Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


СЕНСОРЫ ХИМИЧЕСКИЕ

СЕНСОРЫ ХИМИЧЕСКИЕ (от лат. sensus - чувство, ощущение), чувствительные элементы небольших размеров, генерирующие аналит. сигнал, зависящий от концентрации определяемого компонента в анализируемой смеси. Неотъемлемой частью сенсора химического является преобразователь энергии хим., биохим. или физ. процессов, лежащих в основе определения, в электрич. сигнал. Последний передается в соответствующее электронное устройство для дальнейшей обработки.

Сенсоры химические предназначены для прямого определения конкретного хим. вещества в заданном диапазоне содержаний при фиксир. способах введения пробы и обработки полученной информации. Они могут входить в состав аналит. приборов (или др. анализирующих или контролирующих систем), включающих также устройство для ввода пробы, обработки сигнала и выдачи сведений о концентрации определяемого компонента. Для повышения избирательности определения на входе иногда размещают селективные мембраны. Достоинства таких приборов: малые размеры (ок. 100x60x20 мм) и масса (100-200 г), небольшая потребляемая мощность, способность работы в автоматич. автономном и, часто, непрерывном режиме.

По принципу работы и в зависимости от вида аналит. сигнала иногда выделяют электрохимические (потенцио-метрич., вольтамперометрич., кулонометрич., кондуктомет-рич.), оптические (фотометрич., люминесцентные, оптотер-мич.), электрические сенсоры, а также сенсоры, чувствительные к изменению массы и нек-рые др.

В основу работы электрохимических сенсоров положены превращения определяемого компонента в миниатюрной электрохим. ячейке, к-рая генерирует аналит. сигнал. Используют инертные, химически активные или модифицированные, а также ионоселективные электроды, в т. ч. на основе халькогенидных стекол; электролиты м. б. жидкими (р-ры H2SO4) или твердыми (ZrO2, A12O3, CsHSO4 и др.). Такие сенсоры химические характеризуются высокой избирательностью, чувствительностью, возможностью определения хим. компонентов в относительно широком диапазоне содержаний, быстродействием. Они применяются для определения оксидов азота, углерода и серы, а также гидразина, фосфина, кислорода, метана и др. в-в.

Оптич. сенсоры основаны на измерении поглощения или отражения первичного светового потока, люминесценции или теплового эффекта при поглощении света. Такие сенсоры химические имеют чувствительный слой, роль к-рого может выполнять пов-сть волокна световода или иммобилизованная на световоде фаза, содержащая подходящий реагент. Волоконно-оптич. световоды на основе кварца, германатных, фторид-ных, халькогенидных стекол, кристаллов галогенидов таллия, серебра или цезия и полимерных материалов позволяют работать в ИК, видимой и УФ диапазонах спектра. Созданы оптические сенсоры химические для определения рН р-ров, ионов К+ и Na+ , CO2, О2, глюкозы и др. в-в.

К электрическим сенсорам химическим относятся полупроводники с электронной проводимостью на основе оксидов металлов (Sn, Zn, Cd, Cr, Ti, V, W и др.), орг. полупроводники (напр., фталоцианины) и полевые транзисторы. Измеряемыми величинами являются проводимость, разность потенциалов, заряд или емкость, изменяющиеся при воздействии определяемого в-ва. Наиб. перспективны полевые транзисторы, в к-рых металлич. контакт затвора (управляющего электрода) заменен химически чувствительным слоем (напр., из Pd или Pt) и электродом сравнения. Взаимод. определяемого компонента с материалом слоя вызывает изменение электрич. поля в области затвора и, следовательно, порогового напряжения и тока в транзисторе. Применение т. наз. ионочувствительных покрытий (напр., валиномицина) позволяет получать ионоселективные полевые транзисторы. Для пром. произ-ва полупроводниковых сенсоров химических применяют планарную технологию, что обеспечивает создание микромодулей, включающих чувствит. элементы, систему тер-мостатирования и усилитель электрич. сигнала. Главные преимущества сенсоров на основе полевых транзисторов: малые габариты (пов-сть 1-2 мм2) и масса, быстродействие (время, необходимое для анализа, 1-10 с), возможность определения сразу неск. компонентов анализируемой смеси. Электрич. сенсоры применяют, в частности, для определения ионов К+, О2, оксидов азота, H2S, СО, Н2, углеводородов с пределами обнаружения 10-4-10-5% по объему.

Действие сенсоров, чувствительных к изменению массы, основано на изменении частоты колебаний пьезорезона-торов или скорости распространения поверхностно-акустических волн при селективной сорбции определяемого в-ва соотв. на электродах или на межэлектродных пов-стях. Сорбционными покрытиями служат Аи, Ag, полимеры, орг. соединения (амины, карбоновые к-ты и их соли), разнообразные фазы, используемые в хроматографии. Такие сенсоры химические применяют для определения SO2, Hg, NH3 и нек-рых фосфорорг. соединений.

Разновидностью сенсоров химических являются биосенсоры. Они представляют собой комбинир. устройство, состоящее из биохимически или биологически активного компонента (биокомпонента) и электронного преобразователя. В качестве биокомпонента нашли применение ферменты, антитела, антигены, микроорганизмы, биол. мембраны, а в качестве преобразователя-электроды, полевые транзисторы, тер-мисторы и др. Осн. область применения биосенсоров-анализ разл. жидких объектов в медицине, биотехнологии, пищ. и хим. пром-сти. Недостатки биосенсоров: невысокая стабильность, трудность получения биоорг. материалов постоянного состава, чувствительность к действию высоких и низких т-р, бактерицидных загрязнений и др.

Сенсоры химические и приборы на их основе широко используют, напр., в энергетике, робототехнике, транспорте, медицине, с. х-ве, быту, при решении экологич. проблем. Применение сенсоров химических открывает новые возможности для диагностики материалов и контроля технол. процессов.

Лит.: Колотуша С. С. [п др.], Малогабаритные анализаторы. Современное состояние и тенденции развития, М., 1989; Власов Ю. Г.. Мясоедов Б. Ф., "Журн. аналит. химии", 1990, т. 45, в. 7, с. 1253-54; Chemical sensors, ed. by T. Edmonds, Glasgow-L.-N. Y.. 1988. Б.Ф. Мясоедов.

___

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн