2 . Історія

Історія людських потреб в зондуванні хімічних речовин є багатою і різноманітною. Одним з перших прикладів розумного використання тваринного світу для моніторингу якості повітря є використання шахтарської канарки [6] (див. рис. 1a). Раніше шахтарі часто працювали в небезпечних умовах без сучасних систем вентиляції. Сотні років шахтарі працювали пліч-о-пліч з канаркою в клітці, щоб вона попереджала їх про небезпечні умови навколишнього середовища. Канарки є більш чутливими, ніж люди до низьких рівнів метану, окису вуглецю і кисню, які можуть виникати при руйнуванні тунелю і звільнення захоплених в кармани газів. Поки канарка жила, шахтар знав, що система подачі повітря в безпеці. Мертві канарки попереджали шахтарів про потенційно небезпечні ситуації. У сучасних шахтах, канарки були замінені різними типами особистих портативних систем обладнання газового моніторингу [7].

Рис. 1. Шахтар з канаркою в клітці (а). Митна служба, детектор наркотиків - собака (b)

З доісторичних часів собаки використовувалися для пошуку і вистежування. Сьогодні

навчені собаки використовуються для пошуку вибухових речовин та наркотиків в аеропортах та в інших громадських місцях (рис. 1b). Непропорційно велика частина мозку собаки в порівнянні з людським мозком регулює нюх. У результаті собаки демонстрували здатність розрізняти деякі запахи при концентраціях на 8 порядків нижче, ніж люди. Тому собаки були одомашнені 30000 років тому [8], і людина часто використовує собачий нюх для своїх потреб. В даний час хімічні датчики вийшли за рамки тваринного світу, знайшли широке застосування і перетворилися на великий бізнес.

3. Характеристики хімічних датчиків

Більшість хімічних датчиків можна описати за допомогою критеріїв і характеристик загальних для всіх датчиків, таких як стабільність, повторюваність, лінійність, гістерезис, насичуваність, час відгуку і діапазон (див. гл. 2), але дві їх характеристики є унікальними і значущими, так як використовуються для хімічного виявлення. Оскільки хімічні датчики використовуються як для ідентифікації речовин, так і кількісного їх вимірювання, вони повинні бути як селективними, так і чутливими до бажаного компоненту в суміші хімічних сполук. Селективність описує ступінь, з якою датчик реагує тільки на бажану компоненту, практично без перешкод від речовин, що заважають. Таким чином, одним з найбільш важливих параметрів в оцінці роботи хімічного датчика є його селективність. Чутливість, або роздільна здатність, описує мінімально вимірювану величину концентрації, яка може бути успішно і відтворено сприйнята пристроєм. На Рис. 2 і 3 наведено типовий набір даних, що використовується для визначення чутливості датчика і його селективності. Зверніть увагу, що для датчиків, описаних у попередніх розділах, термін «чутливість» часто використовується як синонім «кута нахилу», коли функція перетворення датчика є лінійною. Для хімічних датчиків чутливість є синонімом роздільної здатності.

Рис. 2. Реакція датчика на основі метал-оксидного напівпровідника на збільшення і зменшення концентрації етанолу