Kemisk sensor: struktur, krets, fungerande, typer, kontra biosensor och dess tillämpningar

Idealisk kemikalie sensorer är bärbara, billiga och idiotsäkra anordningar som reagerar med idealisk och omedelbar selektivitet på en viss analyt i vilket föredraget medium som helst för att generera en mätbar utsignal vid vilken som helst analytkoncentration. I allmänhet är dessa sensorer enheter (eller) instrument som bestämmer koncentrationen, detekterbar närvaro (eller) analytmängd. Kemikaliesensorns applikationskomplexitet är kopplad till den tekniska komplexiteten som är kopplad till dessa bestämningar och den specifika karaktären hos det kemiska materialet som ska analyseras. Selektivitets- och känslighetsaspekterna av kemisk avkänning kan påverkas av dimensions-, fas- och tidsaspekterna av den föredragna bestämningen. Analyten kan vara tillgänglig i flytande eller fast fas på olika dimensionsskalor som sträcker sig från bulkliter till pikoliter. Den här artikeln ger kort information om en kemisk sensor , dess funktion och dess tillämpningar.

Vad är en kemisk sensor?

En sensor som används för att mäta och detektera kemiska kvantiteter i en analyt (sammansättning, förekomst av ett visst element (eller) jon, kemisk aktivitet, koncentration) för att omvandla den till elektronisk data kallas en kemisk sensor. Dessa sensorer används främst i otaliga applikationer som inkluderar hemdetektionssystem, medicin, nanoteknik och fordon.

Kemisk sensorstruktur

Den kemiska sensorns struktur visas nedan. Denna sensor är gjord med två viktiga komponenter; receptorn eller avkänningsmaterialet & givaren. Avkänningsmaterialet interagerar med målanalyten på olika sätt beroende på typen av sensor. Resultatet av denna interaktion är omvandlingen av en materiell egenskap som elektrisk ledningsförmåga och massa.

Nästa komponent i denna sensor är givare , som ansvarar för att ta kemiska data om interaktionen mellan receptorn och analyten och ändra den till en elektronisk signal. Efter det ges dessa data till en dator (eller) en mekanisk komponent.

Den kemiska sensorn arbetar enligt principen om elektrokemisk reaktion för att omvandla sammansättningen och koncentrationen av organiska och oorganiska kemiska föreningar till elektriska signaler.

Kemisk sensorkrets och dess funktion

Denna krets beskriver hur kolmonoxidsensorn fungerar. Denna sensor har tre elektroder som är nedsänkta i en flytande elektrolyt. Dessa tre elektroder är huvudsakligen arbetselektroden, motelektroden & referenselektroden men den viktigaste elektroden är arbetselektroden. Denna elektrod är gjord av platina som är en katalytisk metall till kolmonoxid uppbackad av ett gaspermeabelt men hydrofobt membran. Kolmonoxidgasen diffunderar genom det porösa membranet och oxideras elektrokemiskt.

Elektronerna som är involverade i flödet av elektrokemisk reaktion från elektroden producerar sensorns utsignal. Referenselektroden ger en stabil elektrokemisk potential inuti elektrolyten. Denna elektrod är helt enkelt skyddad från exponering för kolmonoxidgas, så dess termodynamiska potential är alltid lika och förblir stabil. Dessutom tillåts ingen ström att flyta genom referenselektroden. En motelektrod tillhandahålls för att fullborda den elektrokemiska cellkretsen.

Denna elektrod fungerar bara som den andra halvcellen och låter elektroner gå in i eller bort från elektrolyten. Kretsen nedan kontrollerar arbetselektrodens potential och ändrar signalströmmen till en spänning som kallas potentiostat. Strömmen från WE (arbetselektroden) ändras till en spänning genom U2 op-amp. Så denna krets upprätthåller arbetselektrodspänningen vid förspänningspotentialen (Vbias). RE (referenselektrod) potentialen jämförs med den konstanta inspänningen (Vbias). U1 op-amp i kretsen genererar en spänning vid CE (motelektrod) som är tillräcklig för att generera en ström som är exakt ekvivalent och omvänd till arbetselektrodströmmen. Samtidigt kan en konstant spänning upprätthållas mellan arbetselektroden och referenselektroden.

Kolmonoxidsensorn är också utrustad med ett kemiskt selektivt filter som eliminerar potentiellt störande gaser innan de anländer till arbetselektroden. Om det kemiskt selektiva filtret fungerar korrekt kommer kemikaliesensorn att svara mindre på störande gaser. Tekniken som förklaras ovan kan modifieras för att tillhandahålla sensorer som reagerar på de olika gaserna. Så detta kan åstadkommas med olika arbetselektroder, kemiskt selektiva filter förspänningspotentialer.

Typer av kemiska sensorer

Det finns olika typer av kemiska sensorer som diskuteras nedan.

Alkomätare

En alkomätare är en kemisk sensor som används för att uppskatta BAC (alkoholhalt i blodet) från ett utandningsprov. Närhelst människor dricker alkohol, andas de ut en viss mängd alkoholmolekyler som är direkt proportionell mot mängden de dricker. Så den här sensorn är speciellt utformad för att mäta BAC för en person ofta för att avgöra om de kör ett fordon säkert eller inte. När väl alkoholmolekylerna interagerar genom receptorn, möter de ytterligare en kemisk substans innesluten i receptorn som svavelsyra, silvernitrat, vatten och kaliumdikromat. När den kemiska olikheten mellan de två kamrarna upptäcks, kan en elektrisk signal genereras och indikeras genom dess nål eller skärm.

Koldioxidsensor

En koldioxidsensor är också känd som en CO2 sensor som används för att mäta CO2-gas. De gemensamma principerna för denna sensor är infraröda gassensorer och kemiska gassensorer. Så, mätning av CO2-gas är viktig för att observera inomhusluftens kvalitet, lungans funktion i form av kapnografanordningar och olika industriområden.

Kolmonoxiddetektor

En kolmonoxiddetektor är en anordning som används för att känna av närvaron av CO-gas för att undvika förgiftning av kolmonoxid. Kolmonoxidgas är en färglös, luktfri och smaklös gas som produceras genom partiell antändning av kolhaltiga material. Höga nivåer av denna gas kan vara mycket farliga för människor baserat på mängden närvarande och exponeringslängden. Dessa detektorer är huvudsakligen utformade för att så småningom mäta nivåerna av CO och ge ett larm innan farliga CO-nivåer byggs upp i omgivningen, vilket ger människor tillräcklig varning för att säkert fräscha upp området eller lämna.

Elektronisk näsa

En elektronisk näsa eller e-nose är en enhet som används för att upptäcka smaker eller lukter. Detta är kapabelt att återge mänskliga sinnen med sensormatriser och mönsterigenkänningssystem. Så igenkänningsprocessen är relaterade till mänsklig lukt och utförs för, jämförelse, identifiering, kvantifiering och andra applikationer som; datalagring och hämtning. Stadierna i igenkänningsprocessen liknar mänsklig lukt och utförs för identifiering, jämförelse, kvantifiering och andra tillämpningar, inklusive datalagring och hämtning.

Zinkoxid nanorodsensor

En zinkoxid nanorod sensor (ZnO nanorod sensor) är en optisk eller elektronisk enhet som används för att upptäcka närvaron av flytande molekyler eller vissa gaser i den omgivande atmosfären. Denna kemiska sensor använder utökad yta för alla material i nanostorlek som ZnO nanorods. Molekylabsorption på nanoroderna kan detekteras genom skillnader i nanorodarnas egenskaper, som fotoluminescens, vibrationsfrekvens, elektrisk ledningsförmåga, massa, etc. Den enklaste och mest populära metoden är att leda elektrisk ström genom nanoroderna och övervaka dess förändringar vid exponering för gas.

Potentiometrisk sensor

En potentiometrisk sensor är en slags kemisk sensor som används för att ta reda på den analytiska koncentrationen av vissa komponenter i analytgasen (eller) lösningen. Denna sensor mäter den elektriska potentialen hos en elektrod när det inte finns någon spänning. Denna sensor har många fördelar som enkelhet och kostnadseffektivitet jämfört med konventionella analysinstrument. Så dessa sensorer kan användas inom olika områden som livsmedel, hälsovård, jordbruk, livsmedelskvalitetsövervakning, vattenkvalitetsövervakning, hälsoövervakning, miljöövervakning, etc.

Vätgassensor

En vätesensor är en typ av sensor; används för att upptäcka närvaron av vätgas inom olika områden. Dessa sensorer är billiga, hållbara, kompakta och mycket enkla att underhålla jämfört med andra gassensorer. Väte är färglös, smaklös och en luktfri gas. Denna sensor måste användas för att detektera vätehalten i miljön och övervaka gasläckage. Denna sensor används i vätgasdetektorer för att upptäcka gasläckor.

Fluorescerande kloridsensor

Den fluorescerande kloridsensorn är en typ av kemisk sensor som används för kemisk analys, för att mäta kloridtransport över cellmembran för att justera cellvolym, laddningsbalans, membranexcitabilitet och vilopotential. Dessa används också främst för diagnosen cystisk fibros. Upptäckten av klorid (Cl−) deltagande inom fysiologiska processer stimulerar de intracellulära Cl−mätningarna inom levande celler och utvecklingen av fluorescerande verktyg.

Skillnad B/W kemisk sensor och biosensor

Skillnaden mellan kemiska sensorer och biosensorer inkluderar följande.

Fördelar & nackdelar

Fördelarna med kemiska sensorer inkluderar följande.

• Den kemiska sensorn ger snabba svar på olika gaser och ångor.
• Dessa är prisvärda.
• Kemiska sensorer är mycket enkla att använda och bärbara
• Dessa är inte dyra.

Nackdelarna med en kemisk sensor inkluderar följande.

• Dessa sensorer är smala (eller) deras temperaturområde är begränsat.
• Denna sensor kan inte uppfylla alla ekologiska övervakningsbehov.
• Den har en begränsad hållbarhet.

Tillämpningar för kemiska sensorer

De tillämpningar av kemiska sensorer inkluderar följande.

• Kemiska sensorer har betydande tillämpningar inom medicinsk detektion, miljöövervakning, livsmedelsindustrin, bioteknik, försvarssäkerhet och gruvindustrin.
• De kemiska sensorapplikationerna inkluderar främst säkerhet, kritisk vård, industriell hygien, produktkvalitetskontroller, processkontroller, etc.
• Denna sensor hjälper till att mäta och detektera kemiska egenskaper i en analyt.
• Dessa används inom medicin, hemsäkerhet, miljöföroreningar etc.
• Kemisk avkänning används inom ett brett spektrum av discipliner som; elektrokemisk analys, biomedicinsk mätning, föroreningsövervakning & industriell kontroll.
• Dessa sensorer har olika applikationer för att övervaka föroreningar och detektering av föroreningar.

Se detta för fler kemiska sensorer och deras gränssnitt;

• MQ4 Metangassensor.
• MQ8 vätgassensor.

Detta är alltså en översikt över en kemikalie sensor, struktur, arbete g, krets, typer, skillnader, fördelar, nackdelar och tillämpningar. Dessa sensorer är enheter som används för att omvandla en kemisk signal till en analytisk. Här kan den kemiska signalen bildas genom en selektiv interaktion mellan ett avkänningsmaterial som finns i sensorn och en målanalyt. Exempel på kemiska sensorer är; Kolmonoxiddetektorer, Glukosdetektorer, Mygga, Graviditetstester etc. Här är en fråga till dig, vad är en biosensor?