پژوهشگاه علوم غدد و متابولیسم

صفحات سایت / گروه اصلی

   ۱۳۹۸/۰۴/۱۹

سنسورهای شیمیایی

دنیای سنسورها بسیار گسترده و وسیع می باشد. علوم مختلف مهندسی، شیمی و فیزیک هریک در یکی از زمینه های علوم سنسورها فعالیت می نمایند. سنسورها در بخش مهندسی بیشتر به صورت فیزیکی عمل می کنند و تغییر حالتی فیزیکی موجب تولید سیگنال می شود.

سنسورهای شیمیایی

دنیای سنسورها بسیار گسترده و وسیع می باشد. علوم مختلف مهندسی، شیمی و فیزیک هریک در یکی از زمینه های علوم سنسورها فعالیت می نمایند. سنسورها در بخش مهندسی بیشتر به صورت فیزیکی عمل می کنند و تغییر حالتی فیزیکی موجب تولید سیگنال می شود. یکی از زیر رشته های مهم و کاربردی علم شیمی تجزیه طراحی سنسورهای شیمیایی می باشد. امروزه طراحي و ساخت ميكرو و نانوسنسورهایی با حساسيت، صحت و انتخابگري مناسب برای اندازه گیری و دنبال کردن آنالیت در محیطهای صنعتی تا بیولوژیکی موضوع تحقیقات بسیاری از دانشمندان علوم شیمی تجزیه گشته است. استفاده از سنسورها به خاطر نحوه عمل ساده، اندازه گيري سريع و دور از تاثير عوامل مزاحم موجود در نمونه مورد اندازه گيري، عدم تخریب نمونه حین آنالیز و فراهم ساختن امکان ردیابی گونه در محیط واکنش بسيار مطلوب مي باشند. امروزه در بسیاری از آزمایشگاههای تشخیص طبی تا آزمایشگاههای تحقیقاتی و حتی در منازل بیماران از سنسورهای شیمیایی به اشکال مختلف استفاده می شود. يك سنسور يا حسگر شيميايي وسيله اي است كه اطلاعات پيوسته اي را در مورد خواص شيميايي محيط اطرافش در اختيار ميگذارد. يك سنسور شيميايي پاسخ خاصي را كه بطور مستقيم با كميت گونه شيميايي بخصوصي مربوط است، توليد مي كند. سنسورهاي شيميايي داراي يك عنصر انتقال دهنده علائم پوشيده از يك لايه شناساگر شيميايي يا زيستي مي باشند. اين لايه با تركيب آزمايشي موردنظر وارد واكنش مي شود و تغييرات شيميايي بوجود آمده از اين برهمكنش را توسط عنصر انتفال دهنده به علائم الكتريكي تبديل مي كند. سنسورهاي شيميايي به چهار دسته تقسيم مي شوند:

  • سنسورهاي الكتريكي
  • سنسورهاي نوري
  • سنسورهاي گرمايي
  • سنسورهاي جرمي
  • سنسورهاي الكتروشيميايي

سنسورهاي الكتريكي يا الكتروشيميايي زير شاخه مهمي از سنسورهاي شيميايي را بوجود مي آورند كه در آنها الكترودي به عنوان عنصر انتقال دهنده علائم مورداستفاده قرار مي گيرد. اين ابزارها طوري طراحي مي شوند كه مي توانند به گونه دريكي از فازهاي جامد، مايع و گاز پاسخ دهند. چنين ابزارهايي در حال حاضر از موقعيت برجسته اي در ميان سنسورهاي موجود برخوردارند و به مرحله تجاري رسيده و گستره وسيعي از كاربردهاي مهم در زمينه تجزيه هاي باليني، صنعتي، زيست محيطي ،كشاورزي و دتكتورهاي كروماتوگرافي مايع باكارايي بالا و كاپيلاري الكتروفورز را پيدا كرده است. سنسورهاي الكتروشيميايي به سه دسته تقسيم مي شوند:

  • سنسورهاي پتانسيومتري
  • سنسورهاي آمپرومتري
  • سنسورهاي هدايت سنجي

سنسورهاي پتانسيومتري گسترده ترين گروه سنسورهاي الكتروشيميايي هستند. آنها ابزاري هستند كه پتانسيل خوانده شده توسط آنها به طور خطي با لگاريتم فعاليت يون مورد اندازه گيري در محلول رابطه دارد. اين دسته از سنسورها بسيار ارزان و ساده مي باشند و از اوايل دهه1930بطور كاربردي مورد استفاده قرار گرفتند. اين سنسورها به چهارگروه تقسيم مي شوند كه هريك مكانيسم عمل متفاوتي دارند:

  • الكترودهاي يون گزين(ISE)
  • الكترودهاي سيم روكش دار (CWE)
  • الكترودهاي حالت جامد
  • ترانزيستور با اثر ميدان (FET)

الكترودهاي يون گزين ياISEs مهمترين و كاربردي ترين گروه از اين دسته هستند كه در ادامه مورد بررسي قرار مي گيرند. الكترودهاي سيم روكش دار، از روكش دادن مستقيم يك لايه پليمري مناسب حاوي ماده فعال برروي يك هادي تهيه مي شوند. هادي مي تواند فلزاتي نظير پلاتين، طلا، مس يا ميله گرافيت باشد. حذف محلول داخلي باعث ايجاد مزاياي جديدي گشته است. ترانزيستور با اثرميدان يك ابزار جامد است كه امپدانس ورودي بالا و امپدانس خروجي پايين از خود نشان مي دهد بنابراين قادر است از پيدايش بار در روي غشاء حس كننده يون آگاهي دهد. سنسورهاي آمپرومتري که اغلب بیوسنسورها یا زیست حسگرها زیر مجموعه این دسته هستند، همانطور كه از نامشان پيداست شامل اندازه گيريهاي آمپرومتري هستند كه بوسيله ثبت جريان عبوري از پيل در يك پتانسيل اعمال شده انجام مي شود. سنسورهاي هدايت سنجي متكي هستند به تغييرات هدايت الكتريكي يك فيلم يا يك حجم از ماده كه هدايتش تحت تاثيرگونه مورد تجزيه مي باشد. در واقع سنسور هدايت گونه مورد تجزيه را انداره گيري مي كند.