Сенсоры Химические

(от лат. Sensus - чувство, ощущение), чувствительные элементы небольших размеров, генерирующие аналит. Сигнал, зависящий от концентрации определяемого компонента в анализируемой смеси. Неотъемлемой частью С. Х. Является преобразователь энергии хим., биохим. Или физ. Процессов, лежащих в основе определения, в электрич. Сигнал. Последний передается в соответствующее электронное устройство для дальнейшей обработки. С. Х. Предназначены для прямого определения конкретного хим. В-ва 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, оптотер-мич.), электрические сенсоры, а также сенсоры, чувствительные к изменению массы и нек-рые др. В основу работы электрохимических сенсоров положены превращения определяемого компонента в миниатюрной электрохим. Ячейке, к-рая 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 С. Х. 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. В-в. Оптич. Сенсоры основаны на измерении поглощения или отражения первичного светового потока, люминесценции или теплового эффекта при поглощении света. Такие С. Х. Имеют чувствительный слой, роль к-рого 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 С. Х. Для определения рН р-ров, ионов К + и Na+ , CO2, О 2, глюкозы и др. В-в. К электрическим С. Х. 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 в-ва. Наиб. Перспективны полевые транзисторы, в к-рых 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 С. Х. 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 мм 2) 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 +, О 2, оксидов азота, H2S, СО, Н 2, 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 в-ва соотв. На электродах или на межэлектродных пов-стях. Сорбционными покрытиями служат Аи, Ag, полимеры, орг. Соединения (амины, карбоновые к-ты и их соли), разнообразные фазы, используемые в хроматографии. Такие С. Х. Применяют для определения SO2, Hg, NH3 и нек-рых фосфорорг. Соединений. Разновидностью С. Х. 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. Пром-сти. Недостатки биосенсоров. Невысокая стабильность, трудность получения биоорг. Материалов постоянного состава, чувствительность к действию высоких и низких т-р, бактерицидных загрязнений и др. С. Х. И приборы на их основе широко используют, напр., в энергетике, робототехнике, транспорте, медицине, с. Х-ве, быту, при решении экологич.

Проблем. Применение С. Х. 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.