Оптичні хімічні сенсори – класифікація та області їх застосування. Переваги і недоліки.

Оптичні хімічні сенсори – класифікація та області їх застосування. Переваги і недоліки.

Оптичний сенсор(Волоконно-оптичний датчик) — пристрій, який використовує оптичне волокно у якості чутливого елемента, або у якості засобу ретрансляції сигналів від віддаленого датчика до електронного блоку, який обробляє сигнали.

Залежновід типу оптичнихсенсорів у них вимірюють:

· світловбирання(флуоресцентні(біосенсори)),

· абсорбцію світла (спектрофотометричні фотометричні(на неорганічні сполуки))

· люмінесценцію(хемілюмінесцентнісенсори(на хімічні сполуки).

Області довжин хвиль вимірювань(ще один поділ на типи):

• УФ

• Видима область

• ІК

Застосування(12. Області застосування оптичних сенсорів):

• Медицина(контроль вмісту глюкози, лактату)

• моніторинг навколишнього середовища в реальному часі

• аналітичні лабораторії

• фармацевтика

• визначення вмісту рідин та газів

• для визначення вибухових речовин

• сигналізація

• мікроскопи

• світлова реклама

Переваги:

• Висока точність

• Відсутність електроду порівняння

• На роботу сенсору не впливають електрохімічні шуми

• Розміри можуть бути мініатюрними

• Можливість проведення дистанційного аналізу

Недоліки:

• Вимивання реагенту з підложки

• Залежність чутливості методу від константи екстракції (для потенціометрії рівновага встановлюється на межі поділу фаз

• Проблема регенарації за умов утворення дуже міцного комплексу визначуваного компоненту з реагентом

• Недостатня селективність

7. Оптичні волокна, оптоди. Особливості застосування волоконної оптики в хімічних сенсорах.

Оптичне волокно(ОВ) це технічний виріб, що складається з оптичного світловоду і захисних покриттів та маркуючої кольорової оболонки.Оптичнийсвітловод - є фізичнимсередовищемтранспортуванняоптичного сигналу і складаєтьсяізсерцевини та оболонки.У волоконнооптичних сенсорах (ВОС) на торцісвітловодазакріплюєтьсяреагентвміщуюча фаза (РВФ). Характеристика матеріалусвітловодавизначаєоптичнийдіапазон івідповідноаналітичніможливостівсього пристрою. Якщооптичневолокновиготовлене з кварцу, то такийоптродпрацює в широкійобластіспектра, включаючиультрафіолетовуйогочастинуОптосенсориможуть бути оборотними і необоротними. Сенсороборотний, якщо РВФ не руйнується при їївзаємодії з обумовленоюречовиною. Якщочастина реагенту споживається в ходівизначення,сенсор працюєнеоборотно.

Тому важливим в хімічних сенсорах є те щоаналітичний сигнал повязаний зоборотнім знебарвленнямплівкичуттєвого шару, тобтозниженнямйогооптичноїгустиниабо іншого вимірюваного параметру(для люмінесценції,флуорисценції)

8. Оптичні хвильоводи. Планарні оптичні сенсори. Сенсори на основі еванесцентних (затухаючих) хвиль. Особливості застосування в аналізі.

Оптичнийхвилевід системакритихоптичнихканалівпередачі на великівідстані, причому по криволінійнійтраєкторії. В плоскому хвилеводі розповсюджуються два типи хвиль, а саме ТЕ (поперечні електричні) хвилі і ТМ (поперечні магнітні) хвилі. З точки зору оптики поляризаційних уявлень перші відповідають S-компоненті електромагнітної хвилі, а другі P-компоненті. Якщо плоский хвилевід не металізований, то розповсюдження ТЕ і ТМ мод в ньому відбувається за рахунок повного внутрішнього відбивання. При цьому, як відомо, енергія електромагнітної хвилі.

Планарніоптоди на основі еванесцентних (затухаючих) хвиль.

Загасання — цезменшенняінтенсивностісвітловихпроменів у волосках відносновідстанніперетнутої ними у середовищіпередачі. Коефіцієнтзагасання в оптоволокнізазвичайвикористовується в одиницяхdB/km, завдячуючивідносновисокійпрозоростісучасногооптичногомедіуму. Як правило, ним виступаєкварцовийсклянийсвітловод, щоутримуєзахопленепроміння у границяхсвогофізичноготіла.

Хвилі короткодіючі. Можна зафіксувати до 10нм у видимому спектрі.Більш точні, малодослідженні.(нажаль можливе пояснення лише картинками)

Сенсори на основі плазмонного резонансу. Суть методу, особливості застосування в хімічних сенсорах.

Електрод Кларка

Електрод Кларка застосовують для визначення розчиненого кисню. Реакція відбувається на Pt електроді, який виступає катодом (відновлення кисню): О₂+4е^-+4Н⁺→2Н₂О. Аноді являє собою спіраль із срібної дротини. Електроди покриті захисною плівкою, яка сорбує заважаючи гази (H₂S).

Переваги електроду:

Селективний

Довготривалий (періодична зміна мембрани);

Конц О₂ :0,1…20 мг/л

Час відгуку 1 хв

Основні складові електроду: електрод порівняння, робочий електрод, електроліт та селективна мембрана.

Аналогічні сенсори існують на Cl₂, Cr(VI), O₃ у воді (Для контролю води у басейні, селективність обумовлена певним потенціалом). Вольтамперометричні аналізатори (визначають Cd, Pb, Cu, Zn у воді, повітрі, грунтах). Проблема - періодична чистка електродів.

Обмеження титрування

* Реагент Фішера нестійкий до дії світла і вологи. Потрібна стандартизація перед кожним використанням.

* Робочий інтервал pH 5 – 8

* Погано розчинні у метанолі сполуки (наприклад, жири, вуглеводні) розчиняють у вищих спиртах або хлороформі.

* Слід уникати титрування речовин, які здатні реагувати з компонентами реактиву Фішера (наприклад, альдегіди і кетони, сильні кислоти і основи, окисники і відновники, сполуки, що реагують з компонентами реактиву Фішера з утворенням води).

В основі кулонометричного методу використаний закон Фарадея, який встановлює зв'язок між масою (г) електропретворюючої (окисленої або відновленої) речовини і кількістю електрики Q (Кл).

т = QM/nF

Кулонометрична комірка складається з анодного відділення, в якому протікає реакція Фішера, і меншого за обсягом катодного відділення, в якому протікає комплементарна катодна реакція відновлення.

Йод, необхідний для КФ-реакції утворюється внаслідок анодного окислення йодиду:

2I^- -2e = I₂

Водень утворюється на катоді :

2 H⁺ + 2 e^- = H₂

Переваги (кулонометричного методу титрування Фішера):

* Визначення мелих кількостей води (10 -100мкг)

* йод лише в анодному просторі реагує з водою

* висока точність вимірювання навіть при низькому вмісті вологи

Недоліки:

* При роботі з реактивами особливу увагу слід приділяти виключенню проникнення вологи, тому кулонометрія є мікрометодом, і навіть мінімальні кількості сторонньої води можуть призводити до серйозних помилок аналізу. 1 мл атмосферного повітря містить близько 10 мкг H2O – і така мала кількість води може бути визначена кулонометричним методом

* Католіт потрібно замінювати через певний час

* можливість потрапляння йоду до катоду і відновлення в йодид, що призводить до помилок визначення

21. Мас-чутливі сенсори. Сенсори на основі кварцевих кристалічних мікротерез; сенсори на основі поверхневих акустичних хвиль. Особливості дії та області застосування.

По ходу хімічної реакції на поверхні сенсору спостерігаються різні ефекти, в тому числі і зміна маси. Зрозуміло, що ці зміни вкрай малі, але їх можна зафіксувати за допомогою чутливих мікротерезів і співвіднести з кількістю аналізу, що реагує з поверхнею. Таким чином, існує перетворювач для хімічного сенсору, що базується на оцінці зміни маси.

Одним із прикладів винятково чутливого детектору зміни маси є кварцеві мікротерези, в основі роботи яких лежить п’єзоелектричний ефект. Взагалі даний сенсор широко використовують в мас-чутливих сенсорах для широкого кругу аналітів. Вперше п’єзоелектричний ефект детально дослідили П’єр і Жак Кюрі в 1880 р; це явище характерне для кристалів, що не мають центру симетрії як α-кварц. В стані напруження, наприклад, під тиском, кристалічна решітка такого кристалу деформується, і між деформованими поверхнями виникає електричний потенціал. Якщо прикласти електроди до тонкого диску чи пластини кристалу, то в зовнішньому ланцюгу піде струм. На цьому ефекті базується робота п’єзоелектричних хімічних і мас-чутливих сенсорів. Часто ці сенсори називають ще об’ємно-хвильовими, а їх більш складні модифікації – поверхнево-акустичними хвильовими сенсорами.

Фактично дія сенсору базується на накладанні до кристалу змінної різниці потенціалів, що викликає в кристалі механічну вібрацію з характерною резонансною частотою. Резонансна частота залежить від фізичних розмірів кристалу і змінюється, якщо на поверхні кристалу з’являються сторонні речовини. Кристали кварцу, що використовуються в таких сенсорах, зазвичай є пластинками чи дисками діаметром 1 – 1,5 см і товщиною 0,2 мм. Металічні електроди (напр., золоті) з приєднаними виходами ось так закріплюють на поверхні. Кварцевий диск коливається із певною частотою. Коливальну частоту вимірюють частотометром у електричному ланцюзі.

Плівка металу, розташована на поверхні кристалу, викликає зміни коливальної частоти кристалу кварцу; залежність між зміною маси матеріалу, розташованого на поверхні кристалу, і зміною його коливальної частоти описується рівнянням Зауербрея. Ця зміна коливальної частоти еквівалентна такій зміні, яку б викликав би шар кварцу тієї же маси.

где fр – резонансная частота кристалла, m – масса кристаллического покрытия, А – площадь кристалла, k – коэффициент пропорциональности.

Даний метод визначення маси базується на вимірюванні осциляторної частоти кристалу кварцу винятково чутливий. МКВ становить зазвичай близько 10-9 г/Гц, а МВ 10-12 г/Гц. Частоту можна виміряти з дуже хорошою правильністю і відтворюваністю.

П’єзоелектричні кварцеві кристали знайшли застосування при виготовленні хімічних сенсорів, особливо для визначення газів і парів. Окрему групу становлять біосенсори на їх основі. Покриття наносять на кристал кварцу і в залежності від товщини цього покриття досліджуваний газ абсорбують чи адсорбують на поверхню покриття чи всередину його. Покриття можна нанести різноманітними способами: напиленням, зануренням, забарвленням, нанесенням конденсацією з парів. Отримана зміна коливальної частоти кристалу пов’язана з кількістю сорбованого газу. Основна складність при визначенні газів за допомогою п’єзоелектричних кристалів кварцу полягає в низькій селективності, оскільки на сьогодні ще не розроблені покриття, щоб винятково сорбували лише досліджуваний газ.

Використання кварцевих кристалічних мікротерези – аналіз газів, зазвичай напівкількісна оцінка вмісту, дешеві та прості, час відгуку – менше 1 с, регенерація - термодесорбція:

1. сенсор для визначення парів води (моніторинг вологості повітря). Основа – гігроскопічна плівка (силікагель, желатина, полімери). Дешеві та найпоширеніші для цієї цілі.

2. сенсор на діоксин сульфуру (моніторинг у повітрі – кислотні дощі і ураження дихальних шляхів). Покриття – орг.. аміни. Не дуже селективний (заважають оксиди нітрогену).

3. на аміак (стічні води, орг.. відходи). Покриття – аскорбінова кислота. Чутливий (на рівні мкг/л) і не заважають аміни.

4. для визначення парів вуглеводнів. Покриття – величезна кількість (НФ з хроматографії). Селективність – невисока.

5. сірководневий сенсор. Покриття – ацетати срібла, купруму, плюмбуму. Чуливість – на рівні мкг/мл.

6. ртутний сенсор. Покриття – позолочення кварцу.

7. СО. Використовують ртутний сенсор, еквівалентний перерахунок – HgO + CO = Hg + CO2.

8. Сенсор на вибухівку (на моно нітротолуоли – достатньо селективний і чутливий). Покриття – карбовакс 1000. Заважають деякі запахи парфумерної продукції.

9. на фосфор органіку (пестициди, інсектициди). Поверхня – хлориди феруму, купруму, нікелю

Сенсори на поверхневих акустичних хвилях. В більшості нових розробок в області п’єзоелектричних сенсорів використовують пристрої, що називаються сенсорами на поверхневих акустичних хвилях. В основі таких сенсорів той же принцип, що і в випадку об’ємно-хвильових пристроїв, але можливості цих сенсорів розширені за рахунок використання властивостей поверхонь для проходження акустичних хвиль. Мікропроцесорні технології – використання високих резонансних частот (більше 1 гГц); діапазон робочих частот складає 30 МГц – 3 ГГц. Чутливість зростає із збільшенням частоти – межа виявлення порядку фемтограм (10^{-15 г).}

Використання: Термодатчик (температурний коефіцієнт 32 ррм/0С, роздільна здатність 22 ррм/0С, час відгуку 0,3 с, дистанційні вимірювання); Датчик тиску (має масу < 1 г, роздільна здатність 0,73 фунти на квадратний дюйм); Датчик обертального моменту; Датчик маси (промислові приміщення, моніторинг якості повітря); Датчик конденсації/вологості (роздільна здатність ± 0.025°C, основа – гігроскопічне покриття, діапазон вимірювань 0 – 100 % з похибкою до 5 %, МВ 1.4 ppm/%); Біосенсори (для аналізу рідин)

Покриття на хімічних сенсорах можна поділити на 2 типи – гетероциклічні та полімерні. Гетероциклічні працюють по принципу гість-хазяїн і селективність обумовлена розміром і структурою порожнини хазяїна і молекули-гостя і правильно направленими донорними атомами. Іммобілізуючи гетеро цикли на кварці, можна отримати високо селективні плівки, що забезпечать дуже високу чутливість для певного аналізу. Недоліки – для обмеженого кола аналітів, які потрібно визначати експериментально. Молекулярно-імпринтовані полімери завдяки особливій схемі синтезу на поверхні, мають у структурі мікропорожними, що відповідають структурі аналізу. Перевага – синтезуються під конкретну речовину, а не підбираються методом спроб і невдач.

Великі можливості мають п’єзокристалічні імуносенсори з іммобілізованими на поверхні п’єзокристалу біохімічними реагентами – антитілами чи ферментами. Їх використовують для визначення пестицидів, лікарських та наркотичних засобів, вірусів.

Висновки:

1. Компактні (мікропроцесорні технології).

2. Можлива самокалібровка.

3. Швидкий відгук (0,1 – 0,3 с).

4. Автоматизація – компактні пристрої.

5. Можливий безконтактний аналіз.

6. Регенерація термодесорбцією, використання – багаторазове (вже непридатне покриття можна зняти і нанести нове).

7. Дешевими є SAW-сенсори, отримані по мікропроцесорних технологіях, автоматизовані пристрої (типу «електронний ніс») є дорогими.

8. Можливий on-site аналіз.

9. Висока селективність забезпечується природою чутливого покриття.

10. SAW-сенсори є дуже чутливими (межа виявлення порядку фемтограм (10-15 г)).

11. Кількісний аналіз (похибка не більше 5 %, в більшості в межах 0,5 – 2 %).

12. Можливі дистанційні вимірювання.

22. Калориметричні сенсори. Термістори, пеллістори, катарометри. Характеристика та області застосування. Переваги і недоліки.

Вимірювання теплоти реакції лежить в основі калориметрії і калориметричних сенсорів. Перетворювач цих сенсорів реагує на зміну температури при проходженні хімічної реакції. Прості, дешеві, комерційно доступні. Виділяють 3 види:

1. сенсори, в яких як перетворювач, що реагує на теплоту реакції, яка відбувається на його поверхні, використовують температурні датчики – термістори. Є дуже чутливими приладами для вимірювання температури. В основі – явище зменшення електричного опору (4-7 % / ⁰С) сплавлених при високій Т оксидів металів (кальцій чи барій та перехідний метал). Має вигляд кульки. Опір вимірюють мостом Уінстона. Елемент порівняння – інший термістор (двоканальні). Селективність досягається селективністю хімічної реакції, що відбувається на поверхні сенсору. Немодифіковані сенсори мають низьку селективність (електронні термометри, запобіжники, сигналізації, термостати), можуть виготовлятись по планарних технологіях (типу польовий транзистор). Ферментативні реакції – високо селективні і супроводжуються значним тепловим ефектом. Модифіковані термістори використовують як детектори в таких реакціях. Перевага – можна використовувати в мутних і сильно забарвлених розчинах. Найбільш вивчені сенсори на глюкозу (чутливість до 2 мМ) і сечовину (менш чутливий). Мініатюрні термістори із іммобілізованими ферментами можна помістити в проточну аналітичну систему.

2. каталітичні сенсори, що використовуються для визначення горючих газів і парів – пеллістори. Вже існують кишенькові варіанти, чутливість яких складає 1 – 5 об. %. Принцип дії – контрольоване спалювання горючого газу в повітрі і вимірювання кількості тепла, що при цьому виділяється (досить чутливо для метану). Але платинова дротинка (чи спіраль), на якій все горить, може забруднюватись. Для пришвидшення горіння і зменшення його Т використовують каталізатори. При збільшенні Т опір дротинки зростає, що і лежить в основі вимірювання. Каталізатор (порошок паладію) значно збільшує ефективність пеллістору. Його або наносять на керамічний захисний шар на платині, або імпрегнують в пористу матрицю (алюміній) Отрутами для цих сенсорів є (це виликий недолік) хлор- і сірковмісна органіка, пари багатьох домішок в нафтопродуктах, тому перед сенсором часто ставлять фільтр із активованого вугілля. Має вигляд кульки. Опір вимірюють мостом Уінстона. Елемент порівняння – інший пеллістор (двоканальні). Селективність досягається природою каталізатора (невелика). Можна отримати напівкількісну оцінку вмісту і поставити сигналізацію при перевищенні вмісту горючих чи вибухо небезпечних речовин в повітрі.

3. сенсори теплопровідності реагують на зміну теплопровідності в присутності будь-якого газу (детектор в ГХ – ДТП). Неселективний. Дія не пов’язана із протіканням хімічних реакцій. Принцип дії – нагрівання вольфрамової нитки і вплив на її температуру природи і концентрації оточуючого газу. Зміну Т нитки фіксують по зміні опору. Опір вимірюють мостом Уінстона. Для порівняння використовують в тих же умовах іншу розжарену дротинку, але вона омивається лише інертним газом. Використовують, коли вміст горючих газів відносно високий (чутливість ДТП на рівні 10-4 моль/л). Крім ГХ, використовують в медицині для моніторингу вмісту горючих газів в інертному середовищі (контроль суміші для наркозу).

23. Системи сенсорів, мікро-чіпи; електронний ніс та електронний язик.

Комерційне виробництво сенсорів стимулюється потребою в дешевих і надійних сенсорах, що вже є самовідкаліброваними і простими у використанні.

Хімічні сенсори, виготовлені зі використання мікроелектродних технологій, називають планарними сенсорами або ж мікро-чіпами. Планарні технології – метод чорнильного друку: надруковані пластини, покриті чутливою мембраною, можна розрізати і створити одноразові дешеві плоскі сенсори (електроди, оптоди). Для їх виробництва можна використовувати плівкові чи інтегрувальні технології. Можна отримувати планарні сенсори і методом трафаретного друку (мікролітографії, складніший) – на підложку (кремній, кераміка, алюміній) наносять чутливе покриття (метали чи полімери) пошарово через трафарет (сенсор на глюкозу = глюкозооксидоза + фероцен, амперометрія). Це так звана лабораторія-на-чіпі. Можна також об’єднати електронний сенсор із перетворювачем в загальний блок і створити інтелектуальні (smart, здатні до адаптації) сенсори. Можна випускати сенсори дуже малого розміру, наприклад, для досліджень in vivo. Дуже поширений даний підхід в виробництві польових транзисторів.

Інший тип сенсорів є масивом із великої кількості хімічних сенсорів, з’єднаних між собою (мультисенсорні системи, sensor arrays). Час відгуку окремого сенсору складає долі секунди, повний аналіз із використанням відносно повільних біосенсорів – до 10 хв. Найпоширенішими комерційно доступними варіантами таких мультисенсорів є електронний ніс і язик (обробка інформації – метод нейронних сіток, від грубої оцінки до точного вмісту). Недолік – висока і навіть дуже висока вартість. Зазвичай згруповують сенсори якоїсь однієї підгрупи – електрохімічні, оптичні чи мас-чутливі на поверхневих акустичних хвилях, біосенсори. Залежно від типу використовуваних сенсорів змінюється і чутливість. Є частиною розробок по штучному інтелекту.

Електронний ніс – мультисенсорна система розпізнавання газових сумішей. Імітує нюхову систему сприйняття. Призначення: для аналізу газових сумішей органічних речовин, алкогольних та безалкогольних напоїв, парфумів, токсичних домішок у повітрі (зокрема ацетон, толуол, аміак, сукцинонітрил та ін.), встановлення присутності наркотичних чи вибухонебезпечних речовин. За допомогою такого пристрою можна отримати так званий «відбиток пальця» газу. Потім, використовуючи програми розпізнавання зразків і бібліотеку відгуків матричних сенсорів, можна ідентифікувати газ чи комбінацію газів. Області застосування: контрольні санітарні служби, моніторинг навколишнього середовища, харчова та лікеро-горілчана промисловості.

Електронний язик - мультисенсорна система розпізнавання рідких сумішей. Аналогічно фіксується «відбиток» рідини. Імітує смакову систему сприйняття. Визначає не лише хімічний склад, а й смакові характеристики рідини, оскільки, наприклад, вміє відрізнити природню мінеральну воду від штучної. Розрізняє різні за будовою білки, ліпіди та біологічно активні речовини. Використовується в контрольних санітарних службах, моніторинг навколишнього середовища, харчова та лікеро-горілчана промисловості.

24. Поняття про магнітні сенсори та області їх застосування.

При переході речовини у наностан дуже різко змінюються її магнітні властивості, внаслідок чого магнітні наночастинки мають феро- та супермагнітні властивості. Суперпарамагнетики магнітні лише при накладанні поля, феромагнетики мають постійний середній магнітний момент та більш сильні магнітні властивості. Це використовується в медичних цілях, що пов’язано з можливостями дистантного керування ними (адресна доставка ліків) та конструкціями на їх основі при накладанні зовнішнього магнітного поля. Зараз синтезовано багато магнітних наночастинок: на основі металів Co, Fe, Ni, оксидів заліза, ферритів MgFe₂O₄, СoFe₂O₄, MnFe₂O₄, LiFe₅O₈, а також СoPt, FePt, MnAl, SmCo₅, Fe₁₄Nd₂B. Сьогодні широко застосовують у біомедицині наночастинки оксиду заліза, що обумовлено їх низькою токсичністю та стабільністю магнітних характеристик. Найбільш розповсюджені покриття – декстрин, крохмаль, полі етиленгліколь, гепарин та вищі карбонові кислоти. Це є захист від агрегації, окислення, корозії. Покриття може відігравати роль спейсера для приєднання фармацевтичних агентів чи біомолекул до магнітного носія. Завдяки покриттю можна модифікувати поверхню наночастинки різними функціональними групами – азидо-, аміно-, карбоксильними, сульфгідрильними, гідроксильними, імідними, що дозволяє утворювати ковалентний зв'язок. Додаткова функція покриття – це підвищення біосумісності.

схема стабілізації наночастинки магнетита поліакриловою кислотою.

Важливо відмітити, що імобілізація на поверхні наночастинки призводить до стабілізації біомолекул та слугує захистом від деградації під дією різних факторів. Існують слідуючі основні області біомедичного застосування магнітних наночастинок:

1. Діагностика (in vivo), терапіята інструменти дослідження (біосенсори, маркери біомолекул, біосепарація та пробопідготовка, дослідження молекулярних взаємодій).

2. Адресна терапевтична взаємодія (цільова доставка терапевтичних молекул, керована локальна гіпертермія пухлин: магнітні наночастинки відповідають резонансом на зміну зовнішнього магнітного поля з передачею енергії наночастинкам, тобто енергія магнітного поля переходить у внутрішню енергію наночастинок, що супроводжується їх нагріванням. Властивість індуктивного нагрівання наночастинок дозволило розробити методику їх використання для гіпертермічного розкладу кліток пухлин).

3. Розробка біологічних тканин.

Застосування магнітних наночастинок розвивається в біології та медицині (при лікуванні раку), а також для збереження та запису інформації та в інших областях науки та техніки.

Використання магнітних наночастинок при каталізі реакцій:

Вимірювання магнітних полей у діапазоні фемтотесла (фТл, 10^-15Тл) важливі для магнітометрії, квантових розрахунків, ЯМР у твердих тілах, магнітоенцефалографії. Дослідження активності мозку проводиться магнітно-резонансним (MRI) та магнітно-енцефалографічним (MEG) методами.

Оптичні хімічні сенсори – класифікація та області їх застосування. Переваги і недоліки.

Оптичний сенсор(Волоконно-оптичний датчик) — пристрій, який використовує оптичне волокно у якості чутливого елемента, або у якості засобу ретрансляції сигналів від віддаленого датчика до електронного блоку, який обробляє сигнали.

Залежновід типу оптичнихсенсорів у них вимірюють:

· світловбирання(флуоресцентні(біосенсори)),

· абсорбцію світла (спектрофотометричні фотометричні(на неорганічні сполуки))

· люмінесценцію(хемілюмінесцентнісенсори(на хімічні сполуки).

Області довжин хвиль вимірювань(ще один поділ на типи):

• УФ

• Видима область

• ІК

Застосування(12. Області застосування оптичних сенсорів):

• Медицина(контроль вмісту глюкози, лактату)

• моніторинг навколишнього середовища в реальному часі

• аналітичні лабораторії

• фармацевтика

• визначення вмісту рідин та газів

• для визначення вибухових речовин

• сигналізація

• мікроскопи

• світлова реклама

Переваги:

• Висока точність

• Відсутність електроду порівняння

• На роботу сенсору не впливають електрохімічні шуми

• Розміри можуть бути мініатюрними

• Можливість проведення дистанційного аналізу

Недоліки:

• Вимивання реагенту з підложки

• Залежність чутливості методу від константи екстракції (для потенціометрії рівновага встановлюється на межі поділу фаз

• Проблема регенарації за умов утворення дуже міцного комплексу визначуваного компоненту з реагентом

• Недостатня селективність

7. Оптичні волокна, оптоди. Особливості застосування волоконної оптики в хімічних сенсорах.

Оптичне волокно(ОВ) це технічний виріб, що складається з оптичного світловоду і захисних покриттів та маркуючої кольорової оболонки.Оптичнийсвітловод - є фізичнимсередовищемтранспортуванняоптичного сигналу і складаєтьсяізсерцевини та оболонки.У волоконнооптичних сенсорах (ВОС) на торцісвітловодазакріплюєтьсяреагентвміщуюча фаза (РВФ). Характеристика матеріалусвітловодавизначаєоптичнийдіапазон івідповідноаналітичніможливостівсього пристрою. Якщооптичневолокновиготовлене з кварцу, то такийоптродпрацює в широкійобластіспектра, включаючиультрафіолетовуйогочастинуОптосенсориможуть бути оборотними і необоротними. Сенсороборотний, якщо РВФ не руйнується при їївзаємодії з обумовленоюречовиною. Якщочастина реагенту споживається в ходівизначення,сенсор працюєнеоборотно.

Тому важливим в хімічних сенсорах є те щоаналітичний сигнал повязаний зоборотнім знебарвленнямплівкичуттєвого шару, тобтозниженнямйогооптичноїгустиниабо іншого вимірюваного параметру(для люмінесценції,флуорисценції)

8. Оптичні хвильоводи. Планарні оптичні сенсори. Сенсори на основі еванесцентних (затухаючих) хвиль. Особливості застосування в аналізі.

Оптичнийхвилевід системакритихоптичнихканалівпередачі на великівідстані, причому по криволінійнійтраєкторії. В плоскому хвилеводі розповсюджуються два типи хвиль, а саме ТЕ (поперечні електричні) хвилі і ТМ (поперечні магнітні) хвилі. З точки зору оптики поляризаційних уявлень перші відповідають S-компоненті електромагнітної хвилі, а другі P-компоненті. Якщо плоский хвилевід не металізований, то розповсюдження ТЕ і ТМ мод в ньому відбувається за рахунок повного внутрішнього відбивання. При цьому, як відомо, енергія електромагнітної хвилі.

Планарніоптоди на основі еванесцентних (затухаючих) хвиль.

Загасання — цезменшенняінтенсивностісвітловихпроменів у волосках відносновідстанніперетнутої ними у середовищіпередачі. Коефіцієнтзагасання в оптоволокнізазвичайвикористовується в одиницяхdB/km, завдячуючивідносновисокійпрозоростісучасногооптичногомедіуму. Як правило, ним виступаєкварцовийсклянийсвітловод, щоутримуєзахопленепроміння у границяхсвогофізичноготіла.

Хвилі короткодіючі. Можна зафіксувати до 10нм у видимому спектрі.Більш точні, малодослідженні.(нажаль можливе пояснення лише картинками)