Prodotto chimico ideale sensori sono dispositivi portatili, economici e infallibili che reagiscono con selettività ideale e istantanea a un particolare analita in qualsiasi mezzo preferito per generare un segnale di uscita misurabile a qualsiasi concentrazione di analita richiesta. Generalmente, questi sensori sono dispositivi (o) strumenti che decidono la concentrazione, la presenza rilevabile (o) la quantità di analita. La complessità applicativa del sensore chimico è legata alle complessità tecniche legate a queste determinazioni e alla natura specifica del materiale chimico da analizzare. Gli aspetti di selettività e sensibilità del rilevamento chimico possono essere influenzati dagli aspetti dimensionali, di fase e temporali della determinazione preferita. L'analita può essere disponibile in fase liquida o solida su diverse scale dimensionali che vanno dai litri sfusi ai picolitri. Questo articolo fornisce brevi informazioni su a sensore chimico , il suo funzionamento e le sue applicazioni.
Cos'è un sensore chimico?
Un sensore utilizzato per misurare e rilevare quantità chimiche all'interno di un analita (composizione, esistenza di un particolare elemento (o) ione, attività chimica, concentrazione) per convertirlo in dati elettronici è noto come sensore chimico. Questi sensori sono utilizzati principalmente in una miriade di applicazioni che includono sistemi di rilevamento domestico, medici, nanotecnologie e automobilistici.
Struttura del sensore chimico
La struttura del sensore chimico è mostrata di seguito. Questo sensore è realizzato con due componenti significativi; il recettore o il materiale di rilevamento e il trasduttore. Il materiale sensibile interagisce con l'analita target in modi diversi a seconda del tipo di sensore. Il risultato di questa interazione è la trasformazione di una proprietà materiale come la conduttività elettrica e la massa.
Il componente successivo di questo sensore è il trasduttore , che è responsabile di prendere i dati chimici dell'interazione tra il recettore e l'analita e di trasformarli in un segnale elettronico. Successivamente, questi dati vengono forniti a un computer (o) a un componente meccanico.
Il sensore chimico funziona secondo il principio della reazione elettrochimica per convertire la composizione e la concentrazione di composti chimici organici e inorganici in segnali elettrici.
Circuito del sensore chimico e suo funzionamento
Questo circuito descrive come funziona il sensore di monossido di carbonio. Questo sensore ha tre elettrodi immersi in un elettrolita liquido. Questi tre elettrodi sono principalmente l'elettrodo di lavoro, il controelettrodo e l'elettrodo di riferimento, ma l'elettrodo più importante è l'elettrodo di lavoro. Questo elettrodo è realizzato in platino, un metallo catalitico contro il monossido di carbonio, sostenuto da una membrana permeabile ai gas sebbene idrofobica. Il gas monossido di carbonio si diffonde attraverso la membrana porosa e viene ossidato elettrochimicamente.
Gli elettroni coinvolti nel flusso di reazione elettrochimica dall'elettrodo producono il segnale di uscita del sensore. L'elettrodo di riferimento fornisce un potenziale elettrochimico stabile all'interno dell'elettrolita. Questo elettrodo è protetto semplicemente dall'esposizione al monossido di carbonio, quindi il suo potenziale termodinamico è sempre simile e rimane stabile. Inoltre, non è consentito il flusso di corrente attraverso l'elettrodo di riferimento. Viene fornito un controelettrodo per completare il circuito della cella elettrochimica.
Questo elettrodo funziona solo come seconda semicella e lascia che gli elettroni entrino o si allontanino dall'elettrolita. Il circuito seguente controlla il potenziale dell'elettrodo di lavoro e modifica la corrente del segnale in una tensione nota come potenziostato. La corrente proveniente dal WE (elettrodo di lavoro) viene modificata in tensione attraverso l'amplificatore operazionale U2. Quindi questo circuito mantiene la tensione dell'elettrodo di lavoro al potenziale di polarizzazione (Vbias). Il potenziale RE (elettrodo di riferimento) viene confrontato con la tensione di ingresso costante (Vbias). L'amplificatore operazionale U1 nel circuito genera una tensione sul CE (controelettrodo) adeguata a generare una corrente esattamente equivalente e inversa alla corrente dell'elettrodo di lavoro. Allo stesso tempo, è possibile mantenere una tensione costante tra l'elettrodo di lavoro e l'elettrodo di riferimento.
Il sensore di monossido di carbonio è inoltre dotato di un filtro chimicamente selettivo che elimina i gas potenzialmente interferenti prima che arrivino all'elettrodo di lavoro. Se il filtro chimicamente selettivo funziona correttamente, il sensore chimico avrà una risposta minore ai gas interferenti. La tecnologia sopra spiegata può essere modificata per fornire sensori che reagiscono ai vari gas. Quindi questo può essere ottenuto con diversi elettrodi di lavoro, potenziali di polarizzazione di filtri chimicamente selettivi.
Tipi di sensori chimici
Esistono diversi tipi di sensori chimici che verranno discussi di seguito.
Etilometro
Un etilometro è un sensore chimico utilizzato per stimare il tasso alcolemico (BAC) da un campione di respiro. Ogni volta che le persone bevono alcol, espirano una quantità di molecole di alcol che è direttamente proporzionale alla quantità che bevono. Quindi questo sensore è progettato in particolare per misurare frequentemente il tasso alcolemico di una persona per decidere se sta guidando un veicolo in modo sicuro o meno. Una volta che le molecole di alcol interagiscono attraverso il recettore, incontrano un'altra sostanza chimica racchiusa nel recettore come acido solforico, nitrato d'argento, acqua e dicromato di potassio. Quando viene riconosciuta la dissomiglianza chimica tra le due camere, è possibile generare e indicare un segnale elettrico attraverso l'ago o lo schermo.
Sensore di anidride carbonica
Un sensore di anidride carbonica è noto anche come a Sensore di CO2 che viene utilizzato per misurare il gas CO2. I principi comuni per questo sensore sono sensori di gas a infrarossi e sensori di gas chimici. Pertanto, la misurazione del gas CO2 è significativa per osservare la qualità dell’aria interna, la funzione polmonare sotto forma di dispositivo capnografo e varie aree industriali.
Rilevatore di monossido di carbonio
Un rilevatore di monossido di carbonio è un dispositivo utilizzato per rilevare la presenza di gas CO per evitare l'avvelenamento da monossido di carbonio. Il monossido di carbonio è un gas incolore, inodore e insapore prodotto dall'accensione parziale di materiali contenenti carbonio. Livelli elevati di questo gas possono essere molto pericolosi per gli esseri umani in base alla quantità presente e alla durata dell'esposizione. Questi rilevatori sono progettati principalmente per misurare eventualmente i livelli di CO e fornire un allarme prima che si accumulino livelli pericolosi di CO nell'ambiente circostante, fornendo alle persone un avvertimento sufficiente per rinfrescare in sicurezza l'area o andarsene.
Naso elettronico
UN naso elettronico o e-nose è un dispositivo utilizzato per rilevare sapori o odori. Questo è in grado di riprodurre i sensi umani con matrici di sensori e sistemi di riconoscimento di modelli. Quindi le fasi del processo di riconoscimento sono legate all'olfatto umano e vengono eseguite per il confronto, l'identificazione, la quantificazione e altre applicazioni come; archiviazione e recupero dei dati. Le fasi del processo di riconoscimento sono simili all'olfatto umano e vengono eseguite per l'identificazione, il confronto, la quantificazione e altre applicazioni, inclusa l'archiviazione e il recupero dei dati.
Sensore a nanorod all'ossido di zinco
Un sensore a nanoasta di ossido di zinco (sensore a nanoasta di ZnO) è un dispositivo ottico o elettronico utilizzato per rilevare la presenza di molecole liquide o determinati gas nell'atmosfera ambientale. Questo sensore chimico utilizza un'area superficiale migliorata per tutti i materiali di dimensioni nanometriche come i nanotubi di ZnO. L'assorbimento delle molecole sui nanotubi può essere rilevato attraverso le differenze nelle proprietà dei nanotubi, come fotoluminescenza, frequenza di vibrazione, conduttività elettrica, massa, ecc. Il metodo più semplice e più diffuso è quello di far passare la corrente elettrica attraverso i nanotubi e monitorare i suoi cambiamenti in seguito all'esposizione a gas.
Sensore potenziometrico
Un sensore potenziometrico è un tipo di sensore chimico utilizzato per scoprire la concentrazione analitica di alcuni componenti nel gas (o) soluzione dell'analita. Questo sensore misura il potenziale elettrico di un elettrodo quando non è presente tensione. Questo sensore presenta numerosi vantaggi, tra cui la semplicità e il rapporto costo-efficacia rispetto agli strumenti analitici convenzionali. Pertanto, questi sensori possono essere utilizzati in diversi campi come l'alimentazione, la sanità, l'agricoltura, il monitoraggio della qualità degli alimenti, il monitoraggio della qualità dell'acqua, il monitoraggio della salute, il monitoraggio ambientale, ecc.
Sensore di idrogeno
Un sensore di idrogeno è un tipo di sensore; utilizzato per rilevare la presenza di gas idrogeno in vari campi. Questi sensori sono economici, durevoli, compatti e molto semplici da mantenere rispetto ad altri sensori di gas. L’idrogeno è un gas incolore, insapore e inodore. Questo sensore deve essere utilizzato per rilevare il contenuto di idrogeno nell'ambiente e monitorare le perdite di gas. Questo sensore viene utilizzato nei rilevatori di gas idrogeno per rilevare perdite di gas.
Sensore di cloruro fluorescente
Il sensore fluorescente del cloruro è un tipo di sensore chimico utilizzato per l'analisi chimica, per misurare il trasporto del cloruro attraverso le membrane cellulari per regolare il volume cellulare, il bilancio di carica, l'eccitabilità della membrana e il potenziale di riposo. Questi vengono utilizzati principalmente anche per la diagnosi della fibrosi cistica. Le scoperte sulla partecipazione del cloruro (Cl−) all'interno dei processi fisiologici stimolano le misurazioni intracellulari di Cl− all'interno delle cellule vive e lo sviluppo di strumenti fluorescenti.
Differenza tra sensore chimico e biosensore in bianco e nero
La differenza tra sensori chimici e biosensori include quanto segue.
| Sensore chimico | Biosensore |
| Un sensore chimico è un analizzatore. | UN biosensore è un dispositivo analitico, |
| Viene utilizzato per convertire un segnale chimico in uno elettrico. | Viene utilizzato per rilevare una sostanza chimica che fonde un componente biologico attraverso un rilevatore fisico-chimico. |
| Questo sensore utilizza un recettore e un trasduttore. | Questo sensore utilizza componenti biologici e fisici. |
| I sensori chimici misurano e caratterizzano i composti chimici. | I biosensori misurano e caratterizzano i materiali organici. |
| Esempi di sensori chimici sono; etilometro, sensori elettrochimici di gas e sensori di monossido di carbonio. | Esempi di biosensori sono; Test di gravidanza e sensori per il monitoraggio del glucosio. |
| Questi sensori sono utilizzati nel monitoraggio ambientale, nell'industria alimentare, nell'industria mineraria, nel rilevamento medico, nella sicurezza della difesa, nella bioingegneria, ecc. | I biosensori vengono utilizzati per il monitoraggio delle malattie, il rilevamento di inquinanti, la scoperta di farmaci, microrganismi patogeni, ecc. |
Vantaggi e svantaggi
I vantaggi dei sensori chimici includono quanto segue.
- Il sensore chimico fornisce risposte rapide a vari gas e vapori.
- Questi sono convenienti.
- I sensori chimici sono molto semplici da usare e portatili
- Questi non sono costosi.
Gli svantaggi di un sensore chimico includono quanto segue.
- Questi sensori sono stretti (o) il loro intervallo di temperatura è limitato.
- Questo sensore non può soddisfare tutte le necessità di monitoraggio ecologico.
- Ha una durata di conservazione limitata.
Applicazioni dei sensori chimici
IL applicazioni dei sensori chimici include il seguente.
- I sensori chimici hanno applicazioni significative nel rilevamento medico, nel monitoraggio ambientale nell'industria alimentare, nella bioingegneria, nella sicurezza della difesa e nell'industria mineraria.
- Le applicazioni dei sensori chimici includono principalmente sicurezza, terapia intensiva, igiene industriale, controlli di qualità del prodotto, controlli di processo, ecc.
- Questo sensore aiuta a misurare e rilevare le qualità chimiche all'interno di un analita.
- Questi sono utilizzati in medicina, sicurezza domestica, inquinamento ambientale, ecc.
- Il rilevamento chimico è utilizzato in una vasta gamma di discipline come; analisi elettrochimiche, misurazioni biomediche, monitoraggio dell'inquinamento e controllo industriale.
- Questi sensori hanno varie applicazioni per monitorare il rilevamento di inquinamento e contaminanti.
Fare riferimento a questo per ulteriori sensori chimici e le loro interfacce;
- Sensore Gas Metano MQ4.
- Sensore di gas idrogeno MQ8.
Pertanto, questa è una panoramica di una sostanza chimica sensore, struttura, funzionamento g, circuito, tipi, differenze, vantaggi, svantaggi e applicazioni. Questi sensori sono dispositivi utilizzati per convertire un segnale chimico in uno analitico. In questo caso, il segnale chimico può essere formato attraverso un'interazione selettiva tra un materiale sensibile situato nel sensore e un analita target. Esempi di sensori chimici sono; Rilevatori di monossido di carbonio, rilevatori di glucosio, zanzare, test di gravidanza, ecc. Ecco una domanda per te: cos'è un biosensore?
