Идеальный химикат датчики представляют собой портативные, недорогие и надежные устройства, которые с идеальной и мгновенной селективностью реагируют на конкретный аналит в любой предпочтительной среде, генерируя измеримый выходной сигнал при любой необходимой концентрации аналита. Как правило, эти датчики представляют собой устройства (или) инструменты, которые определяют концентрацию, обнаруживаемое присутствие (или) количество аналита. Сложность применения химического сенсора связана с техническими сложностями, связанными с этими определениями, а также со спецификой анализируемого химического материала. На аспекты селективности и чувствительности химического зондирования могут влиять размерные, фазовые и временные аспекты предпочтительного определения. Аналит может быть доступен в жидкой или твердой фазе в различных размерных масштабах, от объемных литров до пиколитров. В этой статье представлена краткая информация о химический датчик , его работа и его приложения.
Что такое химический сенсор?
Датчик, который используется для измерения и обнаружения химических величин в аналите (состав, существование определенного элемента (или) иона, химическая активность, концентрация) для преобразования его в электронные данные, известен как химический датчик. Эти датчики используются в основном во множестве приложений, включая домашние системы обнаружения, медицину, нанотехнологии и автомобилестроение.
Структура химического датчика
Структура химического датчика показана ниже. Этот датчик состоит из двух важных компонентов; рецептор или чувствительный материал и преобразователь. Чувствительный материал взаимодействует с целевым аналитом по-разному в зависимости от типа датчика. Результатом этого взаимодействия является преобразование свойств материала, таких как электропроводность и масса.
Следующим компонентом этого датчика является преобразователь , который отвечает за сбор химических данных о взаимодействии между рецептором и аналитом и преобразование их в электронный сигнал. После этого эти данные передаются в компьютер (или) механический компонент.
Химический датчик работает по принципу электрохимической реакции, преобразуя состав и концентрацию органических и неорганических химических соединений в электрические сигналы.
Схема химического датчика и ее работа
Эта схема описывает, как работает датчик угарного газа. Этот датчик имеет три электрода, которые погружены в жидкий электролит. Эти три электрода в основном представляют собой рабочий электрод, противоэлектрод и электрод сравнения, но наиболее важным электродом является рабочий электрод. Этот электрод изготовлен из платины, которая является каталитическим металлом для образования монооксида углерода, и покрыт газопроницаемой, хотя и гидрофобной мембраной. Угарный газ диффундирует через пористую мембрану и окисляется электрохимически.
Электроны, участвующие в протекании электрохимической реакции от электрода, создают выходной сигнал датчика. Электрод сравнения обеспечивает стабильный электрохимический потенциал внутри электролита. Этот электрод просто защищен от воздействия угарного газа, поэтому его термодинамический потенциал всегда одинаков и остается стабильным. Кроме того, ток не может протекать по электроду сравнения. Для замыкания цепи электрохимической ячейки предусмотрен противоэлектрод.
Этот электрод работает только как вторая полуячейка и пропускает электроны в электролит или из него. Приведенная ниже схема контролирует потенциал рабочего электрода и изменяет сигнальный ток на напряжение, известное как потенциостат. Ток от МЭ (рабочего электрода) через ОУ U2 преобразуется в напряжение. Таким образом, эта схема поддерживает напряжение рабочего электрода на уровне потенциала смещения (Vbias). Потенциал RE (электрод сравнения) сравнивается с постоянным входным напряжением (Vbias). Операционный усилитель U1 в схеме генерирует напряжение на CE (противоэлектроде), достаточное для генерации тока, точно эквивалентного и обратного току рабочего электрода. Одновременно между рабочим электродом и электродом сравнения можно поддерживать постоянное напряжение.
Датчик угарного газа также оснащен химически селективным фильтром, который удаляет потенциально мешающие газы до того, как они попадут на рабочий электрод. Если химически селективный фильтр работает правильно, химический датчик будет меньше реагировать на мешающие газы. Описанную выше технологию можно модифицировать, чтобы создать датчики, реагирующие на различные газы. Так что этого можно добиться с помощью различных рабочих электродов, химически селективных фильтров смещения потенциалов.
Типы химических датчиков
Существуют различные типы химических сенсоров, которые обсуждаются ниже.
Алкотестер
Алкотестер — это химический датчик, используемый для оценки BAC (содержания алкоголя в крови) по образцу дыхания. Когда люди пьют алкоголь, они выдыхают некоторое количество молекул алкоголя, прямо пропорциональное количеству, которое они выпивают. Таким образом, этот датчик разработан специально для частого измерения BAC человека, чтобы решить, безопасно ли он управляет транспортным средством или нет. Как только молекулы алкоголя взаимодействуют через рецептор, они сталкиваются с еще одним химическим веществом, заключенным в рецепторе, таким как серная кислота, нитрат серебра, вода и дихромат калия. Когда распознается химическое различие между двумя камерами, может быть сгенерирован электрический сигнал, который будет отображаться через иглу или экран.
Датчик углекислого газа
Датчик углекислого газа также известен как датчик CO2 который используется для измерения газа CO2. Общими принципами работы этого датчика являются инфракрасные датчики газа и датчики химического газа. Таким образом, измерение газа CO2 имеет важное значение для наблюдения за качеством воздуха в помещении, функцией легких в виде устройства капнографа и в различных промышленных областях.
Детектор угарного газа
Детектор угарного газа — это устройство, используемое для определения присутствия газа CO, чтобы избежать отравления угарным газом. Угарный газ — это бесцветный газ без запаха и вкуса, образующийся при частичном возгорании углеродсодержащих материалов. Высокие уровни этого газа могут быть очень опасны для человека в зависимости от его количества и продолжительности воздействия. Эти детекторы в основном предназначены для окончательного измерения уровней CO и подачи сигнала тревоги до того, как опасные уровни CO нарастут в окружающей среде, предоставляя людям достаточное предупреждение, чтобы безопасно освежить помещение или уйти.
Электронный нос
Ан электронный нос или электронный нос — это устройство, используемое для обнаружения вкусов и запахов. Он способен воспроизводить человеческие чувства с помощью сенсорных массивов и систем распознавания образов. Таким образом, этапы процесса распознавания связаны с обонянием человека и выполняются для сравнения, идентификации, количественной оценки и других приложений, таких как; хранение и поиск данных. Этапы процесса распознавания аналогичны обонянию человека и выполняются для идентификации, сравнения, количественной оценки и других приложений, включая хранение и поиск данных.
Датчик наностержня оксида цинка
Датчик наностержня оксида цинка (датчик наностержня ZnO) представляет собой оптическое или электронное устройство, используемое для обнаружения присутствия молекул жидкости или определенных газов в окружающей атмосфере. Этот химический датчик использует увеличенную площадь поверхности для всех наноразмерных материалов, таких как наностержни ZnO. Поглощение молекул наностержнями можно обнаружить по различиям в свойствах наностержней, таких как фотолюминесценция, частота вибрации, электропроводность, масса и т. д. Самый простой и популярный метод — пропускать электрический ток через наностержни и отслеживать его изменения под воздействием газ.
Потенциометрический датчик
Потенциометрический датчик — это разновидность химического датчика, используемого для определения аналитической концентрации некоторых компонентов в аналитическом газе (или) растворе. Этот датчик измеряет электрический потенциал электрода при отсутствии напряжения. Этот датчик имеет множество преимуществ, таких как простота и экономичность по сравнению с традиционными аналитическими приборами. Таким образом, эти датчики могут использоваться в различных областях, таких как продукты питания, здравоохранение, сельское хозяйство, мониторинг качества продуктов питания, мониторинг качества воды, мониторинг здоровья, мониторинг окружающей среды и т. д.
Датчик водорода
Датчик водорода — это тип датчика; используется для обнаружения присутствия газообразного водорода в различных областях. Эти датчики недороги, долговечны, компактны и очень просты в обслуживании по сравнению с другими датчиками газа. Водород — бесцветный газ без вкуса и запаха. Этот датчик необходимо использовать для определения содержания водорода в окружающей среде и контроля утечки газа. Этот датчик используется в детекторах водорода для обнаружения утечек газа.
Флуоресцентный датчик хлоридов
Флуоресцентный датчик хлоридов — это тип химического датчика, используемый для химического анализа для измерения транспорта хлоридов через клеточные мембраны с целью регулирования объема клетки, баланса зарядов, возбудимости мембран и потенциала покоя. Они также используются в основном для диагностики муковисцидоза. Открытия об участии хлорида (Cl-) в физиологических процессах стимулируют внутриклеточные измерения Cl- в живых клетках и разработку флуоресцентных инструментов.
Разница в черно-белом химическом датчике и биосенсоре
Разница между химическими сенсорами и биосенсорами заключается в следующем.
| Химический датчик | Биосенсор |
| Химический сенсор – это анализатор. | А биосенсор аналитический прибор, |
| Он используется для преобразования химического сигнала в электрический. | Он используется для обнаружения химического вещества, объединяющего биологический компонент, посредством физико-химического детектора. |
| Этот датчик использует рецептор и преобразователь. | В этом датчике используются биологические и физические компоненты. |
| Химические датчики измеряют и характеризуют химические соединения. | Биосенсоры измеряют и характеризуют органические материалы. |
| Примерами химических датчиков являются; алкотестеры, электрохимические датчики газа и датчики угарного газа. | Примерами биосенсоров являются; Тесты на беременность и датчики контроля уровня глюкозы. |
| Эти датчики используются в экологическом мониторинге, пищевой промышленности, горнодобывающей промышленности, медицинской обнаружении, оборонной безопасности, биоинженерии и т. д. | Биосенсоры используются для мониторинга заболеваний, обнаружения загрязняющих веществ, разработки лекарств, болезнетворных микроорганизмов и т. д. |
Преимущества недостатки
К преимуществам химических сенсоров можно отнести следующее.
- Химический датчик быстро реагирует на различные газы и пары.
- Они доступны по цене.
- Химические датчики очень просты в использовании и портативны.
- Это не дорого.
К недостаткам химического сенсора можно отнести следующее.
- Эти датчики узкие (или) их температурный диапазон ограничен.
- Этот датчик не может удовлетворить все потребности экологического мониторинга.
- Имеет ограниченный срок годности.
Применение химических датчиков
применение химических сенсоров включая следующее.
- Химические датчики находят широкое применение в медицинских целях, мониторинге окружающей среды, пищевой промышленности, биоинженерии, оборонной безопасности и горнодобывающей промышленности.
- Приложения химических датчиков в основном включают безопасность, реанимацию, промышленную гигиену, контроль качества продукции, контроль процессов и т. д.
- Этот датчик помогает измерять и определять химические свойства аналита.
- Они используются в медицине, домашней безопасности, загрязнении окружающей среды и т. д.
- Химическое зондирование используется в широком спектре дисциплин, таких как; электрохимический анализ, биомедицинские измерения, мониторинг загрязнения и промышленный контроль.
- Эти датчики имеют различные применения для мониторинга загрязнения и обнаружения загрязняющих веществ.
Пожалуйста, обратитесь к этому материалу, чтобы узнать больше о химических датчиках и их интерфейсах;
- Датчик метана MQ4.
- Датчик водорода MQ8.
Итак, это обзор химического вещества. датчик, структура, работа г, схема, типы, различия, преимущества, недостатки и применение. Эти датчики представляют собой устройства, используемые для преобразования химического сигнала в аналитический. Здесь химический сигнал может быть сформирован посредством избирательного взаимодействия между чувствительным материалом, расположенным в датчике, и целевым аналитом. Примерами химических датчиков являются; Детекторы угарного газа, Детекторы глюкозы, Комаров, Тесты на беременность и т. д. Вот вам вопрос, что такое биосенсор?
