¿Principio del sensor electroquímico?

Principios básicos Los sensores químicos constan principalmente de dos partes: sistema de reconocimiento o sistema de conversión; El sistema de identificación vincula un determinado parámetro químico (normalmente la concentración) del analito al sistema de conducción. Tiene dos funciones principales: interactuar selectivamente con el objeto medido y convertir los parámetros químicos medidos en señales que pueden generar el sistema de conducción. El sistema de reconocimiento molecular es un factor clave para determinar todo el sensor químico. Por lo tanto, los principales problemas en la investigación de sensores químicos son la selección de sistemas de reconocimiento molecular y cómo conectar los sistemas de reconocimiento de antimoléculas con los sistemas de conducción apropiados. El sistema conductor del sensor químico recibe la señal de respuesta del sistema de identificación, y transmite la señal de respuesta en forma de voltaje, corriente o intensidad de luz al sistema electrónico a través de electrodos, fibras ópticas o elementos sensibles a la masa para salida de amplificación o conversión. para que la señal de respuesta del sistema de identificación finalmente se convierta en una señal que las personas puedan utilizar para analizar y así detectar la cantidad de analito en la muestra. Aplicación de sensores químicos en el monitoreo ambiental y de salud (1) Detección de aire 1. Sensor de humedad La humedad es un indicador importante del ambiente del aire y está estrechamente relacionada con el calor de vaporización del cuerpo humano. Cuando la temperatura es alta y la humedad es alta, la gente se siente congestionada porque el agua es difícil de evaporar. Cuando la temperatura es baja y la humedad es alta, el proceso de disipación de calor del cuerpo es intenso, lo que fácilmente puede causar resfriados y congelación. La temperatura más adecuada para el cuerpo humano es de 18 a 22 ℃ y la humedad relativa es de 35 a 65 RH. En el monitoreo ambiental y de salud, a menudo se utilizan instrumentos como termómetros de bulbo húmedo, termómetros de humedad manuales y termómetros de humedad de ventilación para medir la humedad del aire. En los últimos años, una gran cantidad de literatura ha informado sobre el uso de sensores para medir la humedad del aire. Se fabrica un sensor de humedad relativa con un cristal piezoeléctrico revestido sensible al tiempo a partir de un pequeño transistor sensible al tiempo mediante fotolitografía y grabado químico. El cristal oportuno de corte AT de 10 MHZ está recubierto con cuatro sustancias y tiene una alta sensibilidad masiva a la humedad. Un cristal es un oscilador en un circuito de oscilación y su frecuencia cambia con la masa. Si se elige un revestimiento adecuado, el sensor se puede utilizar para medir la humedad relativa de diferentes gases. El sensor tiene sensibilidad, linealidad y tiempo de respuesta. En 1986, Erben Uwe [Alemania] propuso un sensor para medir la humedad y obtuvo una patente. El sensor utiliza una estructura semiconductora-aislante metálica (MIS) a base de silicio. La estructura MIS está recubierta con dióxido de silicio y una capa sensible a la humedad. El material de la capa sensible a la humedad incluye óxidos metálicos, óxidos y polímeros con componentes de baja polaridad. La absorción de agua de materiales sensibles a la humedad está relacionada con el cambio en la constante dieléctrica relativa de cada material húmedo. El sensor tiene dos métodos de medición: el método de nivel y el método de soporte, pero el primero es más conveniente y ahorra trabajo que el segundo. Puede monitorear, controlar y ajustar la humedad en sistemas de aire acondicionado, sitios de construcción y entornos de la vida diaria. El personal científico y técnico de nuestro país utilizó el condensador sensible a la humedad de película de óxido de tantalio recientemente desarrollado para desarrollar un controlador de humedad universal con buena estabilidad y fácil ajuste. Este tipo de sensor se puede utilizar para controlar la humedad del aire en muchos lugares, como cajas de humedad constante, salas de ordenadores, máquinas antihumedad, etc. Es un sensor de humedad universal rentable. Alguien ha utilizado la sensibilidad a la humedad del recubrimiento de fosfato para desarrollar un sensor de humedad muy fiable. Su electrodo principal es un alambre de acero inoxidable con un diámetro de 0,4~1,0 mm y la superficie está recubierta con una capa de película fosfatante. Se envuelve una capa de alambre chapado en oro alrededor de la película como contraelectrodo del electrodo principal. Solo hay una capa de recubrimiento con un espesor de 20 ~ 50 um entre los dos electrodos. Es mucho más pequeña que el sensor de humedad general. por lo que se mejora la velocidad de respuesta. Al reemplazar el recubrimiento de fosfato, se pueden producir elementos sensibles a la humedad con diversas características. Durante el funcionamiento del sensor, los iones generados por la humedad adsorbida en la superficie del recubrimiento de fosfato se mueven hacia adelante y hacia atrás entre los electrodos, provocando cambios en la conductividad y, por lo tanto, exhibiendo sensibilidad a la humedad. Si se aplica una carga de CA al elemento sensor, la humedad del aire se puede medir detectando cambios en la impedancia. El sensor es de tamaño pequeño y se puede sellar en el espacio de la aguja de la jeringa. La punta de la aguja se puede insertar en una parte de medición estrecha. Es fácil de usar y se puede utilizar para medir el punto de rocío. Actualmente, más de 30 empresas en Japón fabrican y venden sensores de humedad e instrumentos de control y medición de la humedad. Hay muchos sensores de temperatura en muchas variedades. Los materiales sensibles a la humedad utilizados incluyen cerámicas de electrolitos y películas de polímeros orgánicos. La mayoría de ellos tienen alta precisión de detección, estructura simple, ultraminiaturización e integración. 2. Sensor de óxido de nitrógeno Óxido de nitrógeno es el nombre general de la mezcla de gases compuesta de varios óxidos de nitrógeno, a menudo expresada como NOX.

Entre los óxidos de nitrógeno, las estabilidades químicas de las diferentes formas de óxidos de nitrógeno son diferentes. El óxido nítrico y el dióxido de nitrógeno, que son químicamente relativamente estables, se encuentran comúnmente en el aire y son más higiénicos que otras formas de óxidos de nitrógeno. En el análisis ambiental, el óxido nítrico generalmente se refiere al óxido nítrico y al dióxido de nitrógeno. El método estándar para monitorear los óxidos de nitrógeno en mi país es el método colorimétrico del clorhidrato de naftiletilendiamina, con una sensibilidad de 0,25ug/5ml. El coeficiente de conversión del método se ve afectado por muchos factores, como la composición del líquido de absorción, la concentración de dióxido de nitrógeno, la tasa de producción de gas, la estructura del tubo de absorción, los iones almacenados en el * * * y la temperatura. Actualmente está completamente unificado. La medición con sensores es un método nuevo que se ha vuelto cada vez más popular en los últimos años. Según informes de la literatura, se obtiene un nuevo tipo de microsensor sensible a los gases combinando el circuito integrado microelectrónico de un transistor de efecto de campo de electrodo de puerta interdigitada con la evaporación por haz de electrones químicamente activa de una película de ftalocianina de cobre, que puede detectar selectivamente mg/ Niveles de m3. Dióxido de nitrógeno y DIMP. Excita el sensor con pulsos de voltaje y mide la respuesta en los dominios del tiempo y la frecuencia. Las formas de los picos medidos están relacionadas con el espectro de transformada de Fourier de diferencia normalizada, que puede distinguir claramente las respuestas de NO2 y DIMP, y el área de cada pico puede reflejar correspondientemente la sensibilidad del sensor a la concentración de gas específica. Los científicos y técnicos estudiaron un sensor de gas de ondas acústicas de superficie (SAW) de alta frecuencia que funciona a 600 MHZ. El dispositivo consta de tres líneas de retardo SAW independientes, que son los elementos de medición de frecuencia del circuito oscilador. Se reviste una película orgánica sobre la superficie de la línea de retardo de ondas acústicas superficial como adsorbente de gas. La película es una película de ftalocianina de plomo con un espesor de 1 a 15 nm o una película LB (Langmuir-Blodgett) compuesta de derivados solubles de ftalocianina de hierro. Durante el proceso de adsorción, la masa de la película aumenta, lo que resulta en una disminución en la velocidad de la onda superficial y, por lo tanto, en una disminución en la frecuencia de oscilación, logrando así el propósito de medir la concentración de dióxido de nitrógeno. El estaño se deposita a temperaturas superiores al punto de fusión, mientras que el cadmio se deposita a temperatura ambiente. Se puede utilizar un nuevo método de calentamiento y evaporación para preparar películas de dióxido de estaño dopadas con cadmio 1 a 6. Cuando la película se oxida lentamente a 520°C, se forman policristales de dióxido de estaño y óxido de cadmio, y se adsorben bajas concentraciones de óxidos de nitrógeno y dióxido de nitrógeno en la superficie de la película. A 300°C, la membrana tiene la mayor sensibilidad a 10 g/m3 de óxido nítrico y dióxido de nitrógeno, con porcentajes de cambio relativos basados ​​en la conductividad de 10.000 y 400 respectivamente. En las mismas condiciones, la sensibilidad al 0,01% de monóxido de carbono, metano, butano e hidrógeno en el aire es inferior a 300. La conductividad de la película semiconductora de cianina tiene una excelente sensibilidad a los gases aceptores de electrones, lo que proporciona una base teórica para fabricar sistemas de sensores de dióxido de nitrógeno de bajo costo, bajo consumo de energía y de pequeño volumen. Sin embargo, dichas membranas también tienen desventajas cuando se usan en sensores, como una respuesta lenta y una disminución reversible de la respuesta en condiciones de humedad. Por lo tanto, WilsonA et al. desarrollaron un sistema de detección controlado por microprocesador. Al controlar las condiciones operativas del sensor y el muestreo, el sistema puede obtener procesos dinámicos reproducibles, minimizando así el impacto de las desventajas anteriores. 3. Sensor de gas de sulfuro de hidrógeno El sulfuro de hidrógeno es un gas inflamable incoloro con un olor especial a huevos podridos, irritante, asfixiante y perjudicial para el cuerpo humano. En la actualidad, la mayor parte del sulfuro de hidrógeno presente en el aire se mide mediante métodos colorimétricos y cromatografía de gases. La medición de contaminantes del aire con concentraciones a menudo tan bajas como mg/m3 es una de las principales aplicaciones de los sensores de gas, pero los sensores de gas semiconductores no pueden cumplir con los requisitos de sensibilidad y selectividad para monitorear ciertos gases contaminantes en un corto período de tiempo. Propuso utilizar sensores de película delgada dopados con plata para monitorear el sulfuro de hidrógeno en el laboratorio y en el aire urbano. El conjunto de sensores consta de cuatro sensores que registran simultáneamente las concentraciones de dióxido de azufre y sulfuro de hidrógeno a través de un dispositivo de análisis universal basado en la titulación de la biblioteca y las señales del conjunto de sensores de gas semiconductor. La práctica ha demostrado que para controlar el contenido de sulfuro de hidrógeno en el aire urbano se utilizan sensores de película fina dopados con plata que se atenúan a una temperatura constante de 65438±050°C con buenos resultados. Yomogoe N ha mejorado e investigado sensores de gas semiconductores para superar sus deficiencias en la detección de gases como el sulfuro de hidrógeno. Mejoró el rendimiento de detección de los sensores de gas semiconductores de dióxido de estaño controlando los factores fundamentales que afectan las funciones de recepción y conversión. Descubrió que la función de transferencia está estrechamente relacionada con la microestructura del elemento, como el tamaño de partícula del dióxido de estaño (D) y el espesor de la capa de carga espacial superficial (L). Cuando D≤2L, la sensibilidad del sensor mejora considerablemente.

La introducción de otros receptores en la superficie del dióxido de estaño mejora en gran medida la función receptora del sensor. Especialmente cuando se utilizan plata y paladio como cocatalizadores, los óxidos formados en el aire interactúan con la superficie del disulfuro de estaño, dando como resultado la esencia del electrón. Deficiencia de carga sexual, mejorando enormemente la sensibilidad de la detección de gas. Utilizando elementos CaO-SnO2 se puede detectar con mucha sensibilidad el sulfuro de hidrógeno en el aire. 4. Sensor de dióxido de azufre El dióxido de azufre es una de las principales sustancias que contaminan el aire. Intentar detectar dióxido de azufre en el aire es una tarea rutinaria en la detección del aire. Utilice sensores para controlar el dióxido de azufre. Desde acortar el tiempo de detección hasta reducir el límite de detección, muestra enormes ventajas. Se utiliza un polímero sólido como membrana de intercambio iónico. Un lado de la membrana contiene el electrolito interno del contraelectrodo y el electrodo de referencia, y se inserta un electrodo de platino en el otro lado para formar un sensor de dióxido de azufre. El sensor está instalado en una celda de flujo y oxida dióxido de azufre a un voltaje de 0,65 V. Indica la cantidad de dióxido de azufre. El dispositivo sensor tiene una alta sensibilidad a la corriente. Tiene un tiempo de respuesta corto, buena estabilidad, bajo ruido de fondo, rango lineal de 0,2 mmol/L, límite de detección de 8*10-6 mmol/L y relación señal-ruido de 3. El sensor no sólo puede medir el dióxido de azufre en el aire, sino que también se puede utilizar para medir el dióxido de azufre en líquidos con baja conductividad. El recubrimiento sensible al gas del sensor de gas de dióxido de azufre con película de silicato modificado orgánicamente se fabrica mediante el método sol y la tecnología de recubrimiento por rotación. Tiene buena reproducibilidad y reversibilidad para la determinación de dióxido de azufre, el tiempo de respuesta es inferior a 20 S y tiene buena. Resonancia para otros gases. Pequeña, menos afectada por la temperatura y la humedad. Xue et al. del Instituto de Química Aplicada de Changchun de la Academia de Ciencias de China, han desarrollado con éxito un pequeño sensor de concentración de dióxido de azufre con un amplio rango de detección, que se puede utilizar para ensamblar un gas de dióxido de azufre tipo captador pequeño, liviano y económico. detector de concentración. Se puede utilizar para detectar directamente la concentración de gas de dióxido de azufre en el sitio sin necesidad de un muestreo por separado. El sensor utiliza el principio de electrólisis controlada de electrodos. El gas a medir sufre una reacción de oxidación a un determinado potencial de control en el electrodo de trabajo del sensor. Cuando el control de potencial es suficientemente positivo y la actividad catalítica del electrodo es lo suficientemente alta, la reacción de oxidación avanza rápidamente. La velocidad general del proceso está determinada por el paso de difusión de dióxido de azufre, lo que da como resultado una corriente de señal proporcional a la concentración de dióxido de azufre. El sensor responde rápidamente y el tiempo de respuesta es inferior a 30S. Tiene una buena relación lineal y un pequeño error lineal dentro de un amplio rango de concentración de dióxido de azufre

/Technique/TechListView.asp? Ayuda=353