GebraBit

سنسورهای الکتروشیمیایی

متن سربرگ خود را وارد کنید

سنسورهای الکتروشیمیایی

سنسورهای الکتروشیمیایی

سنسورهای الکتروشیمیایی
  1. خانه
  2. »
  3. انواع سنسور
  4. »
  5. سنسورهای الکتروشیمیایی

این سنسورها از واکنش‌های شیمیایی برای تشخیص و اندازه گیری وجود مواد مختلف استفاده می‌کنند و معمولاً برای تشخیص گاز و نظارت بر محیط استفاده می‌شوند.

سنسورهای الکتروشیمیایی ابزارهایی هستند که برای تشخیص و اندازه گیری مواد شیمیایی مختلف از طریق تبدیل یک واکنش شیمیایی به سیگنال الکتریکی استفاده می‌شوند. آنها به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله نظارت بر محیط، مراقبت‌های بهداشتی، غذا و نوشیدنی و ایمنی صنعتی استفاده می‌شوند.
حسگرهای الکتروشیمیایی ابزاری قابل اعتماد و حساس برای تشخیص و اندازه گیری مواد شیمیایی مختلف هستند. توانایی آن‌ها در تبدیل واکنش‌های شیمیایی به سیگنال‌های الکتریکی، آنها را به ابزاری ارزشمند در بسیاری از صنایع که در آن‌ها تجزیه و تحلیل دقیق و بی درنگ مواد شیمیایی مورد نیاز است، تبدیل می‌کند.

ساختار کلی سنسورهای الکتروشیمیایی

سنسورهای الکتروشیمیایی معمولاً از سه جزء اصلی تشکیل شده‌اند: یک الکترود کار، یک الکترود جریان و یک الکترود مرجع. این الکترودها در محلول الکترولیت غوطه ور می‌شوند که این کار انجام واکنش‌های شیمیایی (واکنش بین الکترود و آنالیت) را تسهیل می‌کند.

Electrochemical sensors

الکترود کار معمولاً از یک ماده شیمیایی بی اثر مانند طلا، پلاتین یا کربن ساخته شده است که با یک ماده حسگر پوشیده شده است که به طور انتخابی با آنالیت هدف تعامل دارد.
الکترود مرجع پتانسیل مرجع پایداری را فراهم می‌کند که در مقابل آن می‌توان پتانسیل الکترود کار را اندازه گیری کرد. الکترودهای مرجع رایج شامل نقره/کلرید نقره (Ag/AgCl) یا الکترود کالومل اشباع (SCE/saturated calomel electrode) هستند.
الکترولیت، محلول رسانایی است که به یون‌ها اجازه می‌دهد بین الکترودهای کار و مرجع حرکت کنند و مدار الکتروشیمیایی را کامل کنند.

انواع سنسورهای الکتروشیمیایی و نحوه کار آنها

نحوه کار سنسورهای الکتروشیمیایی بسته به نوع سنسور می‌تواند متفاوت باشد. در ادامه به صورت کلی با نحوه عملکرد برخی از انواع رایج این سنسورها آشنا میشویم:

سنسورهای آمپرومتریک

این سنسورها جریان تولید شده توسط واکنش ردوکس را در الکترود کار اندازه گیری می‌کنند. آنها به طور گسترده‌ای برای تشخیص گازها، یون‌ها و مولکول‌های زیستی استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، حسگرهای گاز آمپرومتریک می‌توانند گازهایی مانند مونوکسید کربن (CO) یا دی اکسید نیتروژن (NO2) را تشخیص دهند. در سنسورهای آمپرومتریک، ولتاژی بین الکترودهای کار و مرجع اعمال می‌شود. هنگامی که آنالیت هدف با سطح الکترود کار تماس پیدا می‌کند، یک واکنش ردوکس رخ می‌دهد و در نتیجه جریانی متناسب با غلظت آنالیت ایجاد می‌شود. جریان به عنوان یک سیگنال الکتریکی اندازه گیری می‌شود و مقدار آن غلظت آنالیت را نشان می‌دهد.

Amperometric sensors

واکنش ردوکس که به عنوان واکنش اکسایش-کاهش نیز شناخته می‌شود، یک واکنش شیمیایی است که در آن انتقال الکترون بین دو گروه صورت می‌گیرد. یک گونه تحت اکسیداسیون قرار می‌گیرد (الکترون از دست می‌دهد) در حالی که گونه دیگر تحت کاهش (به دست آوردن الکترون) قرار می‌گیرد. اصطلاح “ردوکس” از ترکیب این دو فرآیند گرفته شده است: کاهش (reduction) و اکسیداسیون (oxidation).
در واکنش ردوکس همواره دو جزء دخیل هستند:
1. اکسیداسیون: اکسیداسیون زمانی رخ می‌دهد که یک گونه الکترون خود را از دست بدهد. این فرآیند منجر به افزایش حالت اکسیداسیون یا از دست دادن الکترون از گونه می‌شود. دسته‌ایی که تحت اکسیداسیون قرار می‌گیرند، عامل کاهنده نامیده می‌شوند، زیرا اکسیداسیون گونه‌های دیگر را تسهیل می کند.
2. کاهش: کاهش زمانی اتفاق می‌افتد که گونه‌ای الکترون به دست آورد. این فرآیند منجر به کاهش حالت اکسیداسیون یا افزایش الکترون توسط گونه می‌شود. گونه‌هایی که تحت کاهش قرار می‌گیرند، عامل اکسید کننده نامیده می‌شوند، زیرا کاهش گونه‌های دیگر را تسهیل می‌کنند.

redox reaction definition

انتقال الکترون بین عوامل اکسید کننده و کاهنده مشخصه بارز یک واکنش ردوکس میباشد. الکترون‌ها از طریق یک مدار الکتریکی یا در مورد واکنش‌های الکتروشیمیایی، از طریق یک الکترود از عامل کاهنده به عامل اکسید کننده جریان می‌یابند.
واکنش‌های ردوکس در فرآیندهای مختلف بیولوژیکی، شیمیایی و الکتروشیمیایی اهمیت دارند. آنها مسئول تولید انرژی در سلول‌ها، واکنش‌های خوردگی، فرآیندهای احتراق و بسیاری دیگر از واکنش‌های حیاتی در طبیعت و صنعت هستند.

سنسورهای پتانسیومتری

سنسورهای پتانسیومتری اغلب برای اندازه‌گیری pH و همچنین الکترودهای انتخابی یونی (ISEs) برای تشخیص یون‌های خاص مانند سدیم (Na+)، پتاسیم (K+)، یا کلرید (Cl-) استفاده می‌شوند.
سنسورهای پتانسیومتری اختلاف پتانسیل بین الکترودهای کار و مرجع را اندازه گیری می‌کنند. هنگامی که آنالیت هدف با ماده حسگر روی الکترود کار فعل و انفعال داشته باشد، باعث تغییر در اختلاف پتانسیل می‌شود. این تغییر در پتانسیل اندازه گیری شده و با غلظت آنالیت مرتبط است.

سنسورهای رسانایی(هدایت) سنج

سنسورهای هدایت سنجی تغییرات رسانایی الکتریکی ناشی از برهمکنش بین آنالیت و الکترود کار را اندازه گیری می‌کنند. ماده حسگر روی الکترود کار با آنالیت واکنش شیمیایی می‌دهد که منجر به تغییر در رسانایی می‌شود.
آنها معمولاً برای تشخیص گاز، مانند تشخیص ترکیبات آلی فرار (VOCs) یا آمونیاک (NH3) استفاده می‌شوند.

بیو سنسورها

سنسورهای زیستی یا بیوسنسورها نوعی حسگر الکتروشیمیایی هستند که از اجزای بیولوژیکی مانند آنزیم‌ها یا آنتی بادی‌ها برای شناسایی و اندازه گیری انتخابی بیومولکول‌های خاص استفاده می‌کنند. هنگامی که بیومولکول هدف به ماده حسگر متصل می‌شود، یک واکنش بیوشیمیایی را ایجاد می‌کند که یک سیگنال الکتریکی تولید می‌کند. بزرگی سیگنال متناسب با غلظت مولکول زیستی هدف است.
این سنسورها در کاربردهای مختلفی از جمله نظارت و رصد گلوکز، تعیین توالی DNA و تشخیص پزشکی استفاده می‌شوند.

electrochemical biosensors
دو نوع بیوسنسور الکتروشیمیایی

موارد ذکر شده در بالا، تنها چند نمونه از انواع حسگرهای الکتروشیمیایی موجود هستند. هر نوع از این سنسورها مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارد که آن‌ها را برای کاربردها و نیازهای مختلف مناسب می‌سازد.

حسگرهای الکتروشیمیایی برای ایجاد رابطه بین جریان اندازه گیری شده و غلظت آنالیت نیاز به کالیبراسیون دارند. کالیبراسیون این سنسورها معمولاً با قرار دادن سنسور در معرض غلظت‌های مشخصی از آنالیت و ایجاد یک منحنی کالیبراسیون که سیگنال خروجی سنسور را به غلظت آنالیت مرتبط میکند، انجام میشود.
سنسورهای الکتروشیمیایی کاربردهای گسترده‌ای دارند. آنها معمولا برای تشخیص گاز (به عنوان مثال، مونوکسید کربن، اکسیژن)، نظارت بر محیط (به عنوان مثال، تجزیه و تحلیل کیفیت آب)، تشخیص پزشکی (به عنوان مثال، نظارت بر گلوکز)، و کنترل فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شوند.

این مقاله را با دوستانتان به اشتراک بگذارید!

Be the first to write a review

لطفا با ارسال دیدگاه و امتیاز دهی تیم جبرا را در بهبود کیفیت همیاری کنید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Shopping cart
Start typing to see posts you are looking for.

Sign in

No account yet?