Ihanteellinen kemikaali anturit ovat kannettavia, edullisia ja idioottivarmoja laitteita, jotka reagoivat ihanteellisesti ja välittömällä selektiivisyydellä tiettyyn analyytiin missä tahansa edullisessa väliaineessa tuottaen mitattavissa olevan lähtösignaalin millä tahansa vaaditulla analyyttipitoisuudella. Yleensä nämä anturit ovat laitteita (tai instrumentteja), jotka päättävät pitoisuuden, havaittavan läsnäolon (tai) analyytin määrän. Kemiallisen anturin sovelluksen monimutkaisuus liittyy näihin määrityksiin liittyviin teknisiin monimutkaisuuteen ja analysoitavan kemiallisen materiaalin erityisluonteeseen. Kemiallisen havainnoinnin selektiivisyys- ja herkkyysnäkökohtiin voivat vaikuttaa ensisijaisen määrityksen ulottuvuus-, vaihe- ja ajalliset näkökohdat. Analyytti voi olla saatavana nestemäisenä tai kiinteänä faasina eri mitta-asteikoissa, jotka vaihtelevat bulkkilitroista pikolitreihin. Tämä artikkeli sisältää lyhyet tiedot a kemiallinen anturi , sen toiminta ja sovellukset.
Mikä on kemiallinen anturi?
Anturi, jota käytetään mittaamaan ja havaitsemaan kemiallisia määriä analyytissä (koostumus, tietyn alkuaineen (tai ionin) olemassaolo, kemiallinen aktiivisuus, pitoisuus) sen muuntamiseksi elektroniseksi tiedoiksi tunnetaan kemiallisena anturina. Näitä antureita käytetään pääasiassa lukemattomissa sovelluksissa, joihin kuuluvat kodin tunnistusjärjestelmät, lääketiede, nanoteknologia ja autoteollisuus.
Kemiallinen anturin rakenne
Kemiallisen anturin rakenne on esitetty alla. Tämä anturi on valmistettu kahdesta merkittävästä komponentista; reseptori tai anturimateriaali ja anturi. Anturimateriaali on vuorovaikutuksessa kohdeanalyytin kanssa eri tavoin anturin tyypin mukaan. Tämän vuorovaikutuksen tulos on materiaalin ominaisuuden, kuten sähkönjohtavuuden ja massan, muutos.
Tämän anturin seuraava komponentti on anturi , joka vastaa reseptorin ja analyytin välisen vuorovaikutuksen kemiallisten tietojen ottamisesta ja muuttamisesta elektroniseksi signaaliksi. Sen jälkeen nämä tiedot annetaan tietokoneelle (tai mekaaniselle komponentille).
Kemiallinen anturi toimii sähkökemiallisen reaktion periaatteella muuntaakseen orgaanisten ja epäorgaanisten kemiallisten yhdisteiden koostumuksen ja pitoisuuden sähköisiksi signaaleiksi.
Kemiallinen anturipiiri ja sen toiminta
Tämä piiri kuvaa, kuinka häkäanturi toimii. Tässä anturissa on kolme elektrodia, jotka on upotettu nestemäiseen elektrolyyttiin. Nämä kolme elektrodia ovat pääasiassa työelektrodi, vastaelektrodi ja vertailuelektrodi, mutta tärkein elektrodi on työelektrodi. Tämä elektrodi on valmistettu platinasta, joka on katalyyttinen metalli hiilimonoksidiksi ja jota tukee kaasua läpäisevä, vaikkakin hydrofobinen kalvo. Hiilimonoksidikaasu diffundoituu huokoisen kalvon läpi ja hapettuu sähkökemiallisesti.
Elektronit, jotka osallistuvat sähkökemiallisen reaktion virtaukseen elektrodista, tuottavat anturin lähtösignaalin. Vertailuelektrodi tarjoaa vakaan sähkökemiallisen potentiaalin elektrolyytissä. Tämä elektrodi on suojattu yksinkertaisesti altistumiselta hiilimonoksidikaasulle, joten sen termodynaaminen potentiaali on aina samanlainen ja pysyy vakaana. Lisäksi virran ei sallita kulkea läpi vertailuelektrodin. Vastaelektrodi on varustettu täydentämään sähkökemiallinen kennopiiri.
Tämä elektrodi toimii vain toisena kennon puolikkaana ja päästää elektroneja sisään tai pois elektrolyyttiin. Alla oleva piiri ohjaa työelektrodin potentiaalia ja muuttaa signaalivirran jännitteeksi, joka tunnetaan nimellä potentiostaatti. WE:stä (työelektrodista) tuleva virta muutetaan jännitteeksi U2-operaatiovahvistimen kautta. Joten tämä piiri ylläpitää työelektrodin jännitteen esijännitepotentiaalissa (Vbias). RE (reference electrode) potentiaalia verrataan vakiotulojännitteeseen (Vbias). Piirin U1-operaatiovahvistin tuottaa jännitteen CE:ssä (vastaelektrodissa), joka on riittävä tuottamaan virran, joka on täsmälleen sama ja päinvastainen kuin työelektrodin virta. Samanaikaisesti voidaan ylläpitää vakiojännite työelektrodin ja vertailuelektrodin välillä.
Hiilimonoksidianturi on myös varustettu kemiallisesti selektiivisellä suodattimella, joka eliminoi mahdollisesti häiritsevät kaasut ennen kuin ne saapuvat työelektrodille. Jos kemiallisesti valikoiva suodatin toimii oikein, kemiallinen anturi reagoi vähemmän häiritseviin kaasuihin. Yllä selostettua tekniikkaa voidaan muokata tarjoamaan antureita, jotka reagoivat eri kaasuihin. Joten tämä voidaan saavuttaa erilaisilla työelektrodeilla, kemiallisesti selektiivisillä suodattimilla bias-potentiaalit.
Kemialliset anturityypit
On olemassa erilaisia kemiallisia antureita, joita käsitellään alla.
Alkometri
Alkomittari on kemiallinen anturi, jota käytetään arvioimaan BAC (veren alkoholipitoisuus) hengitysnäytteestä. Aina kun ihmiset juovat alkoholia, he hengittävät ulos jonkin määrän alkoholimolekyylejä, mikä on suoraan verrannollinen juomansa määrään. Joten tämä anturi on suunniteltu erityisesti mittaamaan henkilön verenpainetautia usein päättämään, ajaako hän ajoneuvoa turvallisesti vai ei. Kun alkoholimolekyylit ovat vuorovaikutuksessa reseptorin kautta, ne kohtaavat vielä yhden kemiallisen aineen, joka on suljettu reseptoriin, kuten rikkihappo, hopeanitraatti, vesi ja kaliumdikromaatti. Kun kemiallinen ero kahden kammion välillä tunnistetaan, sähköinen signaali voidaan tuottaa ja osoittaa sen neulan tai näytön kautta.
Hiilidioksidin anturi
Hiilidioksidianturi tunnetaan myös nimellä a CO2 anturi jota käytetään CO2-kaasun mittaamiseen. Tämän anturin yleiset periaatteet ovat infrapunakaasuanturit ja kemialliset kaasuanturit. Joten CO2-kaasun mittaaminen on merkittävää havainnoitaessa sisäilman laatua, keuhkojen toimintaa kapnografilaitteen muodossa ja eri teollisuusalueilla.
Hiilimonoksidin ilmaisin
Häkäilmaisin on laite, jota käytetään havaitsemaan CO-kaasun läsnäolo hiilimonoksidimyrkytyksen välttämiseksi. Hiilimonoksidikaasu on väritön, hajuton ja mauton kaasu, joka syntyy hiilipitoisten materiaalien osittaisella sytyttämisellä. Tämän kaasun suuret pitoisuudet voivat olla erittäin vaarallisia ihmisille läsnäolevan määrän ja altistuksen pituuden perusteella. Nämä ilmaisimet on suunniteltu pääasiassa mittaamaan CO-tasoja lopulta ja antamaan hälytyksen ennen vaarallisten hiilidioksidipitoisuuksien muodostumista ympäristöön, mikä antaa ihmisille riittävän varoituksen alueen turvalliseen raikastamiseen tai poistumiseen.
Elektroninen nenä
An elektroninen nenä tai e-nose on laite, jota käytetään makujen tai hajujen havaitsemiseen. Tämä pystyy toistamaan ihmisen aistit anturiryhmillä ja hahmontunnistusjärjestelmillä. Joten tunnistusprosessin vaiheet liittyvät ihmisen hajuun ja suoritetaan vertailua, tunnistamista, kvantifiointia ja muita sovelluksia varten, kuten; tietojen tallennus ja haku. Tunnistusprosessin vaiheet ovat samanlaisia kuin ihmisen hajuaisti, ja ne suoritetaan tunnistamista, vertailua, kvantifiointia ja muita sovelluksia varten, mukaan lukien tietojen tallennus ja haku.
Sinkkioksidi Nanorod anturi
Sinkkioksidin nanosauva-anturi (ZnO nanosauva-anturi) on optinen tai elektroninen laite, jota käytetään havaitsemaan nestemäisten molekyylien tai tiettyjen kaasujen läsnäolo ympäröivässä ilmakehässä. Tämä kemiallinen anturi hyödyntää parannettua pinta-alaa kaikille nanokokoisille materiaaleille, kuten ZnO-nanosauville. Molekyylien absorptio nanosauvoissa voidaan havaita nanosauvojen ominaisuuksien eroista, kuten fotoluminesenssi, värähtelytaajuus, sähkönjohtavuus, massa jne. Yksinkertaisin ja suosituin menetelmä on ohjata sähkövirtaa nanosauvojen läpi ja seurata sen muutoksia altistuessaan kaasua.
Potentiometrinen anturi
Potentiometrinen anturi on eräänlainen kemiallinen anturi, jota käytetään joidenkin komponenttien analyyttisen pitoisuuden selvittämiseen analyyttikaasussa (tai liuoksessa). Tämä anturi mittaa elektrodin sähköpotentiaalia, kun jännitettä ei ole. Tällä anturilla on monia etuja, kuten yksinkertaisuus ja kustannustehokkuus verrattuna perinteisiin analyyttisiin laitteisiin. Joten näitä antureita voidaan käyttää eri aloilla, kuten ruoka, terveydenhuolto, maatalous, elintarvikkeiden laadun seuranta, veden laadun seuranta, terveyden seuranta, ympäristön seuranta jne.
Vety anturi
Vetyanturi on anturityyppi; käytetään vetykaasun läsnäolon havaitsemiseen eri alueilla. Nämä anturit ovat edullisia, kestäviä, kompakteja ja erittäin yksinkertaisia huoltaa muihin kaasuantureihin verrattuna. Vety on väritön, mauton ja hajuton kaasu. Tätä anturia tulee käyttää ympäristön vetypitoisuuden havaitsemiseen ja kaasuvuotojen valvontaan. Tätä anturia käytetään vetykaasuilmaisimissa kaasuvuotojen havaitsemiseen.
Fluoresoiva kloridi-anturi
Fluoresoiva kloridianturi on eräänlainen kemiallinen anturi, jota käytetään kemialliseen analyysiin, mittaamaan kloridin kulkeutumista solukalvojen läpi solutilavuuden, varaustasapainon, kalvon kiihtyvyyden ja lepopotentiaalin säätämiseksi. Näitä käytetään myös pääasiassa kystisen fibroosin diagnosointiin. Fysiologisiin prosesseihin liittyvät löydöt kloridin (Cl−) osallistumisesta stimuloivat solunsisäisiä Cl−-mittauksia elävissä soluissa ja fluoresoivien työkalujen kehitystä.
Ero B/W Chemical Sensor ja Biosensor
Ero kemiallisten antureiden ja biosensorien välillä sisältää seuraavan.
| Kemiallinen anturi | Biosensori |
| Kemiallinen anturi on analysaattori. | A biosensori on analyyttinen laite, |
| Sitä käytetään muuntamaan kemiallinen signaali sähköiseksi. | Sitä käytetään havaitsemaan kemiallinen aine, joka yhdistää biologisen komponentin fysikaalis-kemiallisen ilmaisimen kautta. |
| Tämä anturi käyttää reseptoria ja anturia. | Tämä anturi käyttää biologisia ja fysikaalisia komponentteja. |
| Kemialliset anturit mittaavat ja karakterisoivat kemiallisia yhdisteitä. | Biosensorit mittaavat ja karakterisoivat orgaanisia materiaaleja. |
| Esimerkkejä kemiallisista antureista ovat; alkometrit, sähkökemialliset kaasuanturit ja hiilimonoksidianturit. | Esimerkkejä biosensoreista ovat; Raskaustestit ja glukoosimittausanturit. |
| Näitä antureita käytetään ympäristön seurannassa, elintarviketeollisuudessa, kaivosteollisuudessa, lääketieteellisessä ilmaisussa, puolustusturvallisuudessa, biotekniikassa jne. | Biosensoreita käytetään sairauksien seurantaan, epäpuhtauksien havaitsemiseen, lääkekehitykseen, sairauksia aiheuttaviin mikro-organismeihin jne. |
Edut & Haitat
Kemiallisten antureiden etuja ovat seuraavat.
- Kemiallinen anturi reagoi nopeasti erilaisiin kaasuihin ja höyryihin.
- Nämä ovat edullisia.
- Kemialliset anturit ovat erittäin helppokäyttöisiä ja kannettavia
- Nämä eivät ole kalliita.
Kemiallisen anturin haittoja ovat seuraavat.
- Nämä anturit ovat kapeita (tai niiden lämpötila-alue on rajoitettu).
- Tämä anturi ei voi täyttää kaikkia ekologisen seurannan tarpeita.
- Sillä on rajoitettu säilyvyysaika.
Kemialliset anturisovellukset
The kemiallisten antureiden sovellukset Sisällytä seuraavat.
- Kemiallisilla antureilla on merkittäviä sovelluksia lääketieteellisessä ilmaisussa, elintarviketeollisuuden ympäristönvalvonnassa, biotekniikassa, puolustusturvallisuudessa ja kaivosteollisuudessa.
- Kemiallisten anturien sovelluksia ovat pääasiassa turvallisuus, tehohoito, teollisuushygienia, tuotteiden laadunvalvonta, prosessinhallinta jne.
- Tämä anturi auttaa mittaamaan ja havaitsemaan analyytin kemiallisia ominaisuuksia.
- Näitä käytetään lääketieteessä, kodin turvassa, ympäristön saastumisessa jne.
- Kemiallista tunnistusta käytetään monilla eri aloilla, kuten; sähkökemiallinen analyysi, biolääketieteellinen mittaus, saastumisen seuranta ja teollinen valvonta.
- Näillä antureilla on erilaisia sovelluksia saasteiden ja epäpuhtauksien havaitsemiseen.
Katso tästä lisää kemiallisia antureita ja niiden liitäntöjä;
- MQ4 metaanikaasuanturi.
- MQ8 vetykaasuanturi.
Näin ollen tämä on yleiskatsaus kemikaalista anturi, rakenne, työskentely g, piiri, tyypit, erot, edut, haitat ja sovellukset. Nämä anturit ovat laitteita, joita käytetään muuntamaan kemiallinen signaali analyyttiseksi. Tässä kemiallinen signaali voidaan muodostaa anturissa sijaitsevan anturimateriaalin ja kohdeanalyytin välisen selektiivisen vuorovaikutuksen kautta. Esimerkkejä kemiallisista antureista ovat; Häkäilmaisimet, glukoosiilmaisimet, hyttyset, raskaustestit jne. Tässä on sinulle kysymys, mikä on biosensori?
