Подпись к рисунку:

Схема и принцип работы химического сенсора.

С целью повышения селективности перед химически чувствительным слоем может дополнительно помещаться полупроницаемая мембрана, способная задерживать некоторые компоненты. Иногда преобразование энергии химического взаимодействия в аналитический сигнал происходит непосредственно в самом датчике (например, в случае потенциометрических сенсоров).

В зависимости от типа аналитического сигнала ХС подразделяются на: электрохимические (наибольшее распространение получили потенциометрические и амперометрические); оптические (спектрофотометрические и люминесцентные); электрические (полупроводники на основе оксидов металлов, органические полупроводники, ионоселективные полевые транзисторы (ИСПТ)); чувствительные к изменению массы (пьезоэлектрические) и др. В случае электрохимических сенсоров источником сигнала являются превращения, протекающие в миниатюрных гальванических или электролитических ячейках, приводящие к изменению ЭДС ячейки или силы тока. Действие оптических сенсоров основано на изменении оптических свойств (поглощения или отражения света, интенсивности люминесценции) специально подобранной фазы в результате ее избирательного взаимодействия с определяемым компонентом. В ИСПТ потенциал, возникающий на поверхности ионоселективной мембраны, нанесенной на слой диэлектрика, вызывает изменение электрического поля в поверхностном слое полупроводника и как результат – изменение силы тока в транзисторе. Действие пьезоэлектрических сенсоров основано на линейной зависимости между изменением частоты колебаний пьезорезонатора и массой определяемого компонента, селективно адсорбированного на поверхности датчика.

ХС миниатюрны, дешевы, некоторые из них могут быть изготовлены по планарным техно-логиям, например, методом трафаретной печати (с использованием программ компьютерной графики можно создать матрицу документа, представляющую собой чертеж ХС, и напечатать на листе формата А4 несколько сот таких сенсоров). Разработаны ХС для определения как ионных так и молекулярных компонентов, для анализа как жидких так и газообразных сред. Использование сенсорных анализаторов на основе ХС в анализе, как правило, не требует пробоподготовки и позволяет получать информацию об изменении состава и/или свойств анализируемых объектов в режиме реального времени и без непосредственного участия оператора. Поэтому они находят ши-рокое применение для мониторинга, в том числе, дистанционного.

Использование наборов различных сенсоров, объединенных в одном измерительном устройстве, с последующей обработкой сигналов методами распознавания образов, например, методом искусственных нейронных сетей позволило создать интеллектуальные мультисенсорные системы, пригодные для распознавания, идентификации газовых и жидких сред, а в ряде случаев и для количественного покомпонентного анализа. Такие системы получили названия «электронный нос» и «электронный язык», что подчеркивает аналогию с процессом распознавания образов с помощью сенсоров запаха и вкуса в живых организмах. В отличие от биологических органов чувств, электронные способны работать в любых средах, в том числе смертельно опасных для живых организмов, причем электронные языки многократно превосходят биологические по чувствительности и пределам обнаружения. Использование в качестве распознающего слоя биоматериалов: ферментов, антител, антигенов, фрагментов ДНК, микроорганизмов, биологических мембран позволяет получить биосенсоры, отличающиеся очень высокой специфичностью и представляющие большой интерес для контроля биотехнологических процессов, анализа продуктов питания и в особенности в медицинской диагностике. Наиболее известный из сенсоров такого типа – сенсор для определения глюкозы. Еще одной тенденцией в разработке химических сенсоров является их миниатюризация, приведшая к созданию микро- и наносенсоров, «лабораторий-на-чипах» (Lab-on-chip), сенсоров на основе единичных наночастиц, позволяющих детектировать ультрамалые (10^-15г и ниже) количества веществ.

Содержание

Физико-химические методы анализа – важнейший раздел современной аналитической химии ………………………………………………..стр.1

Аналитическая химия ………………………………………………..стр.1

Аналитический сигнал………………………………………………..стр.2

Аналит…………………………………………………………………..стр.2

Метод анализа………………………………………………………….стр.2

Методика анализа……………………………………………………..стр.2

Электрохимические методы анализа……………………………….стр.2

Электрохимическая ячейка…………………………………………. стр.2

Электрод………………………………………………………… ..……стр.3

Межфазовый потенциал (гальвани-потенциал)…………………..стр.3

Двойной электрический слой………………………………………..стр.3

Внутренний потенциал фазы…………………………………………стр.4

Условие Гуггенгейма………………………………………………….стр.4

Электрохимический потенциал……………………………………...стр.4

Уравнение Нернста для мембранных электродов…………………стр.5

Электродный потенциал………………………………………………стр.5

Равновесный потенциал…………………… …………………………стр.5

Стационарный потенциал…………………………………………….стр.5

Смешанный потенциал………………………………………………..стр.5

Токи обмена……………………………………………………………..стр.5

Плотность тока обмена………………………………………………...стр.6

Электрохимическая реакция………………………………………….стр.6

Электродная реакция (полуреакция)………………………………..стр.6

Межфазовая область……………………………………………………стр.6

Поляризация……………………………………………………………..стр.7

Перенапряжение…………………………………………………………стр.7

Уравнение Тафеля………………………………………………………стр.7

Поляризационные кривые…………………………………………….стр.7

Идеально поляризуемые и деально неполяризуемые электроды..стр.8

Окно потенциалов……………………………………………………….стр.8

Обратимость электродных реакций………………………………….стр.8

Уравнение Нернста………………………………………………………стр.8

Индикаторный (измерительный, рабочий) электрод……………....стр.9

Электрод сравнения……………………………………………………..стр.9

Конвенция об э.д.с. и электродных потенциалах……………………стр.9

Потенциометрия……………………………………………………стр.10, 87

Электрод первого рода………………………………………………….стр.10

Электрод второго рода………………………………………………….стр.11

Электрод третьего рода…………………………………………………стр.12

Окислительно-восстановительные электроды………………………стр.13

Мембранные (ионоселективные) электроды…………………………стр.14

Потенциал распределения………………………………………………стр.15

Жидкие ионообменники…………………………………………………стр.17

_{Нейтральные переносчики (ионофоры)………………………………стр.18}

Мембранный потенциал…………………………………………………стр.20

_{Диффузионный потенциал………………………………………………стр.21}

_{Формула Гендерсона……………………………………………………..стр.21}

_{Селективность ИСЭ………………………………………………………стр.22}

Потенциометрический коэффициент селективности………………..стр.22

_{Уравнение Никольского………………………………………………...стр.22}

_{Уравнение Эйзенмана-Никольского…………………………………..стр.23}

_{Расширенное уравнение Эйзенмана-Никольского………………….стр.25}

_{Стандартный потенциал………………………………………………..стр.26}

_{Электродная функция…………………………………………………...стр.27}

_{БРУИС (БРОИС)…………………………………………………………стр.27}

_{Наклон электродной функции…………………………………………стр.27}

_{Линейный диапазон функционирования…………………………….стр.27}

_{Нижний предел обнаружения (НПО)………………………………….стр.28}

_{Верхний предел обнаружения (ВПО)………………………………….стр.30}

_{Экспериментальное определение коэффициентов селективности…стр.31}

_{Истинный коэффициент селективности……………………………….стр.32}

_{Электроды на основе нейтральных переносчиков………………….стр.33}

_{Электроды с мембранами на основе труднорастворимых кристаллических осадков……………………………………………….стр.36}

_{Электроды на основе смешанных осадков Ag2S + MeS…………….стр.42}

_{Стеклянный электрод для определения рН………………………….стр.43}

_{Стеклянные электроды для определения ионов металлов………..стр.44}

_{Газовые селективные электроды……………………………………...стр.45}

_{Ферментные электроды…………………………………………………стр.46}

_{Ионоселективные полевые транзисторы (ИСПТ)…………………..стр.47}

_{Вторичные электроды сравнения……………………………………..стр.48}

_{Каломельный электрод…………………………………………………стр.50}

_{Хлорид-серебряный электрод………………………………………….стр.50}

_{Метод прямой потенциометрии………………………………………..стр.51}

_{Метод градуировочного графика……………………………………..стр.51}

_{Метод ограничивающих растворов…………………………………..стр.52}

_{Метод стандартного раствора…………………………………………стр.52}

_{Методы добавок………………………………………………………….стр.53}

_{Метод ординарных добавок……………………………………………стр.53}

_{Метод двойных добавок……………………………………………..…стр.55}

_{Метод добавок с последующим разбавлением……………………...стр.56}

_{Метод Грана……………………………………………………………...стр.56}

_{Основные источники погрешностей прямого потенциометрического метода и пути их минимизации………………………………………..стр.57}

_{Регенерация электродов…………………………………………………стр.61}

Методы потенциометрического титрования…………………………стр.62

Кислотно-основное потенциометрическое титрование……………..стр.62

Протяженность шкалы кислотности растворителя…………………стр.66

_{Осадительное потенциометрическое титрование……………………стр.73}

_{Комплексометрическое потенциометрическое титрование………..стр.76}

Окислительно-восстановительное потенциометрическое

титрование…………………………………………………………………стр.78

Формальные потенциалы полуреакций……………………………...стр.79

_{Методы установления точки эквивалентности………………………стр.84}

_{Автоматическое потенциометрическое титрование…………………стр.84}

Проточно-инжекционный анализ (ПИА)…………………………….стр.85

Химические сенсоры……………………………………………………..стр.88

_{ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЯ}

_{Полярографическая волна}

_{Предельный диффузионный ток}

_{Конденсаторный ток}

_{Миграционный ток}

_{Потенциал полуволны}

_{Уравнение Ильковича}

_{Уравнение Гейровского-Ильковича}

_{Принципы изменения соотношения фарадеевского и конденсаторного тока}

_{Неклассические варианты вольтамперометрии}

_{Вольтамперометрия с твердыми электродами}

_{Инверсионная}

_{КУЛОНОМЕТРИЯ}

_{Объединенный закон Фарадея}

_{Гальваностатическая кулонометрия}

_{Потенциостатическая кулонометрия}

_{Кулонометрическое титрование}

_{КОНДУКТОМЕТРИЯ}

_{Удельная электропроводность _ аналитический сигнал}

_{АМПЕРОМЕТРИЧЕСКОЕ ТИТРОВАНИЕ}

_{КАПИЛЛЯРНЫЙ ЭЛЕКТРОФОРЕЗ}

_{Электромиграция и электроосмотический поток}

116