Сенсор электрохимические

Рис. 17.1. Схема работы электрохимического сенсора

Электрохимические реакции, протекающие на поверхности датчика (электрода) в амперометрических сенсорах, генерируют в электродной системе ток, функционально связанный с концентрацией определяемого вещества. Одной из важнейших областей применения амперометрических сенсоров является определение кислорода в воде и воздухе. Для этого используют электроды Кларка (см. раздел 14.1), генерирующие ток, пропорциональный концентрации Ог. Селективность таких сенсоров определяется природой материала электрода, точнее, его поверхности, а следовательно, и величиной потенциала, при котором протекает электрохимическая [c.553]

Электрохимические и микроэлектронные сенсоры Потенциометрические сенсоры [c.496]

В последние годы благодаря использованию ферментов функции ионселективных электродов удалось существенно расширить и сделать их применимыми для быстрого клинического анализа на глюкозу, мочевину, аминокислоты и другие метаболиты. Такие электроды называются ферментными электродами или электрохимическими сенсорами. Создание электродов с указанными свойствами оказывается возможным благодаря тому, что ряд ферментов обладает высокой специфичностью, т. е. способностью катализировать превращения одного единственного вещества из многих сотен и даже тысяч веществ близкой химической природы. Если, например, фермент катализирует реакцию, в ходе которой изменяется pH среды, то рН-чувствительный электрод, покрытый пленкой геля или полимера, содержащей этот фермент, позволит провести количественное определение только того вещества, которое превращается под действием данного фермента. Из мочевины в присутствии фермента уреазы образуются ионы МН+. Если ионселективный электрод, чувствительный к ионам ЫН , покрыть пленкой, содержащей уреазу, то при помощи его можно количественно определять мочевину. Ферментные электроды — один из примеров возрастающего практического использования ферментов в науке и технике. [c.138]

Изученный нами впервые электрокатализ кислородной реакции на электродах на основе промотированного ультрадисперсного алмаза УДА показал перспективы использования УДА в электрокатализе и новые области применения этого наноматериала, а именно в качестве углеродного носителя для электрокатализатора как кислородного, так и водородного электродов топливного элемента в электрохимических сенсорах и биосенсорах в электросинтезе и т.д. Особенности УДА, обеспечивающие эти перспективы его использования, можно сформулировать следующим образом [c.94]

Тип преобразователя определяется особенностью реакции, протекающей на электроде. Невозможно найти универсальный преобразователь на все возможные вещества. В технологии электрохимических сенсоров используются преобразователи различных типов потенциометрические, амперометрические, кулонометрические, кондуктометрические, полупроводниковые на основе оксидов металлов, ионоселективные полевые транзисторы и др. Для повышения избирательности на входном устройстве сенсора (перед чувствительным слоем) могут размещаться мембраны, селективно пропускающие частицы определенного заряда или размера. [c.552]

В последние годы благодаря использованию ферментов функции ионселективных электродов удалось существенно расширить и сделать их применимыми для быстрого клинического анализа на глюкозу, мочевину, аминокислоты и другие метаболиты. Такие электроды называются ферментными электродами или электрохимическими сенсорами. Создание электродов с указанными свойствами оказывается возможным благодаря тому, что ряд ферментов обладает высокой специфичностью, т. е. способностью катализировать превращения одного-единственного вещест- [c.157]

Изучено влияние ряда факторов на формирование аналитического сигнала сенсоров, в том числе влажности воздуха, температуры окружающей среды, толщины газочувствительного слоя и его структуры, вида и состава материала электрохимического меандра и т.п. [c.104]

В последнее время особый интерес в качестве переносчика электронов вызывает анион-радикал кислорода, который образуется при электрохимическом восстановлении молекулярного О2 в апротонной среде. Высокая реакционная способность О2, его многофункциональность, позволяют использовать этот реагент в медиаторных реакциях при определении органических соединений. В аналитической практике нашли также применение системы с иммобилизованными на поверхности электрода медиаторами. Они применяются в качестве чувствительных элементов в датчиках (сенсорах) для определения различных субстратов. Иммобилизация медиатора на поверхности электрода обеспечивает его высокую локальную концентрацию, что повышает чувствительность определений. [c.477]

Глава 17 Электрохимические сенсоры [c.551]

Применяются самые разнообразные физические трансдьюсеры электрохимические, оптические, термические, пьезоэлекфические, акустические и т.д. В настоящее время наиболее широко используются биосенсоры с электрохимическими преобразователями. Одни из них представляют собой специальный электрод, на который нанесен слой биоматериала, а другие регистрируют ток электрохимической реакции одного из участников ферментативного процесса на поверхности электрода. Первые относятся к потенциометрическим сенсорам, а вторые - к амперометрическим. Функционально биосенсоры сопоставимы с биорецепторами, которые преобразуют реакцию живых организмов на воздействие окружающей среды в электрические сигналы [c.292]

Понять принципы работы электрохимических и микроэлектронных, оптических, термических и масс-чувствительных сенсоров. [c.493]

Преимущества оптических сенсоров перед электрохимическими [c.512]

Электрохимические. Это потенциометрические (ион-селективные электроды — ИСЭ, ионселективные полевые транзисторы — ИСПТ) и вольт- и амперометрические сенсоры, в том числе твердые электролитические газовые сенсоры. Полупроводниковые газовые сенсоры также могут быть включены в эту категорию, хотя механизм их действия не включает химическую реакцию. [c.710]

Немодифицированные и модифицированные углеродные материалы широко применяются в электрохимических сенсорах, основанных на использовании различных электрокаталитических реакций [36]. Хотя электрохимические методы анализа иногда менее точны и менее чувствительны по сравнению с другими физико-химическими инструментальными методами, они отличаются, как правило, большей экспрессностью и простотой и все шире используются для анализа состава биосферы, включая газообразную, жидкую и почвенную среды. [c.15]

Биоэлектрокаталитические эффекты применяются в настоящее время при создании сенсоров — электрохимических датчиков, необходимых для количественного определения различных химических соединений. Использование биоэлектрокатализа на основе прямого переноса электронов с активного центра фермента на электрод может существенно упростить создание такого рода систем. [c.71]

По принципу работы и в зависимости от вида аналит. сигнала иногда выделяют электрохимические (потенциометрич., вольтамперометрич., кулонометрич., кондуктометрич.), оптические (фотометрич., люм1шесцентные, оптотер-мич.), электрические сенсоры, а также сенсоры, чувствительные к изменению массы и нек-рые др. [c.318]

Модифицирование Э., получившее широкое распространение в электрокатализе, произ-вс химических источников тока, электрохимических сенсоров и т. п., основано как на физических (ионная имш нтация, разрыхление пов-сти, выращивание монокристаллич. фаней, создание монокристаллич. структур, физ. адсорбция ионов и молекул и др.), так и хим. методах. В частности, химически модифицированные Э. представляют собой проводящий или полупроводниковый материал, покрьггый мономолекулярными (в т. ч. субатомными), полимолекулярными, ионными, полимерными слоями, в результате чего Э. проявляет хим., электрохим. и/или оптич. св-ва слоя. Хим. модифицирование достигается хемосорбцией на пов-сти Э. ионов и молекул, ковалентным связыванием разл. агентов с поверхностными атомными фуппами, покрытием пов-сти орг., металлорг. или неорг. полимерными слоями, созданием композитов из электродного материала и в-ва -модификатора. [c.425]

Развитие Э, в значит, степени обусловлено достижениями электротехники, радиотехники, микроэлектроники и компьютерной техники на базе этих отраслей разрабатывается множество методов изучения электрохим. систем. В свою очередь, Э. служит совр. приборостроению. Так, один из разделов прикладной Э.- хемотроника - связан с проблемой использования электрохим. ячеек в качестве элементов разл. электронных схем (см. Электрохимические преобразователи информации). Элжтрохим. выпрямители, усилители и стабилизаторы постоянного тока, электрохим. умножители и ин-тефаторы могут стать важным дополнением к полупроводниковым приборам в области низких частот и слабых электрич. сигналов. Электрохим. ячейки м.б. применены также для преобразования мех. воздействий в электрич. импульсы электрохимические сенсоры, датчики давления, индикаторы шумов, вибраций и др.). [c.466]

Особенно широко амперометрические датчики применяются для определения кислорода. Соответствующие приборы в настоящее время выпускаются промышленностью. Для этой цели обычно используется электрод (сенсор) Кларка (рис. 14.1), представляющий собой электрохимическую ячейку, содержащую небольшой объем электролита, в который помещены электрод из благородного металла и электрод сравнения. Электролит датчика отделяют от внешнего раствора мембраной, гфоницаемой для кислорода. Если концентрация кислорода с внешней стороны мембраны превышает концентрацию во внутреннем растворе, то молекулы кислорода диффундируют через мембрану, растворяются в электролите и дают отклик индикаторного электрода. Потенциал электрода, отвечающий диффузионному току восстановления кислорода, устанавливают равным приблизительно -0,6 В относительно НКЭ. Измеряемый ток пропорционален концентрации Ог в широком интервале его содержаний [c.497]

В зависимости от характера отклика (первичного сигнала) химические сенсоры подразделяются на различные типы оптические, магнитные, электрические, электрохимические, масс-чувствитель-ные и др. В настоящее время наибольшее распространение получили электрохимические сенсоры. Общая схема функционирования электрохимического сенсора изображена на рис. 17.1. Как видно, сенсор включает в себя датчик, находящийся в контакте с физическим преобразователем (трансдьюсером). Датчик содержит чувствительный слой, дающий первичный отклик на присутствие определяемого компонента и изменение его содержания непосредственно на электроде или в объеме раствора около него. Это изменение регистрируется преобразователем. Сигнал преобразователя поступает в электронную систему регистрации сигнала, обрабатывается микропроцессором (ЭВМ) и, как правило, выдается в виде цифровой или графической информации о содержании определяемого компонента либо о составе анализируемой смеси. [c.552]

Селективность электрохимических сенсоров зависит от природы чувствительного слоя датчика, т.е. электрода. Так, датчики электронной проводимости, изготовленные из химически стойких материалов (платины, углерода и т.п.), чувствительны к химическим процессам, протекающим с участием электронов, т.е. ко всем окислительно-восстановительным процессам. Датчики ионной проводимости проявляют чувствительность к частицам, которые присоединянэт ионы или служат источниками ионов, проявляющих подвижность в материале, из которого состоит чувствительный элемент датчика. [c.553]

Для контроля содержания озона используют его способность взаимодействовать с бромидами или иодидами. Газовую смесь барботируют с постоянной скоростью через 2%-ный раствор NaBr или 0,01 %-ный раствор Nal в фосфатном буфере. Продукт химической реакции (иод или бром) восстанавливают на платиновом электроде при 0,2-0,5 В. Этот же принцип используется в кулонометрическом сенсоре для определения микроконцентраций СО после реакции с I2O5 (электрохимическое восстановление выделившегося Ь). [c.562]

Последние успехи в области конструирования новых электрохимических сенсоров связаны с созданием одноразовых устройств. Как и одноразовый медицинский инструмент, после употребления их выбрасывают или утилизируют. Стоимость одноразовых электрохимических сенсоров относительно невелика, поскольку они могут быть изготовлены по планарной технологии и в большом количестве. Примером могут служить электрохимические сенсоры, напечатанные с помощью принтера. С использованием компьютерной графики можно создать чертеж сенсора, а затем отпечатать на соответствующей матрице несколько сот таких сенсоров (s reen-printing технология). Для их изготовления используют специальные углеродсодержащие порошки и матрицы на керамической или пластиковой основе. Состав красящего порошка определяет свойства сенсора, которые можно изменить введением различных модификаторов. Затем нанесенные на подложку слои высушивают или отжигают. [c.563]

Подобную технологию используют при создании интеллектуальных ( smart ) электрохимических сенсоров, которые, помимо сенсорной части, содержат электронику, необходимую для обработки сигнала. Такое устройство может включать в себя несколько сенсоров на одном чипе. В частности, так устроен 8-канальный потенциометрический сенсорный чип размером 3,3x2,8 мм, на котором расположены восемь разных сенсоров, каждый со своей измерительной схемой и своим электродом сравнения. Еще одним достижением этой технологии является создание сенсоров для использования in vivo. Они применяются в тех случаях, когда нужно поместить сенсор в кончик катетера или хирургической иглы. Эта область сейчас активно развивается, и можно ожидать, что уже скоро будут выпускаться большое число химических сенсоров для использования в медицине. [c.563]

Газочувствительные потенциометрические сенсоры включают электрохимическую ячейку с ион-селективным электродом и электродом сравнения. Оба они погружены в раствор внутреннего электролита. Внутренний электролит отделен от анализируемого раствора с помощью газопроницаемой мембраны (рис. 7.7-1). Микропористая или гомогенная мембрана имеет обычно толщину 0,1 мм. Микропористые мембраны изготавливают из гидрофобных полимеров, например, политетрафторэтилена (ПТФЭ) или полипропилена. В таких мембранах 70% пор имеют диаметр менее 1мкм, так что газы могут проникать за счет эффузии, тогда как вода или ионы отталкиваются гидрофобной мембраной. [c.498]

Биораспознающий компонент биосенсора—это белок, макромолекула или комплекс со специфической поверхностью или внутренними распознающими центрами, необходимый для распознавания определяемого вещества. Компонент обусловливает селективность по отношению к определяемому веществу и передает сигнал на преобразователь. Тип реакции, катализируемой фермен> том, определяет выбор преобразователя. Определяемое вещество, а значит, и доступньк методы преобразования обусловливают природу биораспознающего компонента. Рассмотрим два примера, в которых фермент используют для создания сенсора на субстрат этого фермента. На схеме 7.8-1 ферментативная реакция включает перенос злектрона таким образом, для определения холестерина можно использовать в качестве преобразователя амперометрический электрохимический сенсор. Схема 7.8-2 включает изменение [Н+1 следовательно, контроль превращения ацетилхолина возможен с помощью рН-электрода или рН-чувствительного красителя в оптическом приборе. Другие ферменты можно использовать в случае реакций гидролиза, этерификации, расщепления и т. д. определяемое вещество обычно является субстратом фермента. (Как можно провести анализ, если вы не смогли найти подходящую ферментативную реакцию с участием определяемого вещества, ио знаете, что оно является иигибитором ферментативной реакции ) [c.519]

Тем не менее, оптическую схему можно построить таким же образом, как электрохимические сенсоры, использующие отклик от Ю)су6страта или продук-та ферментативной реакции. Многие из схем анализа, обсуждаемых в предыдущих главах, подходят для такого преобразования. Например, ксантинокси- [c.550]

При оценке новых электродных материалов, предназначенньк для проведения электролиза, электроанализа, для электрохимических сенсоров и т. п., прежде всего обращают внимание на их коррозионную стойкость, стабильность свойств, величину фонового тока и ширину той области потенциалов, в которой этот ток остается достаточно низким и не мещает измерению упомянутых выше характеристик. По этим критериям алмазный электрод оценивается очень высоко. [c.22]

Именно в эти годы получили основное развитие и широкое ггрименение совершенно новые методы анализа, такие как атомно-абсорбционная и атомно-флуоресцентная спектрометрия, рентгенофлуоресцентная спектрометрия, рентгеноспектральный микроанализ, хромато-масс-спектрометрия, высокоэффективная жидкостная хроматография, парофазный анализ, проточно-инжекционный анализ в электрохимических методах новое интенсивно развиваемое направление — электрохимические сенсоры, тест-методы и т.д. Поразителть-ного прогресса достигли хроматографические методы. [c.4]

Сайт Международного электрохимического общества (одного из старейших научных обществ, основанного в 1902 г.)— The Ele tro hemi al So iety (E S) [5] информация о преподавании химии твердого тела, электрохимии и технологии гиперссылки на источники по электроосаждению, коррозии, физической электрохимии, сенсорам, органической и биологической электрохимии, промышленному электролизу и электрохимической технологии. [c.23]

Существенное внимание уделяется электрохимическим ячейкам и датчикам аналитического сигнала (электродным системам, различным электрохимическим сенсорам), именно эти первичные электрохимические преобразователи определяют аналитические возможности любого метода. В настоящее время не представляет проблемы самая совершенная и быстрая обрабопса сигнала от датчика, расчет статис гических характеристик как исходного сигнала, так и результатов всего анализа в целом [8]. Именно поэтому важно получить достоверный исходный сигнал, чтобы прокалибровать его в единицах концентрации. [c.710]

На базе электрохимического метода разработана серия приборов Оникс — для определения кислорода, водорода и паров воды в азоте и инертных газах в диапазоне 210 -5-10 мол. % Циркон — для определения кислорода в инертных газах и азоте в диапазоне от 10 до 100 мол. % Агат — для определения кислорода от 5-10 до ЮОмол. % Топаз — для определения кислорода в диапазоне 15 5 мол. % Лазурит — для оиределения кислорода и водорода в инертных газах и азоте в диапазоне от 10 " до 10 мол. %. Создана серия портативных газосигнализаторов с использованием в качестве датчиков электрохимических сенсоров ИВГ-1 — для измерения микровлажности в азоте, аргоне, воздухе, гелии, кислороде и их смесях до 5-10 г/м (-90 °С), ТГС-3 —для контроля содержания метана (модификация ТГС-З-МИ в диапазоне 0-3 об. %), кислорода (модификация ТГС-З-КИ в диапазоне 28-18 об. %), аммиака (модификация ТГС-З-АИ в диапазоне 2-10 -1 10 мол. %). [c.926]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология