Принципы работы и устройства химических сенсоров. Исследование природы и строения поверхностных комплексов. Проведение кинетических измерений. Волоконно-оптические и оптические сенсоры. Общая методология исследования механизмов с помощью ИК спектроскопии.
Аннотация к работе
Химические сенсоры могут работать на принципах химических реакций, когда аналитический сигнал возникает вследствие химического взаимодействия определяемого компонента с чувствительным слоем, или на физических принципах, когда измеряется физический параметр (поглощение или отражение света, масса, проводимость). Сенсор обратим, если реагент содержащая фаза не разрушается при ее взаимодействии с определяемым веществом. Согласно первому закону, если среда однородна и ее слой толщиной l перпендикулярен монохроматическому световому потоку с интенсивностью I0, то интенсивность I прошедшего света определяется по формуле: В формуле (2) - коэффициент поглощения, который для данного вещества зависит от длины волны ? падающего монохроматического излучения. Если оба закона выполняются, то справедлив объединенный закон Бугера-Ламберта-Бэра: В случае изменения концентрации исследуемого вещества вдоль пути распространения светового излучения, в расчетах используется закон Бугера-Ламберта-Бэра в интегральной форме [18]: где P и P0 - мощность светового излучения на выходе сенсорной ячейки в присутствии и отсутствии исследуемого вещества, соответственно; L - толщина слоя исследуемой среды (соответствует, например, длине сенсорной ячейки); - распределение концентрации определяемого вещества вдоль оси z (вдоль которой распространяется лазерное излучение). Для исследования тонких пленок используется метод нарушенного полного внутреннего отражения, основанного на отражении, например, ИК-излучения на границе двух сред, находящихся в оптическом контакте (на расстоянии порядка действия молекулярных сил).· Сенсорные технологии играют, и будут играть в будущем важнейшую роль в различных областях жизни.Существующий в последние годы и все возрастающий интерес к разработке и использованию оптических химических сенсоров связан со следующими их наиболее важными преимуществами: · высокая чувствительность; · способность передавать аналитический сигнал без искажения на большие расстояния (например, по оптоволокну); Основными недостатками оптических химических сенсоров являются: достаточно высокая, хотя и селективная чувствительность к световым помехам, а также определенная подверженность влиянию температуры (в случае использования полупроводников при изготовлении сенсора). Установлено, что при использовании высоко устойчивой миниатюрной электронной схемы сравнения на основе прецизионных операционных усилителей и компьютерной регистрации и обработке данных измерений интегрально-оптический химический сенсор демонстрирует хорошие метрологические характеристики. Датчики на основе интегрально-оптических волноводов могут найти применение, например, в системах контроля качества воздуха.