Bahan kimia yang ideal penderia adalah peranti mudah alih, murah dan mudah alih yang bertindak balas dengan selektiviti yang ideal dan segera kepada analit tertentu dalam mana-mana medium pilihan untuk menjana isyarat keluaran yang boleh diukur pada sebarang kepekatan analit yang diperlukan. Secara amnya, penderia ini ialah peranti (atau) instrumen yang menentukan kepekatan, kehadiran yang boleh dikesan (atau) kuantiti analit. Kerumitan aplikasi penderia kimia disambungkan kepada kerumitan teknikal yang berkaitan dengan penentuan ini dan sifat khusus bahan kimia yang akan dianalisis. Aspek selektiviti & kepekaan penderiaan kimia boleh dipengaruhi oleh aspek dimensi, fasa & temporal penentuan pilihan. Analit boleh didapati dalam fasa cecair atau pepejal pada skala dimensi berbeza yang terdiri daripada liter pukal kepada picoliters. Artikel ini menyediakan maklumat ringkas tentang a sensor kimia , cara kerjanya dan aplikasinya.
Apakah Pengesan Kimia?
Sensor yang digunakan untuk mengukur & mengesan kuantiti kimia dalam analit (komposisi, kewujudan unsur (atau) ion tertentu, aktiviti kimia, kepekatan) untuk menukarnya kepada data elektronik dikenali sebagai sensor kimia. Penderia ini digunakan terutamanya dalam pelbagai aplikasi termasuk sistem pengesanan rumah, perubatan, nanoteknologi & automotif.
Struktur Sensor Kimia
Struktur penderia kimia ditunjukkan di bawah. Sensor ini dibuat dengan dua komponen penting; reseptor atau bahan penderia & transduser. Bahan penderiaan berinteraksi dengan analit sasaran dalam cara yang berbeza berdasarkan jenis penderia. Hasil daripada interaksi ini ialah perubahan sifat bahan seperti kekonduksian elektrik & jisim.
Komponen seterusnya bagi sensor ini ialah transduser , yang bertanggungjawab untuk mengambil data kimia interaksi antara reseptor & analit dan mengubahnya menjadi isyarat elektronik. Selepas itu, data ini diberikan kepada komputer (atau) komponen mekanikal.
Penderia kimia berfungsi berdasarkan prinsip tindak balas elektrokimia untuk menukar komposisi & kepekatan sebatian kimia organik & bukan organik kepada isyarat elektrik.
Litar Sensor Kimia & Kefungsiannya
Litar ini menerangkan cara penderia karbon monoksida berfungsi. Sensor ini mempunyai tiga elektrod yang direndam dalam elektrolit cecair. Ketiga-tiga elektrod ini terutamanya elektrod kerja, elektrod pembilang & elektrod rujukan tetapi elektrod yang paling penting ialah elektrod kerja. Elektrod ini diperbuat daripada platinum yang merupakan logam pemangkin kepada karbon monoksida yang disokong oleh membran hidrofobik yang boleh telap gas walaupun. Gas karbon monoksida meresap melalui membran berliang dan teroksida secara elektrokimia.
Elektron yang terlibat dalam aliran tindak balas elektrokimia daripada elektrod menghasilkan isyarat keluaran penderia. Elektrod rujukan menyediakan potensi elektrokimia yang stabil dalam elektrolit. Elektrod ini dilindungi semata-mata daripada pendedahan kepada gas karbon monoksida, oleh itu, potensi termodinamiknya sentiasa serupa & kekal stabil. Selain itu, tiada arus dibenarkan mengalir ke seluruh elektrod rujukan Elektrod balas disediakan untuk melengkapkan litar sel elektrokimia.
Elektrod ini hanya berfungsi sebagai separuh sel kedua & membolehkan elektron masuk atau menjauhi elektrolit. Litar di bawah mengawal potensi elektrod kerja & menukar arus isyarat kepada voltan yang dikenali sebagai potensiostat. Arus dari WE (elektrod kerja) ditukar kepada voltan melalui op-amp U2. Jadi litar ini mengekalkan voltan elektrod kerja pada potensi pincang (Vbias). Potensi RE (elektrod rujukan) dibandingkan dengan voltan masukan malar (Vbias). Op-amp U1 dalam litar menjana voltan pada CE (elektrod pembilang) yang mencukupi untuk menjana arus yang setara dengan tepat dan berbalik kepada arus elektrod kerja. Pada masa yang sama, voltan malar boleh dikekalkan antara elektrod kerja & elektrod rujukan.
Penderia karbon monoksida juga dilengkapi melalui penapis terpilih secara kimia yang menghapuskan gas yang berpotensi mengganggu sebelum ia tiba di elektrod kerja. Jika penapis selektif kimia beroperasi dengan betul, sensor kimia akan mempunyai tindak balas yang kurang terhadap gas yang mengganggu. Teknologi yang dijelaskan di atas boleh diubah suai untuk menyediakan penderia yang bertindak balas terhadap pelbagai gas. Jadi ini boleh dicapai dengan elektrod kerja yang berbeza, penapis selektif kimia potensi bias.
Jenis Sensor Kimia
Terdapat pelbagai jenis penderia kimia yang dibincangkan di bawah.
Breathalyzer
Breathalyzer ialah penderia kimia yang digunakan untuk menganggar BAC (kandungan alkohol dalam darah) daripada sampel nafas. Setiap kali orang minum alkohol, maka mereka menghembuskan beberapa kuantiti molekul alkohol yang berkadar terus dengan kuantiti yang mereka minum. Jadi sensor ini direka khusus untuk mengukur BAC seseorang dengan kerap untuk memutuskan sama ada mereka memandu kenderaan dengan selamat atau tidak. Sebaik sahaja molekul alkohol berinteraksi melalui reseptor, maka mereka akan menemui satu lagi bahan kimia yang terkandung dalam reseptor seperti asid sulfurik, perak nitrat, air, dan kalium dikromat. Apabila perbezaan kimia antara kedua-dua ruang itu dikenali, isyarat elektrik boleh dijana & ditunjukkan melalui jarum atau skrinnya.
Penderia karbon dioksida
Penderia karbon dioksida juga dikenali sebagai a Penderia CO2 yang digunakan untuk mengukur gas CO2. Prinsip biasa untuk penderia ini ialah penderia gas inframerah & penderia gas kimia. Jadi, mengukur gas CO2 adalah penting dalam memerhati kualiti udara dalaman, fungsi paru-paru dalam bentuk peranti capnograph & pelbagai kawasan industri.
Pengesan Karbon Monoksida
Pengesan karbon monoksida ialah alat yang digunakan untuk mengesan kehadiran gas CO untuk mengelakkan keracunan karbon monoksida. Gas karbon monoksida ialah gas tidak berwarna, tidak berbau & tidak berasa yang dihasilkan oleh penyalaan separa bahan yang mengandungi karbon. Tahap tinggi gas ini boleh menjadi sangat berbahaya kepada manusia berdasarkan kuantiti hadir & panjang pendedahan. Pengesan ini direka terutamanya untuk mengukur tahap CO akhirnya & memberi penggera sebelum paras CO berbahaya terkumpul di persekitaran, memberikan amaran yang mencukupi kepada orang ramai untuk menyegarkan kawasan atau meninggalkan dengan selamat.
Hidung Elektronik
An hidung elektronik atau e-nose ialah peranti yang digunakan untuk mengesan perisa atau bau. Ini mampu menghasilkan semula deria manusia dengan tatasusunan sensor & sistem pengecaman corak. Jadi peringkat proses pengecaman adalah berkaitan dengan penciuman manusia & dilakukan untuk, perbandingan, pengenalan, kuantifikasi & aplikasi lain seperti; penyimpanan & pengambilan data. Peringkat proses pengecaman adalah serupa dengan penciuman manusia dan dilakukan untuk pengenalpastian, perbandingan, kuantifikasi dan aplikasi lain, termasuk penyimpanan dan pengambilan data.
Penderia Nanorod Zink Oksida
Sensor nanorod zink oksida (sensor nanorod ZnO) ialah peranti optik atau elektronik yang digunakan untuk mengesan kehadiran molekul cecair atau gas tertentu dalam atmosfera ambien. Penderia kimia ini menggunakan kawasan permukaan yang dipertingkatkan untuk semua bahan bersaiz nano seperti nanorod ZnO. Penyerapan molekul pada nanorod boleh dikesan melalui perbezaan dalam sifat nanorod, seperti photoluminescence, frekuensi getaran, kekonduksian elektrik, jisim, dll. Kaedah paling mudah & paling popular ialah menghantar arus elektrik ke seluruh nanorod & memantau perubahannya pada pendedahan kepada gas.
Penderia Potensiometri
Penderia potensiometri ialah sejenis penderia kimia yang digunakan untuk mengetahui kepekatan analitik beberapa komponen dalam larutan (atau) gas analit. Sensor ini mengukur potensi elektrik elektrod apabila tiada voltan hadir. Penderia ini mempunyai banyak faedah seperti kesederhanaan dan keberkesanan kos berbanding dengan instrumen analisis konvensional. Jadi, sensor ini boleh digunakan dalam pelbagai bidang seperti makanan, penjagaan kesihatan, pertanian, pemantauan kualiti makanan, pemantauan kualiti air, pemantauan kesihatan, pemantauan alam sekitar, dll.
Penderia Hidrogen
Penderia hidrogen ialah sejenis penderia; digunakan untuk mengesan kehadiran gas hidrogen dalam pelbagai bidang. Penderia ini kos rendah, tahan lama, padat dan sangat mudah untuk diselenggara berbanding dengan penderia gas lain. Hidrogen tidak berwarna, tidak berasa & gas tidak berbau. Sensor ini mesti digunakan untuk mengesan kandungan hidrogen dalam persekitaran & memantau kebocoran gas. Sensor ini digunakan dalam pengesan gas hidrogen untuk mengesan kebocoran gas.
Penderia Klorida Pendarfluor
Penderia klorida pendarfluor ialah sejenis penderia kimia yang digunakan untuk analisis kimia, untuk mengukur pengangkutan klorida merentasi membran sel untuk melaraskan isipadu sel, keseimbangan cas, keceriaan membran dan potensi rehat. Ini juga digunakan terutamanya untuk diagnosis fibrosis sista. Penemuan penyertaan klorida (Cl−) dalam proses fisiologi merangsang pengukuran Cl− intrasel dalam sel hidup & pembangunan alat pendarfluor.
Perbezaan B/W Chemical Sensor dan Biosensor
Perbezaan antara sensor kimia dan biosensor termasuk yang berikut.
| Penderia Kimia | Biosensor |
| Sensor kimia ialah penganalisis. | A biosensor ialah peranti analisis, |
| Ia digunakan untuk menukar isyarat kimia kepada isyarat elektrik. | Ia digunakan untuk mengesan bahan kimia yang menggabungkan komponen biologi melalui pengesan fizikokimia. |
| Penderia ini menggunakan reseptor & transduser. | Sensor ini menggunakan komponen biologi dan fizikal. |
| Penderia kimia mengukur & mencirikan sebatian kimia. | Biosensor mengukur dan mencirikan bahan organik. |
| Contoh sensor kimia ialah; alat pernafasan, penderia gas elektrokimia, dan penderia karbon monoksida. | Contoh biosensor ialah; Ujian kehamilan & penderia pemantauan glukosa. |
| Penderia ini digunakan dalam pemantauan alam sekitar, industri makanan, industri perlombongan, pengesanan perubatan, keselamatan pertahanan, bioengineering, dll. | Biosensor digunakan untuk pemantauan penyakit, pengesanan bahan pencemar, penemuan ubat, mikroorganisma penyebab penyakit, dsb. |
Kebaikan keburukan
Kelebihan sensor kimia termasuk yang berikut.
- Penderia kimia memberikan tindak balas pantas kepada pelbagai gas & wap.
- Ini adalah berpatutan.
- Penderia kimia sangat mudah digunakan & mudah alih
- Ini tidak mahal.
Kelemahan sensor kimia termasuk yang berikut.
- Penderia ini sempit (atau) julat suhunya terhad.
- Sensor ini tidak dapat memenuhi semua keperluan pemantauan ekologi.
- Ia mempunyai jangka hayat yang terhad.
Aplikasi Penderia Kimia
The aplikasi penderia kimia termasuk yang berikut.
- Penderia kimia mempunyai aplikasi penting dalam pengesanan perubatan, pemantauan alam sekitar industri makanan, biokejuruteraan, keselamatan pertahanan & industri perlombongan.
- Aplikasi sensor kimia terutamanya termasuk keselamatan, penjagaan kritikal, kebersihan industri, kawalan kualiti produk, kawalan proses, dll.
- Penderia ini membantu mengukur dan mengesan kualiti kimia dalam analit.
- Ini digunakan dalam perubatan, keselamatan rumah, pencemaran alam sekitar, dll.
- Penderiaan kimia digunakan dalam pelbagai disiplin seperti; analisis elektrokimia, pengukuran bioperubatan, pemantauan pencemaran & kawalan industri.
- Penderia ini mempunyai pelbagai aplikasi untuk memantau pengesanan pencemaran & bahan cemar.
Sila rujuk ini untuk lebih banyak penderia kimia dan antara mukanya;
- Penderia Gas Metana MQ4.
- Sensor Gas Hidrogen MQ8.
Oleh itu, ini adalah gambaran keseluruhan bahan kimia sensor, struktur, kerja g, litar, jenis, perbezaan, kelebihan, keburukan, dan aplikasi. Penderia ini ialah peranti, digunakan untuk menukar isyarat kimia kepada isyarat analitik. Di sini, isyarat kimia boleh dibentuk melalui interaksi terpilih antara bahan penderiaan yang terletak dalam sensor & analit sasaran. Contoh sensor kimia ialah; Pengesan karbon monoksida, Pengesan glukosa, Nyamuk, Ujian kehamilan, dll. Berikut adalah soalan untuk anda, apakah biosensor?
