Mainam na kemikal mga sensor ay mga portable, mura, at foolproof na mga device na tumutugon nang may perpekto at instant selectivity sa isang partikular na analyte sa anumang gustong medium upang makabuo ng masusukat na output signal sa anumang kinakailangang konsentrasyon ng analyte. Sa pangkalahatan, ang mga sensor na ito ay mga device (o) instrumento na nagpapasya sa konsentrasyon, nakikitang presensya (o) dami ng analyte. Ang pagiging kumplikado ng aplikasyon ng chemical sensor ay konektado sa mga teknikal na kumplikadong konektado sa mga pagpapasiya na ito at ang partikular na katangian ng kemikal na materyal na susuriin. Ang selectivity at sensitivity na aspeto ng chemical sensing ay maaaring maapektuhan ng dimensional, phase at temporal na aspeto ng gustong pagpapasiya. Ang analyte ay maaaring makuha sa isang likido o solid na bahagi sa iba't ibang sukat na sukat na mula sa bulk liters hanggang picoliters. Ang artikulong ito ay nagbibigay ng maikling impormasyon sa a sensor ng kemikal , paggana nito, at mga aplikasyon nito.
Ano ang isang Chemical Sensor?
Ang isang sensor na ginagamit upang sukatin at makita ang mga dami ng kemikal sa loob ng isang analyte (komposisyon, pagkakaroon ng isang partikular na elemento (o) ion, aktibidad ng kemikal, konsentrasyon) upang i-convert ito sa electronic data ay kilala bilang isang chemical sensor. Ang mga sensor na ito ay pangunahing ginagamit sa napakaraming mga application na kinabibilangan ng mga sistema ng pag-detect ng bahay, medikal, nanotechnology at automotive.
Istruktura ng Chemical Sensor
Ang istraktura ng chemical sensor ay ipinapakita sa ibaba. Ang sensor na ito ay ginawa gamit ang dalawang makabuluhang bahagi; ang receptor o sensing material at ang transduser. Ang sensing material ay nakikipag-ugnayan sa target analyte sa iba't ibang paraan batay sa uri ng sensor. Ang kinalabasan ng pakikipag-ugnayang ito ay ang pagbabago ng isang materyal na katangian tulad ng electrical conductivity at mass.
Ang susunod na bahagi ng sensor na ito ay ang transduser , na responsable para sa pagkuha ng kemikal na data ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng receptor at analyte at pagpapalit nito sa isang electronic signal. Pagkatapos nito, ang data na ito ay ibinibigay sa isang computer (o) isang mekanikal na bahagi.
Gumagana ang chemical sensor sa prinsipyo ng electrochemical reaction upang i-convert ang komposisyon at konsentrasyon ng mga organic at inorganic na compound ng kemikal sa mga electrical signal.
Chemical Sensor Circuit at Gumagana Nito
Inilalarawan ng circuit na ito kung paano gumagana ang sensor ng carbon monoxide. Ang sensor na ito ay may tatlong electrodes na nahuhulog sa loob ng isang likidong electrolyte. Ang tatlong electrodes na ito ay higit sa lahat ang working electrode, ang counter electrode at ang reference electrode ngunit ang pinakamahalagang electrode ay ang working electrode. Ang elektrod na ito ay gawa sa platinum na isang catalytic metal sa carbon monoxide na sinusuportahan ng isang gas-permeable bagaman hydrophobic membrane. Ang carbon monoxide gas ay kumakalat sa pamamagitan ng porous membrane at na-oxidized sa electrochemically.
Ang mga electron na kasangkot sa daloy ng electrochemical reaction mula sa electrode ay gumagawa ng output signal ng sensor. Ang reference electrode ay nagbibigay ng isang matatag na potensyal na electrochemical sa loob ng electrolyte. Ang elektrod na ito ay pinoprotektahan lamang mula sa pagkakalantad sa carbon monoxide gas, sa gayon, ang potensyal na thermodynamic nito ay palaging katulad at nananatiling matatag. Bilang karagdagan, walang kasalukuyang pinapahintulutang dumaloy sa buong reference electrode Isang counter-electrode ang ibinibigay upang makumpleto ang electrochemical cell circuit.
Gumagana lamang ang electrode na ito bilang pangalawang kalahating cell at hinahayaan ang mga electron na pumasok o palayo sa electrolyte. Kinokontrol ng circuit sa ibaba ang potensyal na gumaganang electrode at binabago ang kasalukuyang signal sa isang boltahe na kilala bilang isang potentiostat. Ang kasalukuyang mula sa WE (working electrode) ay binago sa isang boltahe sa pamamagitan ng U2 op-amp. Kaya ang circuit na ito ay nagpapanatili ng gumaganang boltahe ng elektrod sa potensyal na bias (Vbias). Ang potensyal na RE (reference electrode) ay inihambing sa pare-parehong boltahe ng input (Vbias). Ang U1 op-amp sa circuit ay bumubuo ng boltahe sa CE (counter electrode) na sapat upang makabuo ng isang kasalukuyang eksaktong katumbas at baligtad sa gumaganang electrode current. Sabay-sabay, ang isang pare-parehong boltahe ay maaaring mapanatili sa pagitan ng gumaganang elektrod at reference na elektrod.
Ang carbon monoxide sensor ay nilagyan din ng isang chemically selective filter na nag-aalis ng mga potensyal na nakakasagabal na mga gas bago sila dumating sa gumaganang electrode. Kung gumagana nang tama ang chemically selective filter, ang chemical sensor ay magkakaroon ng mas kaunting tugon sa mga nakakasagabal na gas. Ang teknolohiyang ipinaliwanag sa itaas ay maaaring baguhin upang magbigay ng mga sensor na tumutugon sa iba't ibang mga gas. Kaya ito ay maaaring magawa sa iba't ibang mga gumaganang electrodes, mga chemically selective filter na mga potensyal na bias.
Mga Uri ng Chemical Sensor
Mayroong iba't ibang uri ng mga sensor ng kemikal na tinatalakay sa ibaba.
Breathalyzer
Ang breathalyzer ay isang chemical sensor na ginagamit upang tantyahin ang BAC (blood alcohol content) mula sa sample ng hininga. Sa tuwing umiinom ang mga tao ng alak, pagkatapos ay humihinga sila ng ilang dami ng mga molekula ng alkohol na direktang proporsyonal sa dami ng kanilang inumin. Kaya ang sensor na ito ay partikular na idinisenyo upang masukat ang BAC ng isang tao nang madalas upang magpasya kung nagmamaneho sila ng sasakyan nang ligtas o hindi. Kapag ang mga molekula ng alkohol ay nakikipag-ugnayan sa pamamagitan ng receptor, pagkatapos ay makakatagpo sila ng isa pang kemikal na sangkap na nakapaloob sa receptor tulad ng sulfuric acid, silver nitrate, tubig, at potassium dichromate. Kapag nakilala ang pagkakaiba-iba ng kemikal sa pagitan ng dalawang silid, maaaring makabuo at maipahiwatig ang isang electric signal sa pamamagitan ng karayom o screen nito.
Sensor ng carbon dioxide
Ang isang carbon dioxide sensor ay kilala rin bilang a CO2 sensor na ginagamit para sa pagsukat ng CO2 gas. Ang mga karaniwang prinsipyo para sa sensor na ito ay mga infrared gas sensor at chemical gas sensor. Kaya, ang pagsukat ng CO2 gas ay mahalaga sa pagmamasid sa panloob na kalidad ng hangin, ang paggana ng baga sa anyo ng capnograph device at iba't ibang mga pang-industriyang lugar.
Detektor ng Carbon Monoxide
Ang detektor ng carbon monoxide ay isang aparato na ginagamit upang maramdaman ang pagkakaroon ng CO gas upang maiwasan ang pagkalason ng carbon monoxide. Ang carbon monoxide gas ay isang walang kulay, walang amoy at walang lasa na gas na ginawa ng bahagyang pag-aapoy ng mga materyales na naglalaman ng carbon. Ang mataas na antas ng gas na ito ay maaaring maging lubhang mapanganib sa mga tao batay sa dami ng kasalukuyan at haba ng pagkakalantad. Ang mga detektor na ito ay pangunahing idinisenyo upang sukatin ang mga antas ng CO sa kalaunan at magbigay ng alarma bago ang mga mapanganib na antas ng CO ay mamuo sa paligid, na nagbibigay sa mga tao ng sapat na babala upang ligtas na mapasariwa ang lugar o umalis.
Elektronikong Ilong
An elektronikong ilong o e-nose ay isang aparato na ginagamit para sa pagtukoy ng mga lasa o amoy. Ito ay may kakayahang magparami ng mga pandama ng tao gamit ang mga sensor array at pattern recognition system. Kaya't ang mga yugto ng proseso ng pagkilala ay nauugnay sa olpaksyon ng tao at ginagawa para sa, paghahambing, pagkilala, dami at iba pang mga aplikasyon tulad ng; imbakan at pagkuha ng data. Ang mga yugto ng proseso ng pagkilala ay katulad ng olfaction ng tao at ginagawa para sa pagkilala, paghahambing, pagbibilang, at iba pang mga application, kabilang ang pag-iimbak at pagkuha ng data.
Zinc Oxide Nanorod Sensor
Ang zinc oxide nanorod sensor (ZnO nanorod sensor) ay isang optical o electronic device na ginagamit upang makita ang pagkakaroon ng mga likidong molekula o ilang partikular na gas sa loob ng kapaligiran. Ang chemical sensor na ito ay gumagamit ng pinahusay na surface area para sa lahat ng nano-sized na materyales tulad ng ZnO nanorods. Ang pagsipsip ng molekula sa mga nanorod ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng mga pagkakaiba sa mga katangian ng mga nanorod, tulad ng photoluminescence, dalas ng panginginig ng boses, kondaktibiti ng kuryente, masa, atbp. Ang pinakasimple at pinakasikat na paraan ay ang pagpasa ng kuryente sa kabuuan ng mga nanorod at subaybayan ang mga pagbabago nito sa pagkakalantad sa gas.
Potentiometric Sensor
Ang potentiometric sensor ay isang uri ng chemical sensor na ginagamit upang malaman ang analytical na konsentrasyon ng ilang bahagi sa analyte gas (o) solution. Sinusukat ng sensor na ito ang potensyal na elektrikal ng isang elektrod kapag walang boltahe. Ang sensor na ito ay may maraming benepisyo tulad ng pagiging simple at pagiging epektibo sa gastos kumpara sa maginoo na mga instrumento sa pagsusuri. Kaya, ang mga sensor na ito ay maaaring gamitin sa iba't ibang larangan tulad ng pagkain, pangangalaga sa kalusugan, agrikultura, pagsubaybay sa kalidad ng pagkain, pagsubaybay sa kalidad ng tubig, pagsubaybay sa kalusugan, pagsubaybay sa kapaligiran, atbp.
Hydrogen Sensor
Ang hydrogen sensor ay isang uri ng sensor; ginagamit upang makita ang pagkakaroon ng hydrogen gas sa iba't ibang larangan. Ang mga sensor na ito ay mura, matibay, compact, at napakasimpleng alagaan kumpara sa ibang mga gas sensor. Ang hydrogen ay walang kulay, walang lasa at walang amoy na gas. Dapat gamitin ang sensor na ito para sa pagtukoy ng nilalaman ng hydrogen sa kapaligiran at pagsubaybay sa pagtagas ng gas. Ginagamit ang sensor na ito sa mga hydrogen gas detector upang makita ang mga pagtagas ng gas.
Fluorescent Chloride Sensor
Ang fluorescent chloride sensor ay isang uri ng chemical sensor na ginagamit para sa chemical analysis, upang sukatin ang chloride transport sa mga cell membrane upang ayusin ang dami ng cell, balanse ng singil, excitability ng lamad, at potensyal na makapagpahinga. Ang mga ito ay ginagamit din pangunahin para sa diagnosis ng cystic fibrosis. Ang mga pagtuklas sa partisipasyon ng chloride (Cl−) sa loob ng mga prosesong pisyolohikal ay nagpapasigla sa mga intracellular na sukat ng Cl− sa loob ng mga live na cell at sa pagbuo ng mga fluorescent na tool.
Pagkakaiba ng B/W Chemical Sensor at Biosensor
Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga chemical sensor at biosensor ay kinabibilangan ng mga sumusunod.
| Sensor ng kimikal | Biosensor |
| Ang isang chemical sensor ay isang analyzer. | A biosensor ay isang analytical device, |
| Ito ay ginagamit upang i-convert ang isang kemikal na signal sa isang elektrikal. | Ito ay ginagamit upang makita ang isang kemikal na sangkap na pinagsasama ang isang biological na bahagi sa pamamagitan ng isang physicochemical detector. |
| Gumagamit ang sensor na ito ng receptor at transducer. | Ang sensor na ito ay gumagamit ng biological at pisikal na mga bahagi. |
| Ang mga sensor ng kemikal ay sumusukat at naglalarawan ng mga kemikal na compound. | Ang mga biosensor ay sumusukat at nagpapakilala sa mga organikong materyales. |
| Ang mga halimbawa ng mga sensor ng kemikal ay; mga breathalyzer, electrochemical gas sensor, at carbon monoxide sensor. | Ang mga halimbawa ng biosensors ay; Mga pagsusuri sa pagbubuntis at mga sensor sa pagsubaybay sa glucose. |
| Ang mga sensor na ito ay ginagamit sa pagsubaybay sa kapaligiran, industriya ng pagkain, industriya ng pagmimina, pagtuklas ng medikal, kaligtasan ng depensa, bioengineering, atbp. | Ang mga biosensor ay ginagamit para sa pagsubaybay sa sakit, pagtuklas ng mga pollutant, pagtuklas ng gamot, mga mikroorganismo na nagdudulot ng sakit, atbp. |
Mga Kalamangan at Kahinaan
Ang mga pakinabang ng mga sensor ng kemikal ay kinabibilangan ng mga sumusunod.
- Ang chemical sensor ay nagbibigay ng mabilis na tugon sa iba't ibang mga gas at singaw.
- Ang mga ito ay abot-kaya.
- Ang mga kemikal na sensor ay napakasimpleng gamitin at portable
- Ang mga ito ay hindi mahal.
Ang mga disadvantage ng isang chemical sensor ay kinabibilangan ng mga sumusunod.
- Ang mga sensor na ito ay makitid (o) ang kanilang temperatura ay limitado.
- Hindi matutugunan ng sensor na ito ang lahat ng pangangailangan sa pagsubaybay sa ekolohiya.
- Ito ay may limitadong buhay ng istante.
Mga Aplikasyon ng Chemical Sensor
Ang mga aplikasyon ng mga sensor ng kemikal isama ang mga sumusunod.
- Ang mga sensor ng kemikal ay may makabuluhang aplikasyon sa pagtuklas ng medikal, pagsubaybay sa kapaligiran sa industriya ng pagkain, bioengineering, kaligtasan ng depensa at industriya ng pagmimina.
- Pangunahing kasama sa mga aplikasyon ng chemical sensor ang kaligtasan, kritikal na pangangalaga, kalinisan sa industriya, mga kontrol sa kalidad ng produkto, mga kontrol sa proseso, atbp.
- Tinutulungan ng sensor na ito ang pagsukat at pagtuklas ng mga kemikal na katangian sa loob ng isang analyte.
- Ginagamit ang mga ito sa gamot, seguridad sa tahanan, polusyon sa kapaligiran, atbp.
- Ginagamit ang chemical sensing sa malawak na hanay ng mga disiplina tulad ng; electrochemical analysis, biomedical na pagsukat, pagsubaybay sa polusyon at kontrol sa industriya.
- Ang mga sensor na ito ay may iba't ibang mga application upang subaybayan ang polusyon at pagtuklas ng mga contaminant.
Mangyaring sumangguni dito para sa higit pang mga chemical sensor at kanilang mga interfacing;
- MQ4 Methane Gas Sensor.
- MQ8 Hydrogen Gas Sensor.
Kaya, ito ay isang pangkalahatang-ideya ng isang kemikal sensor, istraktura, workin g, circuit, mga uri, pagkakaiba, mga pakinabang, kawalan, at mga aplikasyon. Ang mga sensor na ito ay mga device, na ginagamit para sa pag-convert ng isang kemikal na signal sa isang analytic. Dito, maaaring mabuo ang chemical signal sa pamamagitan ng selective interaction sa pagitan ng sensing material na matatagpuan sa sensor at target analyte. Ang mga halimbawa ng mga sensor ng kemikal ay; Carbon monoxide detector, Glucose detector, Mosquito, Pregnancy tests, atbp. Narito ang isang tanong para sa iyo, ano ang biosensor?
