| See andur kasutab retseptorit ja andurit. | See andur kasutab bioloogilisi ja füüsilisi komponente. |
| Keemilised andurid mõõdavad ja iseloomustavad keemilisi ühendeid. | Biosensorid mõõdavad ja iseloomustavad orgaanilisi materjale. |
| Keemiliste andurite näited on; alkomeetrid, elektrokeemilised gaasiandurid ja süsinikmonooksiidi andurid. | Biosensorite näited on; Rasedustestid ja glükoosi jälgimise andurid. |
| Neid andureid kasutatakse keskkonnaseires, toiduainetööstuses, kaevandustööstuses, meditsiinilises tuvastuses, kaitseohutuses, biotehnikas jne. | Biosensoreid kasutatakse haiguste jälgimiseks, saasteainete avastamiseks, ravimite, haigusi põhjustavate mikroorganismide jms avastamiseks. |
Eelised & Puudused
Keemiliste andurite eelised hõlmavad järgmist.
- Keemiline andur reageerib kiiresti erinevatele gaasidele ja aurudele.
- Need on taskukohased.
- Keemilised andurid on väga lihtsad kasutada ja kaasaskantavad
- Need ei ole kallid.
Keemilise anduri puudused hõlmavad järgmist.
- Need andurid on kitsad (või) nende temperatuurivahemik on piiratud.
- See andur ei suuda täita kõiki ökoloogilise seire vajadusi.
- Sellel on piiratud säilivusaeg.
Keemiliste andurite rakendused
The keemiliste andurite rakendused sisaldama järgmist.
- Keemilistel anduritel on olulised rakendused meditsiinilises tuvastamises, toiduainetööstuse keskkonnaseires, biotehnoloogias, kaitseohutuses ja kaevandustööstuses.
- Keemiliste andurite rakendused hõlmavad peamiselt ohutust, intensiivravi, tööstushügieeni, tootekvaliteedi kontrolli, protsesside juhtimist jne.
- See andur aitab mõõta ja tuvastada analüüdi keemilisi omadusi.
- Neid kasutatakse meditsiinis, koduturvalisuses, keskkonnareostuses jne.
- Keemilist sensorit kasutatakse paljudes teadusharudes, näiteks; elektrokeemiline analüüs, biomeditsiiniline mõõtmine, reostuse seire ja tööstuslik kontroll.
- Nendel anduritel on reostuse ja saasteainete tuvastamise jälgimiseks mitmesuguseid rakendusi.
Palun vaadake seda rohkemate keemiliste andurite ja nende liideste kohta;
- MQ4 metaani gaasiandur.
- MQ8 vesinikgaasiandur.
Seega on see ülevaade kemikaalist andur, struktuur, töö g, vooluring, tüübid, erinevused, eelised, puudused ja rakendused. Need andurid on seadmed, mida kasutatakse keemilise signaali teisendamiseks analüütiliseks signaaliks. Siin saab keemilist signaali moodustada anduris asuva sensormaterjali ja sihtanalüüdi vahelise selektiivse interaktsiooni kaudu. Keemiliste andurite näited on; Süsinikmonooksiidi detektorid, glükoosidetektorid, sääsed, rasedustestid jne. Siin on teile küsimus, mis on biosensor?
