Química ideal sensors Són dispositius portàtils, barats i infal·libles que reaccionen amb una selectivitat ideal i instantània a un analit particular en qualsevol mitjà preferit per generar un senyal de sortida mesurable a qualsevol concentració d'analit requerida. En general, aquests sensors són dispositius (o) instruments que decideixen la concentració, presència detectable (o) quantitat d'analit. La complexitat de l'aplicació del sensor químic està relacionada amb les complexitats tècniques relacionades amb aquestes determinacions i la naturalesa específica del material químic a analitzar. Els aspectes de selectivitat i sensibilitat de la detecció química es poden veure afectats pels aspectes dimensionals, de fase i temporals de la determinació preferida. L'analit pot estar disponible en fase líquida o sòlida a diferents escales dimensionals que van des de litres a granel fins a picolitres. Aquest article proporciona informació breu sobre a sensor químic , el seu funcionament i les seves aplicacions.
Què és un sensor químic?
Un sensor que s'utilitza per mesurar i detectar quantitats químiques dins d'un analit (composició, existència d'un element (o) ió determinat, activitat química, concentració) per convertir-lo en dades electròniques es coneix com a sensor químic. Aquests sensors s'utilitzen principalment en una infinitat d'aplicacions que inclouen sistemes de detecció domèstica, medicina, nanotecnologia i automoció.
Estructura del sensor químic
L'estructura del sensor químic es mostra a continuació. Aquest sensor està fet amb dos components significatius; el receptor o material sensor i el transductor. El material sensor interacciona amb l'analit objectiu de diferents maneres segons el tipus de sensor. El resultat d'aquesta interacció és la transformació d'una propietat del material com la conductivitat elèctrica i la massa.
El següent component d'aquest sensor és el transductor , que s'encarrega d'agafar les dades químiques de la interacció entre el receptor i l'analit i convertir-les en un senyal electrònic. Després d'això, aquestes dades es donen a un ordinador (o) a un component mecànic.
El sensor químic funciona segons el principi de la reacció electroquímica per convertir la composició i la concentració de compostos químics orgànics i inorgànics en senyals elèctrics.
Circuit del sensor químic i el seu funcionament
Aquest circuit descriu com funciona el sensor de monòxid de carboni. Aquest sensor té tres elèctrodes que estan immersos dins d'un electròlit líquid. Aquests tres elèctrodes són principalment l'elèctrode de treball, el contraelèctrode i l'elèctrode de referència, però l'elèctrode més important és l'elèctrode de treball. Aquest elèctrode està fet de platí, que és un metall catalític al monòxid de carboni recolzat per una membrana permeable als gasos encara que hidròfoba. El gas monòxid de carboni es difon a través de la membrana porosa i s'oxida electroquímicament.
Els electrons implicats en el flux de la reacció electroquímica de l'elèctrode produeixen el senyal de sortida del sensor. L'elèctrode de referència proporciona un potencial electroquímic estable dins de l'electròlit. Aquest elèctrode està protegit simplement de l'exposició al gas monòxid de carboni, per tant, el seu potencial termodinàmic sempre és similar i es manté estable. A més, no es permet que circuli corrent per tot l'elèctrode de referència. Es proporciona un contraelèctrode per completar el circuit de la cel·la electroquímica.
Aquest elèctrode només funciona com a segona mitja cel·la i permet que els electrons entrin o allunyin de l'electròlit. El circuit següent controla el potencial de l'elèctrode de treball i canvia el corrent del senyal a un voltatge conegut com a potenciòstat. El corrent del WE (elèctrode de treball) es canvia a una tensió a través de l'amplificador operatiu U2. Així, aquest circuit manté la tensió de l'elèctrode de treball al potencial de polarització (Vbias). El potencial RE (elèctrode de referència) es compara amb la tensió d'entrada constant (Vbias). L'amplificador operatiu U1 del circuit genera una tensió al CE (contraelèctrode) que és adequada per generar un corrent que és precisament equivalent i invers al corrent de l'elèctrode de treball. Simultàniament, es pot mantenir una tensió constant entre l'elèctrode de treball i l'elèctrode de referència.
El sensor de monòxid de carboni també està equipat amb un filtre químicament selectiu que elimina els gasos potencialment interferents abans que arribin a l'elèctrode de treball. Si el filtre químicament selectiu funciona correctament, el sensor químic tindrà menys resposta als gasos interferents. La tecnologia explicada anteriorment es pot modificar per proporcionar sensors que reaccionin als diferents gasos. Així, això es pot aconseguir amb diferents elèctrodes de treball, filtres químicament selectius amb potencials de polarització.
Tipus de sensors químics
Hi ha diferents tipus de sensors químics que es comenten a continuació.
alcoholímetre
Un alcoholímetre és un sensor químic utilitzat per estimar el BAC (contingut d'alcohol en sang) a partir d'una mostra d'alè. Sempre que la gent beu alcohol, aleshores exhalen una certa quantitat de molècules d'alcohol que és directament proporcional a la quantitat que beuen. Per tant, aquest sensor està dissenyat especialment per mesurar el BAC d'una persona amb freqüència per decidir si condueix un vehicle de manera segura o no. Una vegada que les molècules d'alcohol interaccionen a través del receptor, es troben amb una substància química més tancada al receptor com l'àcid sulfúric, el nitrat de plata, l'aigua i el dicromat de potassi. Quan es reconeix la dissimilaritat química entre les dues cambres, es pot generar i indicar un senyal elèctric a través de la seva agulla o pantalla.
Sensor de diòxid de carboni
Un sensor de diòxid de carboni també es coneix com a Sensor de CO2 que s'utilitza per mesurar el gas CO2. Els principis comuns d'aquest sensor són sensors de gas infrarojos i sensors de gas químic. Per tant, mesurar el gas CO2 és important per observar la qualitat de l'aire interior, la funció del pulmó en forma de dispositiu capnògraf i diverses àrees industrials.
Detector de monòxid de carboni
Un detector de monòxid de carboni és un dispositiu utilitzat per detectar la presència de gas CO per evitar l'enverinament del monòxid de carboni. El gas monòxid de carboni és un gas incolor, inodor i insípid produït per la ignició parcial de materials que contenen carboni. Els nivells alts d'aquest gas poden ser molt perillosos per als humans segons la quantitat present i la durada de l'exposició. Aquests detectors estan dissenyats principalment per mesurar els nivells de CO i donar una alarma abans que s'acumulin nivells perillosos de CO a l'entorn, proporcionant a la gent un avís suficient per refrescar l'àrea de manera segura o sortir.
Nas electrònic
An nas electrònic o e-nose és un dispositiu utilitzat per detectar sabors o olors. Això és capaç de reproduir els sentits humans amb matrius de sensors i sistemes de reconeixement de patrons. Així, les etapes del procés de reconeixement estan relacionades amb l'olfacte humà i es realitzen per a, comparació, identificació, quantificació i altres aplicacions com; emmagatzematge i recuperació de dades. Les etapes del procés de reconeixement són similars a l'olfacte humà i es realitzen per a la identificació, comparació, quantificació i altres aplicacions, inclosa l'emmagatzematge i la recuperació de dades.
Sensor de nanorod d'òxid de zinc
Un sensor de nanorod d'òxid de zinc (sensor de nanorod ZnO) és un dispositiu òptic o electrònic utilitzat per detectar la presència de molècules líquides o determinats gasos a l'atmosfera ambiental. Aquest sensor químic utilitza una superfície millorada per a tots els materials de mida nanomètrica com les nanobarres de ZnO. L'absorció de molècules a les nanobarres es pot detectar mitjançant diferències en les propietats de les nanobasses, com ara la fotoluminescència, la freqüència de vibració, la conductivitat elèctrica, la massa, etc. gas.
Sensor potenciomètric
Un sensor potenciomètric és una mena de sensor químic que s'utilitza per esbrinar la concentració analítica d'alguns components en la solució de gas (o) analític. Aquest sensor mesura el potencial elèctric d'un elèctrode quan no hi ha tensió. Aquest sensor té molts avantatges com la simplicitat i la rendibilitat en comparació amb els instruments analítics convencionals. Així, aquests sensors es poden utilitzar en diferents camps com ara l'alimentació, la salut, l'agricultura, el seguiment de la qualitat dels aliments, el control de la qualitat de l'aigua, el control de la salut, el control ambiental, etc.
Sensor d'hidrogen
Un sensor d'hidrogen és un tipus de sensor; s'utilitza per detectar la presència de gas hidrogen en diversos camps. Aquests sensors són de baix cost, duradors, compactes i molt senzills de mantenir en comparació amb altres sensors de gas. L'hidrogen és un gas incolor, insípid i inodor. Aquest sensor s'ha d'utilitzar per detectar el contingut d'hidrogen al medi ambient i controlar les fuites de gas. Aquest sensor s'utilitza en detectors de gas d'hidrogen per detectar fuites de gas.
Sensor de clorur fluorescent
El sensor de clorur fluorescent és un tipus de sensor químic utilitzat per a l'anàlisi química, per mesurar el transport de clorur a través de les membranes cel·lulars per ajustar el volum cel·lular, l'equilibri de càrrega, l'excitabilitat de la membrana i el potencial de repòs. També s'utilitzen principalment per al diagnòstic de fibrosi quística. Els descobriments de participació de clorur (Cl−) dins dels processos fisiològics estimulen les mesures intracel·lulars de Cl− dins de les cèl·lules vives i el desenvolupament d'eines fluorescents.
Diferència B/N Sensor químic i biosensor
La diferència entre sensors químics i biosensors inclou el següent.
| Sensor químic | Biosensor |
| Un sensor químic és un analitzador. | A biosensor és un dispositiu analític, |
| S'utilitza per convertir un senyal químic en elèctric. | S'utilitza per detectar una substància química que fusiona un component biològic mitjançant un detector fisicoquímic. |
| Aquest sensor utilitza un receptor i un transductor. | Aquest sensor utilitza components físics i biològics. |
| Els sensors químics mesuren i caracteritzen compostos químics. | Els biosensors mesuren i caracteritzen materials orgànics. |
| Alguns exemples de sensors químics són; alcoholímetres, sensors electroquímics de gas, i sensors de monòxid de carboni. | Exemples de biosensors són; Proves d'embaràs i sensors de control de glucosa. |
| Aquests sensors s'utilitzen en monitoratge ambiental, indústria alimentària, indústria minera, detecció mèdica, seguretat de defensa, bioenginyeria, etc. | Els biosensors s'utilitzen per al seguiment de malalties, detecció de contaminants, descobriment de fàrmacs, microorganismes que causen malalties, etc. |
Avantatges i desavantatges
Els avantatges dels sensors químics inclouen els següents.
- El sensor químic dóna respostes ràpides a diversos gasos i vapors.
- Aquests són assequibles.
- Els sensors químics són molt fàcils d'utilitzar i portàtils
- Aquests no són cars.
Els desavantatges d'un sensor químic inclouen els següents.
- Aquests sensors són estrets (o) el seu rang de temperatura és limitat.
- Aquest sensor no pot satisfer totes les necessitats de control ecològic.
- Té una vida útil limitada.
Aplicacions de sensors químics
El aplicacions dels sensors químics incloure el següent.
- Els sensors químics tenen aplicacions importants en la detecció mèdica, la vigilància ambiental de la indústria alimentària, la bioenginyeria, la seguretat de la defensa i la indústria minera.
- Les aplicacions dels sensors químics inclouen principalment seguretat, cures crítiques, higiene industrial, controls de qualitat del producte, controls de processos, etc.
- Aquest sensor ajuda a mesurar i detectar qualitats químiques dins d'un analit.
- S'utilitzen en medicina, seguretat domèstica, contaminació ambiental, etc.
- La detecció química s'utilitza en una àmplia gamma de disciplines com; anàlisi electroquímica, mesura biomèdica, vigilància de la contaminació i control industrial.
- Aquests sensors tenen diverses aplicacions per controlar la contaminació i la detecció de contaminants.
Consulteu això per obtenir més sensors químics i les seves interfícies;
- Sensor de gas metà MQ4.
- Sensor de gas d'hidrogen MQ8.
Per tant, aquesta és una visió general d'una substància química sensor, estructura, treball g, circuit, tipus, diferències, avantatges, inconvenients i aplicacions. Aquests sensors són dispositius que s'utilitzen per convertir un senyal químic en un de analític. Aquí, el senyal químic es pot formar mitjançant una interacció selectiva entre un material sensor situat al sensor i un analit objectiu. Alguns exemples de sensors químics són; Detectors de monòxid de carboni, detectors de glucosa, mosquits, proves d'embaràs, etc. Aquí tens una pregunta, què és un biosensor?
