Селективность химические сенсоры

В качестве примера применения многомерного моделирования рассмотрим одновременное определение нескольких компонентов в условиях наложения аналитических сигналов отдельных компонентов (многокомпонентный анализ). Под компонентами можно понимать как элементы или соединения, так и химические или физические характеристики. С помощью многокомпонентного анализа можно определять составы лекарственных рецептур по их УФ-спектрам, содержание воды и белков в зерне методом ИК-спектроскопии в ближней области, предсказывать содержание химических элементов и технологические свойства углей по ИК-спектрам. Методы многокомпонентного анализа позволяют преодолеть недостатки химических сенсоров, обусловленные их ограниченной селективностью. [c.556]

Химические сенсоры способны селективно откликаться на изменение концентрации какого-либо компонента (ион, молекула) в жидкой или газовой фазах. Приведенная ниже (рис. 6.2) классификация потенциометрических химических сенсоров [3] показывает многообразие их типов. В классификации химических сенсоров датчики с твердотельными кристаллическими мембранами занимают центральное место не только по числу определяемых компонентов (более 20 различных ионов) и по селективности (сенсоры на ионы серебра и фтора), но и по той роли, которую они играют в качестве базовых объектов для изменил таких сенсорных механизмов, как селективность, предел обнаружения, быстродействие, влияние pH, Red/Ox и др. [c.711]

Указанные примеры применения электронного языка показывают новые перспективы в использовании химических сенсоров. Электронный язык позволяет определять качество и вкус напитков и решить проблему недостаточной селективности сенсоров и отсутствия сенсоров на отдельные ионы или частицы в растворах, при этом оказывается возможным с помощью стабильных твердотельных сенсоров с неорганическими мембранами обнаруживать как неорганические, так и органические компоненты в растворах. [c.733]

Электрохимические сенсоры. Существующие химические сенсоры в основном ( 90%) являются электрохимическими и включают большую группу модифицированных электродов, в том числе ион-селективных и ферментативных. Наиболее простой и употребимый метод создания модифицированных электродов — это механическое включение электроактивных соединений в полимерную мембрану, например из желатины, полиакриламида, полиуретана или поливинилхлорида, закрепляемую на индикаторном электроде. Использование пластифицированных мембран имеет ряд недостатков, среди которых малая продолжительность жизни , нестабильность в работе из-за вымывания пластификатора и активного компонента из мембран и др. Отсюда вытекают основные требования к химическому модифицированию поверхности затвора однородность поверхностного слоя по толщине и распределению прививаемых соединений, сохранение стабильности в рабочих условиях. На наш взгляд наибольшие перспективы представляет ковалентное закрепление соединений, включающее обработку кремнийорганическими модификаторами, поскольку полимерное капсулирование не всегда обеспечивает требуемую толщину покрытия и его однородность, а адсорбционное модифицирование не гарантирует стабильности при эксплуатации. Поэтому стратегия развития электрохимических датчиков направлена на ковалентное закрепление активного компонента на поверхности неорганического носителя. [c.468]

Ферментные электроды представляют собой биосенсоры (см. Сенсоры химические), к-рые позволяют быстро и селективно проводить определение целого ряда компонентов в сложных по составу объектах. [c.80]

В принципе, сенсор состоит из химически чувствительного слоя, системы распознавания, преобразователя химической информации в электрический или оптический сигнал и электронного устройства для оценки данных, обычно интегрированного в сенсор. В качестве примера, для ион-селективного электрода химически чувствительным слоем служит твердая или жидкая мембрана, а преобразователь основан на электрическом потенциале, измеряемом с помощью вольтметра. [c.495]

Биосенсоры принадлежат к семейству молекулярных сенсоров и поэтому включают селективную к определяемому веществу поверхность вблизи преобразователя или интегрированную в преобразователь (рис. 7.8-1), функцией которой является передача сигнала о взаимодействии между поверхностью и определяемым веществом либо непосредственно, либо через химический медиатор. В биосенсорах специфичная к определяемому веществу поверхность использует биомолекулы, распознающие молекулярные участки или их аналоги. [c.518]

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]

Количественный анализ был проведен для установления концентрации тяжелых металлов (Си, РЬ, Zn, d, r и др.) в загрязненных природных водах (р. Нева, Санкт-Петербург), для обнаружения урана в водах заброшенных урановых шахт (Германия, Россия), содержания солей в грунтовых водах (земля Брауншвейг, Германия), тяжелых металлов в дыме мусоросжигательных заводов (проточный анализ, Дания), для определения Са , Mg ", фосфатов и др. ионов в крови и плазме крови человека [187, 188, 189-192]. Во всех указанных случаях применение мультисенсорной системы — электронного языка давало новые возможности для химического анализа, который нельзя было бы провести с помощью единичных сенсоров или другими методами. Например, таким образом решалась проблема недостаточной селективности сенсоров по отношению к ионам Са " и (анализ крови), или открывалась возможность определения концентрации ионов (например, Zvi, Ге " или UOj ), для которых не существует хороших селективных электродов (рис. 6.17). Некоторые результаты количественных определений приведены в табл. 6.14 и 6.15. [c.732]

Кроме ферментов на поверхности чувствительных элементов биохимических сенсоров закрепляют антитела, клетки, срезы тканей и микроорганизмы. В электрохимических сенсорах нового поколения используются эффекты, возникающие при электрохимических превращениях молекул субстрата на поверхности химически модифицированных полупроводниковых материалов. Преимущества таких датчиков — малые габариты, невысокая себестоимость и высокая селективность определения. [c.474]

Рассматривая ферменты как специфические химические преобразователи, переводящие определяемое вещество в форму, детектируемую физическими или химическими методами, удалось придумать и разработать новый класс сенсоров, для которых характерна чувствительность к биологическим соединениям. Перспективным путем повышения селективности и чувствительности и расширения возможностей этих устройств является комбинирование различных ферментов, например эстераз, дегидрогеназ и оксидаз с детекторами-полярографическими, кондуктометрическими, потенциометрическими, акустическими и оптическими. Б первых ферментных электродах ферменты физически удерживались на поверхности сенсора или в непосредственной близости от нее. Позже были предложены методы химической иммобилизации, осаждения и другие. Коферменты также физически или химически закрепляются на поверхности сенсора. Перевод фермента в нерастворимую форму как способ увеличения его времени жизни позволяют избежать осложнений, связанных с осмотическими явлениями в коллоидных растворах, особенно когда в ферментном электроде используется проницаемая для определяемого компонента мембрана В идеальном случае ферментный биосенсор должен работать непосредственно в неразбавленной цельной крови, подобно газовым и рН-электродам, в свое время произведшим революцию в анализе. [c.11]

ГПТ с висящим затвором выгодно отличается от ГПТ с палладиевым затвором тем, что в первом случае селективность сенсора не ограничивается только одним веществом. В том виде, в каком ГПТ с висящим затвором существуют сейчас, они чувствительны к большинству полярных молекул. В настоящее время изучаются пути химической модификации поверхностей элементов затвора, которые, возможно, позволят придать этим новым сенсорам ту или иную степень селективности. [c.422]

Комбинированные потенциометрические датчики включают в себя ионоселективные электроды, отделенные от исследуемого раствора еще одной мембраной, которая селективно пропускает определенный компонент анализируемого раствора или преобразует этот компонент в соответствующую форму в результате специфической химической реакции. Эта группа сенсоров включает газочувствительные электроды, ферментные электроды и другие биосенсоры. Газочувствительные электроды будут обсуждаться в настоящем разделе, а потенциометрическим биосенсорам посвящена отдельная глава (гл. 8). [c.91]

За период сотрудничества с фирмой Реактив создавалась благоприятная обстановка для контракта с широкими кругами видных ученых и специалистов России и Союзных Республик. В свою очередь она привела к интеграции различных отраслей наук. Особенно хочу отмеппъ применение органических реактивов в электронике, охране окружающей среды, аналитическом приборостроении, создании химических сенсоров, ион-селективных электродов и др. В рамке программы Реактив нами создано новое поколение химических сенсоров, отличающихся высокой чувствительностью, селективностью и быстродейсгвием. Механизм действия этих сенсоров, основанный на принципе Гость-хозяин , позволяет определить следовые количества (10 мг/л) сероводорода, оксидов азота и серосодержащих органических веществ и др в воздухе. На этой основе созданы малогабаритные аналитические приборы. По существу эти сенсоры имитировали свойства различных биологических систем, имеющих металлокомплексные фрагменты. [c.10]

Следующее важнейшее требование, предъявляемое к химическим сенсорам - селективность к определённому виду примесей. Она обеспечивается возможностью дальнейшей модификации полученных фаз. Здесь требуется введение в одну из подрешёток кристаллической структуры каталитически активных ионов. Для сенсоров озоноразрушающих веществ, содержащих галогены, таким каталитически активным ионом является калий. Методами физико-химического анализа было показано, что этот катион может быть введён в модифицируемую структуру путём частичной замены пары ионов бария на катион калия и катион ланганоида. Электрофизические измерения показали, что в этом случае преимущественная проводимость по ионам кислорода меняе-гся на преимущественную проводимость по катионам калия. Электронно-дырочная проводимость в этом случае остаётся пренебрежимо малой, так как замена идёт на катион с постоянной степенью окисления. Прямая проверка, изготовленного на основе таким образом модифицированного материала сенсора, показала повышение селективнос7и этого сенсора к озоноразрушающим веществам на 1 [c.138]

Сенсорами называют органы чувств (от латинского зепБопит). Это природные анализаторы, позволяющие человеку и животным ориентироваться в окружающей среде. Они выполняют две функции воспринимают внешнее раздражение и передают информацию в центральную нервную систему. Чувствительными элементами, обеспечивающими работу сенсоров, являются рецепторные клетки (хеморецепторы), селективные к отдельным химическим соединениям. Очевидно, что между природными анализаторами и химическими сенсорами имеется аналогия. Как те, так и другие распознают определяемое вещество (соединение) и реагируют на изменение его концентрации. [c.551]

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]

Разрг тка химических сенсоров необходима для достижения ряда целей. Первой является замещение классических аналитических методов на сенсорные измерения. Типичным примером служит систематическая замена пламенных фотоклтров для определения компонентов электролитов крови, таких, как литий, натрий, калий и кальций, ион-селективными электродами. [c.493]

Чтобы определить понятие ju-СПА, необходимо рассмотреть развитие конкурировавших между собой концепций в аналитической химии. С одной стороны, имеются химические сенсоры (рис. 15.1-1,а, см. разд. 7.8 и 7.9). Идеальный сенсор демонстрирует высокую чувствительность к определяемому веществу, подавляя в то же самое время отклик любого другого вещества. Он характеризуется большим динамическим диапазоном (например, концентрационным), показывает хорошую воспроизводимость сигналов и низкий шум в течение длительного времени. В идеале он может использоваться in situ. Например, размеры сенсора должны быть достаточно малы, чтобы он мог функционировать в любом нужном месте (возможно, помещенным в анализируемые жидкость или газ). В оп-Ипе-приложениях получение сигнала должно быть быстрым и непрерывным. Из недостатков, присущих этим приборам, следует отметить проблемы повышения селективности определений (частично решаемые при использовании сенсорных наборов) и увеличения срока службы устройств. Кроме того, разработка готовых коммерческих продуктов требует значительных затрат труда и времени. [c.641]

Влияние мешающих ионов на потенциал химического сенсора количественно характеризуется коэффициентом селективности. Чем меньше значение коэффициента селектив-носта, тем более селективен сенсор к определяемому иону. [c.713]

Первая реакция, естественно, привела к выбору методов, удовлетворяющих новым требованиям, из классических, уже имеющихся методов анализа. Наряду с этим стали разрабатываться и принципиально новые. Расширение области применения автоанализаторов обусловило создание автономных, дистанционных, миниатюрных и селективных датчиков состава, для обозначения которых в современной научной литературе часто используют термин химический сенсор или просто сенйор. Появление таких терминов, как промышленная аналитическая химия, сенсор, сенсорный анализ, и нечеткость их определений говорят о формировании новой области аналитической химии, новой области знания, ранее не отраженной в понятиях, не зафиксированной отдельным словом. Развитие этой области обусловлено новыми задачами аналитической химии, задачами контроля окружающей среды, автоматизации химических и биотехнологических производств. [c.18]

Для многих применений большое значение имеет не производство упорядоченных неорганических-органических структур, а, скорее, создание периодических неорганических структур на наноуровне с удалением органической структуры. Такие периодические пористые структуры открывают новые возможности создания композитных материалов. Так, каталитически активные или другие центры могут быть помещены на внутреннюю часть пор, что создает возможность создания катализаторов с регулируемой активностью и селективностью за счет размера и формы, разделения влияния носителя и химических сенсоров. Ряд оптических и электронных материалов могут быть введены в поры, включая полупроводяшие полимеры, порфири-ны и другие люминесцентные и поглощающие молекулы. [c.460]

Возможна микроэлектронная интеграция сенсора и обработки сигнала, если потенциометрический сенсор основан на полевом транзисторе (ПТ). Такая микросхема может быть химически чувствительной (ХимПТ) или специфично ион-селективной (ИСПТ). Бергвельд разработал сенсоры на основе металлок-сидных ПТ (МОПТ). [c.500]

Более чувствительные приборы могут быть получены с помощью сенсоров на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Это достигается благодаря использованию более высоких частот. В соответствии с уравнением 7.7-12 обычно используют частоту 1 ГГц, что уменьшает определяемую массу до уровня фемтограммов. Принцип работы сенсора ПАВ объясняет рис. 7.7-14. На поверхность пьезоэлектрической подложки укладывается с помощью технологии интегральных схем набор электродов. После наложения на этот передатчик ВЧ-сигнала вдоль поверхности проходит сейсмическая волна Рэлея. Если подложка покрыта газочувствительным слоем, изменения в окружающем газе можно фиксировать, измеряя частоту. Селективность прибора определяется природой химического покрытия. [c.515]

В принципе иоп-селективные электроды можно разработать для любою иона, и это большое достоинство электродов такого типа, ,)днако технология их изготовления достаточно сложна. Поскольку с помошью ион-селективных электродов можно непрерывно контролировать активность данного конкретного иона в растворе, они очень удобны в анал1ггической практике. Это объясняет, почему электрохи,мические сенсоры уже широко применяются на практике для прямого потенциометрического определения, бипотенциометрического или потенциометрического титрования, кинетических исследований, изучения механизма реакций, биохимических и клинических исследований, для исследований в области океанографии и агрохимии и т. д. Ион-селективные электроды, по-видимому, найдут широкое применение как контрольно-измерительные приборы. Электроды, установленные в различных химических реакторах, могут передавать в виде электрического сигнала информацию о составе растворов, что позволит поддерживать оптимальный режим в реакторе. [c.8]

Основные тенденции развития сенсоров состоят в дальнейшей миниатюризации и снижении стоимости этих устройств за счет применения современных эффективных технологий, в создании интегральных и интеллектуальных сенсоров, в разработке совместных с микроэлектроникой технологий, в выпуске сенсоров с са-мокалибровкой и в создании микромультисенсоров, в повышении чувствительности и селективности устройств. Недостатки сенсоров на основе полевых транзисторов, связанные с невысокой надежностью их в работе вследствие низкой защищенности затвора от воздействия окружающей среды и малой прочностью закрепления чувствительного слоя, стимулируют дальнейшие исследования в области химического модифицирования неорганических материалов. [c.474]

В работах [48, 49] пьезоэлектрические кристаллы впервые использовали в качестве детекторов в газовой хроматографии. Дальнейшее развитие и применение пьезоэлектрических кристаллов в аналитической химии описано в превосходных обзорах [1, 35, 36, 40] на кристаллы наносили покрытие из соединений, селективно адсорбирующих определяемое вещество. Большая часть исследований в этой области связана с детектированием газов (диоксида серы, оксида углерода, хлористого водорода) или летучих веществ (ароматических и алифатических углеводородов) и тем самым не представляет интереса для биологии. Для нормальной работы гравиметрических сенсоров, как правило, требуется, чтобы относительная влажность была низкой и поддерживалась на постоянном уровне. Тем не менее сенсоры аммиака с различными химическими, биохимическими и полимерными покрытиями [30, 41, 45, 46], а также сенсоры растворенного диоксида углерода с кристаллами, покрытыми дидодецила-мином или диоктадециламином, вполне можно было бы использовать для контроля ферментационных процессов [20, 22], отделив сенсор от анализируемого раствора тефлоновой мембраной [77]. В работе [50] описан также метановый сенсор, который [c.446]