главная > справочник > химическая энциклопедия:

СЕНСОРЫ ХИМИЧЕСКИЕ

Notice: Undefined variable: iko in /var/www/chemport.ru/data/www/chemport.ru/chemical_encyclopedia.php on line 95

Notice: Undefined variable: goo in /var/www/chemport.ru/data/www/chemport.ru/chemical_encyclopedia.php on line 109

Notice: Undefined variable: mn in /var/www/chemport.ru/data/www/chemport.ru/chemical_encyclopedia.php on line 109

СЕНСОРЫ ХИМИЧЕСКИЕ (от лат. sensus - чувство, ощущение), чувствительные элементы небольших размеров, генерирующие аналит. сигнал, зависящий от концентрации определяемого компонента в анализируемой смеси. Неотъемлемой частью сенсоры химические 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, оптотермич.), электрические сенсоры, а также сенсоры, чувствительные к изменению массы и некоторые др.

В основу работы электрохимических сенсоров положены превращения определяемого компонента в миниатюрной электрохим. ячейке, которая 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. веществ.

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 которого 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 растворов, ионов К⁺ и Na⁺ , CO₂, О₂, глюкозы и др. веществ.

К электрическим сенсоры химические 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 вещества. Наиб. перспективны полевые транзисторы, в которых 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 сенсоры химические 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 вещества соотв. на электродах или на межэлектродных пов-стях. Сорбционными покрытиями служат Аи, Ag, полимеры. орг. соединения (амины, карбоновые кислоты и их соли), разнообразные фазы, используемые в хроматографии. Такие С. х. применяют для определения SO₂, Hg, NH₃ и некоторых фосфорорг. соединений.

Разновидностью сенсоры химические 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. промышленности. Недостатки биосенсоров: невысокая стабильность, трудность получения биоорг. материалов постоянного состава, чувствительность к действию высоких и низких температур, бактерицидных загрязнений и др.

сенсоры химические и приборы на их основе широко используют, например, в энергетике, робототехнике, транспорте, медицине, с. х-ве, быту, при решении экологич. проблем. Применение сенсоры химические 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.