Cảm biến hóa học lý tưởng là một thiết bị di động, rẻ tiền và chức năng chính xác, phản ứng với một chất phân tích cụ thể trong bất kỳ môi trường mong muốn nào với sự lựa chọn thích hợp và ngay lập tức để tạo ra tín hiệu đầu ra đo được ở nồng độ chất phân tích mong muốn. Nói chung, các cảm biến này là thiết bị (hoặc) dụng cụ dùng để xác định nồng độ, lượng chất phân tích được phát hiện hoặc hàm lượng chất phân tích. Độ phức tạp của việc áp dụng cảm biến hóa học phụ thuộc vào độ phức tạp kỹ thuật liên quan đến các phân tích này và các đặc tính cụ thể của hóa chất được phân tích. Các yếu tố lựa chọn và độ nhạy của việc phát hiện hóa chất có thể bị ảnh hưởng bởi kích thước, pha và thời gian của phân tích mong muốn. Chất phân tích có thể có sẵn ở trạng thái lỏng hoặc rắn trên nhiều quy mô kích thước khác nhau, từ tổng thể tích (lít) đến picolit. Bài viết này cung cấp tổng quan ngắn gọn về cảm biến hóa học, chức năng và ứng dụng của chúng.

Cảm biến hóa học là gì?

Cảm biến được sử dụng để đo và phát hiện lượng hóa chất trong chất được phân tích (thành phần, sự hiện diện của các nguyên tố (hoặc) ion, hoạt tính hóa học, nồng độ) để chuyển đổi chất thành dữ liệu điện tử được gọi là cảm biến hóa học. Y tế, công nghệ nano và ô tô

Cấu trúc cảm biến hóa học

Cấu trúc của cảm biến hóa học được hiển thị bên dưới. Cảm biến này được tạo thành từ hai thành phần chính: vật liệu thu hoặc vật liệu cảm biến và đầu dò. Vật liệu cảm biến phản ứng với chất phân tích mục tiêu theo những cách khác nhau tùy thuộc vào loại cảm biến. Kết quả của phản ứng này là sự thay đổi tính chất của vật liệu, chẳng hạn như tình trạng dẫn điện và khối lượng của nó.

Thành phần tiếp theo của cảm biến này là đầu dò, lấy dữ liệu hóa học của phản ứng giữa thụ thể và chất phân tích và chuyển đổi nó thành tín hiệu điện tử. Sau đó, thông tin này được truyền đến máy tính (hoặc) một thành phần cơ học.

Cảm biến hóa học hoạt động dựa trên nguyên lý phản ứng điện hóa để chuyển đổi thành phần và nồng độ của các hợp chất hóa học hữu cơ và vô cơ thành tín hiệu điện.

Mạch cảm biến hóa học và hoạt động

Mạch này giải thích cách hoạt động của cảm biến carbon monoxide. Cảm biến này có ba điện cực được ngâm trong chất điện phân lỏng. Ba điện cực này chủ yếu là điện cực hoạt động. Nhưng điện cực quan trọng nhất là điện cực làm việc. Điện cực này được làm bằng bạch kim, là một kim loại xúc tác carbon monoxide, với màng thấm nhưng kỵ nước. Khí carbon monoxide được lan truyền qua màng xốp và bị oxy hóa điện hóa.

Các electron tham gia vào dòng phản ứng điện hóa từ điện cực tạo ra tín hiệu đầu ra của cảm biến. Điện cực tham chiếu cung cấp điện thế điện hóa ổn định trong chất điện phân. Điện cực này được bảo vệ khỏi tiếp xúc với carbon monoxide. Do đó, điện thế nhiệt động lực học của điện cực là tương tự và không đổi. Ngoài ra, nó không cho phép dòng điện chạy qua điện cực tham chiếu. Có một điện cực ngược để hoàn thành mạch tế bào điện hóa.

Điện cực này chỉ hoạt động như một nửa tế bào thứ hai và để lại các electron vào hoặc ra khỏi chất điện phân. Mạch bên dưới điều khiển điện thế của điện cực làm việc và chuyển đổi dòng tín hiệu thành điện áp được gọi là chiết áp. Dòng điện từ điện cực làm việc (WE) được chuyển đổi thành điện áp thông qua opamp U2, vì vậy mạch này duy trì điện áp của điện cực làm việc ở phân cực tiềm năng (Vbias).

Cảm biến carbon monoxide cũng được gắn thông qua bộ lọc chọn lọc hóa học, giúp loại bỏ các khí có khả năng gây nhiễu trước khi chúng đến điện cực làm việc. Nếu bộ lọc chọn lọc hóa học hoạt động bình thường, cảm biến hóa học sẽ kém phản ứng hơn với các khí gây nhiễu. Cảm biến hóa học sẽ có ít phản ứng hơn với các khí gây nhiễu. Công nghệ được mô tả ở trên có thể được sửa đổi để cảm biến phản ứng với các loại khí khác nhau, vì vậy nó có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các điện cực làm việc khác nhau. Bộ lọc chọn lọc hóa học điều chỉnh điện thế phân cực.

Các loại cảm biến hóa học

Có một số loại cảm biến hóa học, sẽ được thảo luận dưới đây.

Máy đo nồng độ cồn

Máy đo nồng độ cồn trong hơi thở là một cảm biến hóa học được sử dụng để đánh giá lượng cồn trong máu (BAC) từ mẫu hơi thở. Bất cứ khi nào một người uống rượu, mọi người sẽ thở ra một lượng phân tử cồn nhất định, tỷ lệ thuận với lượng họ uống. Do đó, cảm biến này được thiết kế đặc biệt để đo nồng độ cồn trong máu (BAC) của một người để quyết định xem họ có đang lái xe an toàn hay không. Khi phân tử cồn phản ứng với thụ thể, họ sẽ gặp phải một hóa chất khác có trong thụ thể. Họ sẽ gặp phải một hóa chất khác nằm trong thụ thể, chẳng hạn như axit sunfuric, bạc nitrat. Nước và kali dicromat. Khi phát hiện sự khác biệt hóa học giữa hai buồng, nó có thể tạo ra và truyền tín hiệu điện qua kim hoặc màn hình.

Cảm biến carbon dioxide

Nguyên lý chung của cảm biến này là cảm biến khí hồng ngoại và cảm biến khí hóa học, vì vậy phép đo CO2 có tầm quan trọng lớn trong việc quan sát chất lượng không khí trong nhà. Chức năng phổi trong các thiết bị capnograph và trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau.

Máy dò carbon monoxide

Máy dò carbon monoxide là một thiết bị được sử dụng để phát hiện Khí CO để ngăn ngừa ngộ độc carbon monoxide. Carbon monoxide là một loại khí không màu, không mùi và không vị do sự bắt lửa một phần của các vật liệu chứa carbon. Nồng độ carbon monoxide cao có thể cực kỳ có hại cho con người. Nó phụ thuộc vào số lượng và thời gian tiếp xúc. Các máy dò này được thiết kế để cuối cùng đo mức CO và gửi cảnh báo trước khi nồng độ CO có hại tích tụ ở khu vực xung quanh, cảnh báo mọi người chuẩn bị dọn dẹp khu vực hoặc rời khỏi khu vực an toàn.

Mũi điện tử

Mũi điện tử hoặc mũi điện tử là một thiết bị được sử dụng để phát hiện vị hoặc mùi. Thiết bị này có thể mô phỏng các giác quan của con người bằng một loạt cảm biến và hệ thống nhận dạng mẫu. Do đó, quy trình nhận thức liên quan đến nhận thức về mùi của con người và được sử dụng để so sánh. Nhận dạng Đo lường, định lượng và các ứng dụng khác như lưu trữ dữ liệu và truy xuất dữ liệu. Quy trình nhận thức tương tự như nhận thức mùi của con người và được sử dụng để nhận dạng, so sánh, định lượng và các ứng dụng khác. Nó bao gồm lưu trữ và truy xuất dữ liệu.

Cảm biến thanh nano oxit kẽm

Cảm biến thanh nano oxit kẽm (cảm biến thanh nano ZnO) là một thiết bị quang học hoặc điện tử được sử dụng để phát hiện một số phân tử chất lỏng hoặc khí nhất định trong khí quyển xung quanh. Cảm biến hóa học này sử dụng diện tích bề mặt tăng lên cho tất cả các vật liệu có kích thước nano, chẳng hạn như thanh nano ZnO. Tần số rung Cách đơn giản và phổ biến nhất là truyền dòng điện qua thanh nano và theo dõi sự thay đổi dòng điện khi nó tiếp xúc với khí.

Cảm biến điện thế

Cảm biến điện thế là một loại cảm biến hóa học được sử dụng để xác định nồng độ phân tích của một số thành phần nhất định trong dung dịch khí (hoặc). Giải pháp phân tích Cảm biến này đo điện thế của điện cực khi không có điện áp. Cảm biến này có một số ưu điểm, chẳng hạn như dễ sử dụng và tiết kiệm chi phí so với các thiết bị phân tích thông thường. Giám sát chất lượng nước Giám sát sức khỏe, giám sát môi trường, v.v.

Cảm biến hydro

Cảm biến hydro là một loại cảm biến được sử dụng để phát hiện khí hydro trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Các cảm biến này có chi phí thấp, bền, nhỏ gọn và rất dễ bảo trì. So với các loại cảm biến khí khác, hydro là loại khí không màu, không vị và không mùi. Cảm biến này được sử dụng để phát hiện lượng hydro trong môi trường và theo dõi rò rỉ khí. Cảm biến này được sử dụng trong máy dò khí hydro để phát hiện rò rỉ khí.

Cảm biến clorua huỳnh quang

Cảm biến clorua huỳnh quang là một loại cảm biến hóa học được sử dụng để phân tích hóa học, để đo sự vận chuyển clorua qua màng tế bào. Để điều chỉnh thể tích tế bào, cân bằng điện tích và điện thế nghỉ ngơi. Nó cũng chủ yếu được sử dụng trong chẩn đoán xơ nang. Việc phát hiện ra sự tham gia của clorua (Cl−) trong các quá trình sinh lý đã kích thích phép đo Cl− trong tế bào sống và sự phát triển của các dụng cụ huỳnh quang.

Sự khác biệt giữa cảm biến hóa học và cảm biến sinh học

Sự khác biệt giữa cảm biến hóa học và cảm biến sinh học như sau.

Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm của cảm biến hóa học bao gồm:

• Cảm biến hóa học cung cấp phản ứng nhanh với các loại khí và hơi khác nhau.
• Đây là những thứ không đắt.
• Cảm biến hóa học rất dễ sử dụng và dễ mang theo.
• Những thứ này không đắt chút nào.

Những nhược điểm của cảm biến hóa học bao gồm những điều sau đây.

• Các cảm biến này có kích thước hẹp (hoặc). Có phạm vi nhiệt độ hạn chế.
• Cảm biến này không thể đáp ứng tất cả các nhu cầu giám sát sinh thái.
• có thời hạn sử dụng hạn chế;

Ứng dụng cảm biến hóa học

Các Các ứng dụng của cảm biến hóa học như sau:

• Cảm biến hóa học có các ứng dụng quan trọng trong phát hiện y tế. Giám sát môi trường, công nghiệp thực phẩm, kỹ thuật sinh học, an ninh quốc phòng và công nghiệp khai thác mỏ.
• Các ứng dụng của cảm biến hóa học bao gồm an toàn, chăm sóc quan trọng, vệ sinh công nghiệp, kiểm soát chất lượng sản phẩm, kiểm soát quy trình, v.v.
• Cảm biến này giúp đo lường và phát hiện các tính chất hóa học trong chất được phân tích.
• Chúng được sử dụng trong hệ thống y tế, an ninh gia đình, ô nhiễm môi trường, v.v.
• Phát hiện hóa học được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như phân tích điện hóa; đo lường y sinh; theo dõi ô nhiễm và kiểm soát công nghiệp.
• Các cảm biến này có nhiều ứng dụng để giám sát việc phát hiện ô nhiễm và chất gây ô nhiễm.

Dưới đây là tổng quan về Cảm biến hóa học, Cấu trúc, Hoạt động của mạch, Loại, Sự khác biệt, Ưu, Nhược điểm và Ứng dụng Các cảm biến này là thiết bị được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu hóa học thành tín hiệu phân tích, trong đó tín hiệu hóa học có thể được hình thành thông qua các tương tác chọn lọc giữa vật liệu phát hiện có trong cảm biến và chất mục tiêu được phân tích. Ví dụ về cảm biến hóa học bao gồm máy dò carbon monoxide; máy dò đường huyết; muỗi, bộ dụng cụ thử thai, v.v.