रासायनिक सेंसर: संरचना, सर्किट, कार्य, प्रकार, बनाम बायोसेंसर और इसके अनुप्रयोग

आदर्श रसायन सेंसर पोर्टेबल, सस्ते और अचूक उपकरण हैं जो किसी भी आवश्यक विश्लेषण एकाग्रता पर मापने योग्य आउटपुट सिग्नल उत्पन्न करने के लिए किसी भी पसंदीदा माध्यम में किसी विशेष विश्लेषण के लिए आदर्श और त्वरित चयनात्मकता के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। आम तौर पर, ये सेंसर उपकरण (या) उपकरण होते हैं जो एकाग्रता, पता लगाने योग्य उपस्थिति (या) विश्लेषण मात्रा तय करते हैं। रासायनिक सेंसर की अनुप्रयोग जटिलता इन निर्धारणों से जुड़ी तकनीकी जटिलताओं और विश्लेषण की जाने वाली रासायनिक सामग्री की विशिष्ट प्रकृति से जुड़ी है। रासायनिक संवेदन की चयनात्मकता और संवेदनशीलता पहलू पसंदीदा निर्धारण के आयामी, चरण और अस्थायी पहलुओं से प्रभावित हो सकते हैं। विश्लेषण विभिन्न आयामी पैमानों पर तरल या ठोस चरण में उपलब्ध हो सकता है, जो थोक लीटर से लेकर पिकोलिटर तक होता है। यह आलेख एक पर संक्षिप्त जानकारी प्रदान करता है रासायनिक सेंसर , इसकी कार्यप्रणाली और इसके अनुप्रयोग।

एक रासायनिक सेंसर क्या है?

एक सेंसर जिसका उपयोग विश्लेषण (संरचना, किसी विशेष तत्व (या) आयन का अस्तित्व, रासायनिक गतिविधि, एकाग्रता) के भीतर रासायनिक मात्रा को मापने और पता लगाने के लिए किया जाता है ताकि इसे इलेक्ट्रॉनिक डेटा में परिवर्तित किया जा सके, रासायनिक सेंसर के रूप में जाना जाता है। इन सेंसरों का उपयोग मुख्य रूप से असंख्य अनुप्रयोगों में किया जाता है जिनमें होम डिटेक्शन सिस्टम, मेडिकल, नैनोटेक्नोलॉजी और ऑटोमोटिव शामिल हैं।

रासायनिक सेंसर संरचना

रासायनिक सेंसर संरचना नीचे दिखाई गई है। यह सेंसर दो महत्वपूर्ण घटकों से बना है; रिसेप्टर या संवेदन सामग्री और ट्रांसड्यूसर। संवेदन सामग्री सेंसर के प्रकार के आधार पर अलग-अलग तरीकों से लक्ष्य विश्लेषक के साथ बातचीत करती है। इस अंतःक्रिया का परिणाम विद्युत चालकता और द्रव्यमान जैसी भौतिक संपत्ति का परिवर्तन है।

इस सेंसर का अगला घटक है ट्रांसड्यूसर , जो रिसेप्टर और विश्लेषक के बीच बातचीत के रासायनिक डेटा को लेने और इसे इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल में बदलने के लिए जिम्मेदार है। उसके बाद, यह डेटा एक कंप्यूटर (या) एक यांत्रिक घटक को दिया जाता है।

रासायनिक सेंसर कार्बनिक और अकार्बनिक रासायनिक यौगिकों की संरचना और सांद्रता को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करने के लिए विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के सिद्धांत पर काम करता है।

रासायनिक सेंसर सर्किट और इसकी कार्यप्रणाली

यह सर्किट बताता है कि कार्बन मोनोऑक्साइड सेंसर कैसे काम करता है। इस सेंसर में तीन इलेक्ट्रोड होते हैं जो एक तरल इलेक्ट्रोलाइट के भीतर डूबे होते हैं। ये तीन इलेक्ट्रोड मुख्य रूप से कार्यशील इलेक्ट्रोड, काउंटर इलेक्ट्रोड और संदर्भ इलेक्ट्रोड हैं लेकिन सबसे महत्वपूर्ण इलेक्ट्रोड कार्यशील इलेक्ट्रोड है। यह इलेक्ट्रोड प्लैटिनम से बना है जो कार्बन मोनोऑक्साइड के लिए एक उत्प्रेरक धातु है जो गैस-पारगम्य हालांकि हाइड्रोफोबिक झिल्ली द्वारा समर्थित है। कार्बन मोनोऑक्साइड गैस छिद्रपूर्ण झिल्ली के माध्यम से फैलती है और विद्युत रासायनिक रूप से ऑक्सीकृत होती है।

इलेक्ट्रोड से विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के प्रवाह में शामिल इलेक्ट्रॉन सेंसर के आउटपुट सिग्नल का उत्पादन करते हैं। संदर्भ इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोलाइट के भीतर एक स्थिर विद्युत रासायनिक क्षमता प्रदान करता है। यह इलेक्ट्रोड कार्बन मोनोऑक्साइड गैस के संपर्क से सुरक्षित रहता है, इस प्रकार, इसकी थर्मोडायनामिक क्षमता हमेशा समान होती है और स्थिर रहती है। इसके अलावा, पूरे संदर्भ इलेक्ट्रोड में किसी भी धारा को प्रवाहित करने की अनुमति नहीं है, इलेक्ट्रोकेमिकल सेल सर्किट को पूरा करने के लिए एक काउंटर-इलेक्ट्रोड प्रदान किया जाता है।

यह इलेक्ट्रोड केवल दूसरे अर्ध-सेल के रूप में काम करता है और इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रोलाइट से अंदर या दूर जाने देता है। नीचे दिया गया सर्किट कार्यशील इलेक्ट्रोड क्षमता को नियंत्रित करता है और सिग्नल करंट को एक वोल्टेज में बदलता है जिसे पोटेंशियोस्टेट के रूप में जाना जाता है। WE (वर्किंग इलेक्ट्रोड) से करंट को U2 ऑप-एम्प के माध्यम से वोल्टेज में बदल दिया जाता है। तो यह सर्किट बायस पोटेंशिअल (Vbias) पर कार्यशील इलेक्ट्रोड वोल्टेज को बनाए रखता है। आरई (संदर्भ इलेक्ट्रोड) क्षमता की तुलना निरंतर इनपुट वोल्टेज (वीबियास) से की जाती है। सर्किट में U1 ऑप-एम्प CE (काउंटर इलेक्ट्रोड) पर एक वोल्टेज उत्पन्न करता है जो एक करंट उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त है जो कि कार्यशील इलेक्ट्रोड करंट के बिल्कुल बराबर और विपरीत है। साथ ही, कार्यशील इलेक्ट्रोड और संदर्भ इलेक्ट्रोड के बीच एक स्थिर वोल्टेज बनाए रखा जा सकता है।

कार्बन मोनोऑक्साइड सेंसर एक रासायनिक रूप से चयनात्मक फिल्टर से भी सुसज्जित है जो कार्यशील इलेक्ट्रोड तक पहुंचने से पहले संभावित रूप से हस्तक्षेप करने वाली गैसों को समाप्त कर देता है। यदि रासायनिक रूप से चयनात्मक फ़िल्टर सही ढंग से काम करता है, तो रासायनिक सेंसर में हस्तक्षेप करने वाली गैसों के प्रति कम प्रतिक्रिया होगी। ऊपर बताई गई तकनीक को विभिन्न गैसों पर प्रतिक्रिया करने वाले सेंसर प्रदान करने के लिए संशोधित किया जा सकता है। तो यह विभिन्न कार्यशील इलेक्ट्रोड, रासायनिक रूप से चयनात्मक फिल्टर पूर्वाग्रह क्षमता के साथ पूरा किया जा सकता है।

रासायनिक सेंसर प्रकार

विभिन्न प्रकार के रासायनिक सेंसर हैं जिनकी चर्चा नीचे की गई है।

श्वास

ब्रेथलाइज़र एक रासायनिक सेंसर है जिसका उपयोग सांस के नमूने से बीएसी (रक्त अल्कोहल सामग्री) का अनुमान लगाने के लिए किया जाता है। जब भी लोग शराब पीते हैं, तो वे शराब के अणुओं की कुछ मात्रा सांस के जरिए बाहर निकालते हैं, जो उनके पीने की मात्रा के सीधे आनुपातिक होता है। इसलिए यह सेंसर विशेष रूप से किसी व्यक्ति के बीएसी को मापने के लिए डिज़ाइन किया गया है ताकि यह तय किया जा सके कि वे सुरक्षित रूप से वाहन चला रहे हैं या नहीं। एक बार जब अल्कोहल के अणु रिसेप्टर के माध्यम से संपर्क करते हैं, तो उन्हें रिसेप्टर में संलग्न एक और रासायनिक पदार्थ जैसे सल्फ्यूरिक एसिड, सिल्वर नाइट्रेट, पानी और पोटेशियम डाइक्रोमेट का सामना करना पड़ता है। जब दो कक्षों के बीच रासायनिक असमानता को पहचाना जाता है, तो एक विद्युत संकेत उत्पन्न किया जा सकता है और इसकी सुई या स्क्रीन के माध्यम से संकेत दिया जा सकता है।

कार्बन डाइऑक्साइड सेंसर

कार्बन डाइऑक्साइड सेंसर को के रूप में भी जाना जाता है CO2 सेंसर जिसका उपयोग CO2 गैस को मापने के लिए किया जाता है। इस सेंसर के सामान्य सिद्धांत इन्फ्रारेड गैस सेंसर और रासायनिक गैस सेंसर हैं। इसलिए, CO2 गैस को मापना घर के अंदर की वायु गुणवत्ता, कैपनोग्राफ डिवाइस फॉर्म और विभिन्न औद्योगिक क्षेत्रों में फेफड़ों के कार्य को देखने के लिए महत्वपूर्ण है।

कार्बन मोनोऑक्साइड अनुवेदक

कार्बन मोनोऑक्साइड डिटेक्टर एक उपकरण है जिसका उपयोग कार्बन मोनोऑक्साइड के विषाक्तता से बचने के लिए सीओ गैस की उपस्थिति को महसूस करने के लिए किया जाता है। कार्बन मोनोऑक्साइड गैस एक रंगहीन, गंधहीन और स्वादहीन गैस है जो कार्बन युक्त पदार्थों के आंशिक प्रज्वलन से उत्पन्न होती है। इस गैस का उच्च स्तर मौजूद मात्रा और एक्सपोज़र की लंबाई के आधार पर मनुष्यों के लिए बहुत खतरनाक हो सकता है। इन डिटेक्टरों को मुख्य रूप से सीओ के स्तर को मापने और आसपास में खतरनाक सीओ स्तर बढ़ने से पहले अलार्म देने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिससे लोगों को क्षेत्र को सुरक्षित रूप से ताज़ा करने या छोड़ने के लिए पर्याप्त चेतावनी मिलती है।

इलेक्ट्रॉनिक नाक

एक इलेक्ट्रॉनिक नाक या ई-नोज़ एक उपकरण है जिसका उपयोग स्वाद या गंध का पता लगाने के लिए किया जाता है। यह सेंसर एरे और पैटर्न पहचान प्रणालियों के साथ मानवीय इंद्रियों को पुन: प्रस्तुत करने में सक्षम है। तो पहचान प्रक्रिया के चरण मानव घ्राण से संबंधित हैं और तुलना, पहचान, परिमाणीकरण और अन्य अनुप्रयोगों के लिए किए जाते हैं; डेटा भंडारण और पुनर्प्राप्ति। पहचान प्रक्रिया के चरण मानव गंध के समान हैं और डेटा भंडारण और पुनर्प्राप्ति सहित पहचान, तुलना, मात्रा निर्धारण और अन्य अनुप्रयोगों के लिए किए जाते हैं।

जिंक ऑक्साइड नैनोरोड सेंसर

जिंक ऑक्साइड नैनोरोड सेंसर (ZnO नैनोरोड सेंसर) एक ऑप्टिकल या इलेक्ट्रॉनिक उपकरण है जिसका उपयोग परिवेश के वातावरण में तरल अणुओं या कुछ गैसों की उपस्थिति का पता लगाने के लिए किया जाता है। यह रासायनिक सेंसर ZnO नैनोरोड्स जैसी सभी नैनो-आकार की सामग्रियों के लिए उन्नत सतह क्षेत्र का उपयोग करता है। नैनोरोड्स पर अणु अवशोषण का पता नैनोरोड्स के गुणों में अंतर के माध्यम से लगाया जा सकता है, जैसे फोटोल्यूमिनसेंस, कंपन आवृत्ति, विद्युत चालकता, द्रव्यमान इत्यादि। सबसे सरल और सबसे लोकप्रिय तरीका नैनोरोड्स में विद्युत प्रवाह पारित करना और इसके संपर्क में आने पर इसके परिवर्तनों की निगरानी करना है। गैस.

पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर

पोटेंशियोमेट्रिक सेंसर एक प्रकार का रासायनिक सेंसर है जिसका उपयोग विश्लेषण गैस (या) समाधान में कुछ घटकों की विश्लेषणात्मक एकाग्रता का पता लगाने के लिए किया जाता है। जब कोई वोल्टेज मौजूद न हो तो यह सेंसर इलेक्ट्रोड की विद्युत क्षमता को मापता है। पारंपरिक विश्लेषणात्मक उपकरणों की तुलना में इस सेंसर में सादगी और लागत-प्रभावशीलता जैसे कई फायदे हैं। इसलिए, इन सेंसरों का उपयोग भोजन, स्वास्थ्य देखभाल, कृषि, खाद्य गुणवत्ता निगरानी, ​​जल गुणवत्ता निगरानी, ​​स्वास्थ्य निगरानी, ​​पर्यावरण निगरानी आदि जैसे विभिन्न क्षेत्रों में किया जा सकता है।

हाइड्रोजन सेंसर

हाइड्रोजन सेंसर एक प्रकार का सेंसर है; विभिन्न क्षेत्रों में हाइड्रोजन गैस की उपस्थिति का पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है। ये सेंसर अन्य गैस सेंसर की तुलना में कम लागत वाले, टिकाऊ, कॉम्पैक्ट और रखरखाव में बहुत सरल हैं। हाइड्रोजन रंगहीन, स्वादहीन और गंधहीन गैस है। इस सेंसर का उपयोग पर्यावरण में हाइड्रोजन सामग्री का पता लगाने और गैस रिसाव की निगरानी के लिए किया जाना चाहिए। इस सेंसर का उपयोग गैस रिसाव का पता लगाने के लिए हाइड्रोजन गैस डिटेक्टरों में किया जाता है।

फ्लोरोसेंट क्लोराइड सेंसर

फ्लोरोसेंट क्लोराइड सेंसर एक प्रकार का रासायनिक सेंसर है जिसका उपयोग रासायनिक विश्लेषण के लिए किया जाता है, ताकि कोशिका की मात्रा, चार्ज संतुलन, झिल्ली उत्तेजना और आराम क्षमता को समायोजित करने के लिए कोशिका झिल्ली में क्लोराइड परिवहन को मापा जा सके। इनका उपयोग मुख्य रूप से सिस्टिक फाइब्रोसिस निदान के लिए भी किया जाता है। शारीरिक प्रक्रियाओं के भीतर क्लोराइड (Cl−) की भागीदारी की खोज जीवित कोशिकाओं के भीतर इंट्रासेल्युलर Cl− माप और फ्लोरोसेंट उपकरण विकास को उत्तेजित करती है।

अंतर बी/डब्ल्यू केमिकल सेंसर और बायोसेंसर

रासायनिक सेंसर और बायोसेंसर के बीच अंतर में निम्नलिखित शामिल हैं।

फायदे नुकसान

रासायनिक सेंसर के फायदों में निम्नलिखित शामिल हैं।

• रासायनिक सेंसर विभिन्न गैसों और वाष्पों पर त्वरित प्रतिक्रिया देता है।
• ये किफायती हैं.
• रासायनिक सेंसर का उपयोग करना बहुत आसान और पोर्टेबल है
• ये महंगे नहीं हैं.

रासायनिक सेंसर के नुकसान में निम्नलिखित शामिल हैं।

• ये सेंसर संकीर्ण हैं (या) उनकी तापमान सीमा सीमित है।
• यह सेंसर सभी पारिस्थितिक निगरानी आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकता है।
• इसकी शेल्फ लाइफ सीमित है।

रासायनिक सेंसर अनुप्रयोग

रासायनिक सेंसर के अनुप्रयोग निम्नलिखित को शामिल कीजिए।

• रासायनिक सेंसरों का चिकित्सा जांच, पर्यावरण निगरानी, ​​खाद्य उद्योग, बायोइंजीनियरिंग, रक्षा सुरक्षा और खनन उद्योग में महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हैं।
• रासायनिक सेंसर अनुप्रयोगों में मुख्य रूप से सुरक्षा, महत्वपूर्ण देखभाल, औद्योगिक स्वच्छता, उत्पाद गुणवत्ता नियंत्रण, प्रक्रिया नियंत्रण आदि शामिल हैं।
• यह सेंसर एक विश्लेषक के भीतर रासायनिक गुणों को मापने और पता लगाने में मदद करता है।
• इनका उपयोग चिकित्सा, गृह सुरक्षा, पर्यावरण प्रदूषण आदि में किया जाता है।
• रासायनिक संवेदन का उपयोग कई प्रकार के विषयों में किया जाता है जैसे; इलेक्ट्रोकेमिकल विश्लेषण, बायोमेडिकल माप, प्रदूषण निगरानी और औद्योगिक नियंत्रण।
• इन सेंसरों में प्रदूषण और दूषित पदार्थों का पता लगाने की निगरानी के लिए विभिन्न अनुप्रयोग हैं।

अधिक रासायनिक सेंसर और उनके इंटरफेसिंग के लिए कृपया इसे देखें;

• MQ4 मीथेन गैस सेंसर।
• MQ8 हाइड्रोजन गैस सेंसर।

इस प्रकार, यह एक रसायन का सिंहावलोकन है सेंसर, संरचना, कार्य जी, सर्किट, प्रकार, अंतर, फायदे, नुकसान और अनुप्रयोग। ये सेंसर ऐसे उपकरण हैं, जिनका उपयोग रासायनिक सिग्नल को विश्लेषणात्मक सिग्नल में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। यहां, रासायनिक सिग्नल सेंसर में स्थित एक सेंसिंग सामग्री और एक लक्ष्य विश्लेषक के बीच एक चयनात्मक बातचीत के माध्यम से बनाया जा सकता है। रासायनिक सेंसर के उदाहरण हैं; कार्बन मोनोऑक्साइड डिटेक्टर, ग्लूकोज डिटेक्टर, मच्छर, गर्भावस्था परीक्षण, आदि। यहां आपके लिए एक प्रश्न है, बायोसेंसर क्या है?