|
|
|
ХИМИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИХимические датчики реагируют либо на определенные химические вещества, либо на химические реакции. Их назначение — идентификация и количественное определение химических реагентов в газовой и жидкой фазах (химические датчики для твердых веществ практически не используются). В научных и прикладных исследованиях химические датчики используются во многих областях: от мониторинга загрязнения атмосферы до обнаружения взрывчатых веществ. Такие датчики применяются для проведения регулярных анализов образцов газов в лабораторных условиях и для определения распространения пятен опасных химических реагентов в почве или водоемах. Новые сферы применения химических сенсоров — обнаружение местоположения насекомых — переносчиков опасных заболеваний, к примеру, термитов по выделению ими газов в процессе переваривания клетчатки, а также мониторинг менструального цикла у коров для повышения эффективности искусственного оплодотворения. В промышленности химические датчики используются для контроля за технологическими процессами при производстве пластмасс, а также при литье металлов, где количество диффундированных газов влияет на некоторые параметры металлов, к примеру, на их прочностные характеристики. Они применяются для мониторинга среды в рабочих помещениях, для определения концентраций опасных для здоровья людей компонентов. Сфера применения химических сенсоров постоянно растет: тестирование и контроль за качеством продуктов питания, за распространением пестицидов в сельском хозяйстве и т.д. В медицине химические датчики применяются для тестирования состояния здоровья людей по анализам состава крови и газов, находящихся в легких. Такие датчики также используются при определении уровня алкоголя в крови и для диагностирования проблем пищеварения. В военных областях химические датчики используются для обнаружения топливных складов и ядовитых веществ в воздухе, применяемых при проведении военных операций. Такие датчики используются для мониторинга подземных вод на территории военных баз, а также для контроля за токсичностью многих производств, особенно ядерных, с целью исследования влияния тех или иных компонентов на окружающую среду и здоровье людей.ХАРАКТЕРИСТИКИ ХИМИЧЕСКИХ сенсоров Для описания большинства химических сенсоров используются общие для всех детекторов характеристики: стабильность, воспроизводимость, линейность, гистерезис, насыщение, время реакции и диапазон измерений (см. главу 2). Но также существуют два параметра, характерные только для этой подгруппы сенсоров: избирательность и чувствительность к определенному химическому реагенту, входящему в состав сложных композиций. Избирательность — это способность детектора реагировать только на определенное химическое вещество и не реагировать на все остальные. Чувствительность характеризуется либо минимальной концентрацией детектируемого вещества, либо минимальным изменением его концентрации (этот параметр часто называют разрешающей способностью), достаточных для надежного детектирования датчиком. рекомендуется отметить, что если в предыдущих разделах синонимом термина «чувствительность» был наклон линейной передаточной функции, то для химических сенсоров аналогом чувствительности является разрешающая способность. Избирательность является самой важной характеристикой химических сенсоров. На практике обычно проверяют реакцию сенсоров на увеличение концентраций исследуемых реагентов, поскольку гораздо проще повышать концентрацию веществ в эталонном образце, чем уменьшать ее. Очевидно, что химических сенсоров с идеальной селективностью не существует. ПРОБЛЕМЫ ХИМИЧЕСКИХ сенсоров Основная проблема химических сенсоров заключается в том, что исследуемые химические реакции меняют сам датчик, к сожалению, часто необратимо. к примеру, электрохимические элементы на основе жидких электролитов (материалов, проводящих электрический ток не за счет электронов, а при помощи ионов) при каждом измерении теряют небольшое количество электролита, поэтому надо либо постоянно доливать его, либо использовать датчики другого типа, такие как химические детекторы на основе полевых транзисторов. Другой проблемой является то, что химические датчики могут подвергаться воздействию неограниченного количества различных комбинаций химических реагентов, все из которых просто невозможно смоделировать. При этом за счет загрязнений различных типов, либо забивающих поры пленочных детекторов, либо изменяющих чувствительную поверхность (к примеру, кремний в циркониевых датчиках создает неудаляемую пленку) могут происходить серьезные изменения рабочих параметров сенсоров, определенных в процессе калибровки. В каталитических датчиках, используемых для детектирования углеводородов, платиновые электроды и нагревательные элементы начинают испаряться при повышении температуры выше 1000°С, что сильно ограничивает их срок службы и снижает долговременную стабильность [1]. Скорость испарения возрастает в присутствии газов некоторых горючих веществ. Потери платины приводят к изменению сопротивления проводов, что вызывает смещение отображений сенсоров, а также прогар нагревательных платиновых катушек. Химическое загрязнение является проблемой многих сенсоров, к примеру, в детекторах каталитического типа кремний и тетраэтилсвинец, осаждаясь на поверхности чувствительных элементов, замедляют процесс окисления углеводородов, что ведет к занижению отображений. Иногда для предотвращения попадания загрязняющих реагентов в химические датчики встраивают специальные фильтры, задерживающие ненужные вещества, не оказывая при этом никакого влияния на исследуемые компоненты. Химические датчики на основе поверхностных акустических волн (ПАВ), подвергаются механическому загрязнению чувствительных адсорбирующих пленок исследуемыми реагентами, что приводит к необратимому изменению их массы, а, следовательно, и уходу от калибровочных параметров. То же самое происходит и с чувствительными покрытиями оптоволоконных детекторов, постоянно загрязняемых неудаляемыми компонентами, снижающими их отражательную способность, что приводит к ложному детектированию исследуемых реагентов. Существует еще одна проблема, характерная только для химических сенсоров, заключающаяся в том, что большинство химических реакций протекают только при условии использования стехиометрических смесей со сбалансированными уровнями концентраций реагентов. к примеру, в реактивных углеводородных детекторах для проведения измерений необходимо, чтобы концентрация углеводородов соответствовала концентрации кислорода в смеси. При большой концентрации углеводородов (или недостаточной концентрации кислорода) в реакцию вступит только часть углеводородов, что приведет к занижению результатов измерений. .
Информация исключительно в ознакомительных целях. При использовании материалов этого сайта ссылка обязательна.Правообладатели статей являются их правообладателями. |
По вопросам размещения статей пишите на email:
|
