Портативный оптический датчик воздуха - Portable optical air sensor

Оптические датчики воздуха сосредоточиться вокруг обнаружения некоторой формы света, создаваемого химический процесс, чтобы идентифицировать или измерить количество отдельных молекулы. Портативные датчики это специальные датчики, которые легко транспортировать и использовать в полевых условиях.

Золь-гель

Один из основных методов оптического зондирования воздуха включает в себя золь-гель, который получается путем взятия соль, жидкость со стабильными коллоидными частицами, и смешивая ее с гель, который представляет собой трехмерную непрерывную сеть, охватывающую жидкость.[1] Затем золь-гель подвергается воздействию определенного индикатора, который становится частью золь-геля. Обычно производство золь-геля следует гидролиз а потом конденсация путь.

Гидролиз включает добавление атома водорода к гелю. Конденсация - это метод связывания двух разных молекул геля вместе для создания золь-геля в целом.[2] Этот метод заключается в растворении твердого вещества в растворитель а затем поддержание основного pH, пока смесь рефлюкс конденсироваться и образовывать гель.[3][4]

Одним из примеров золь-гель метода, который используется сегодня, является ощущение кислотности воздуха. Золь-гель состоит из органического красителя (2- [4- (диметиламино )- фенилазо ]бензойная кислота ). Краситель имеет цветовой диапазон pH 6,7-8,7. Это означает, что ниже pH 6,7 вы видите один цвет, в данном случае красно-розовый, а при pH выше 8,7 вы видите другой цвет, в данном случае желтый, и вы видите меняющийся оранжевый цвет между ними.[5] Процедура тестирования невероятно проста, так как все, что вам нужно сделать, это подержать золь-гель на воздухе и следить за изменением цвета.[5]

Золь-гели также могут быть сформированы в монолиты или столбцы, которые представляют собой более крупные структуры золь-геля, в отличие от типичного тонкого слоя. Было показано, что эти монолиты лучше подходят для восприятия молекул с меньшей молярной поглощающей способностью, то есть молекул, которые не очень хорошо поглощают что-то. Примером молекулы, которая может быть измерена здесь, является комплекс металл-лиганд. Эти монолиты работают аналогично тонкослойным золь-гелям в том, что они захватывают некоторые аналит и показать изменение цвета.[2]

Флуоресценция

Другой пример портативных оптических датчиков воздуха может включать: флуоресценция. Одним из примеров датчика на основе флуоресценции является электронный нос, который может измерять аналиты в паре или воздухе. Он работает так, что аналит обнаруживается разными сенсорами по-разному, чтобы гарантировать различение того, что измеряется.[6] Когда пар попадает в систему, на него падает свет высокой интенсивности, так что разные органические красители находятся в разных маленьких отверстиях, или микропоры, излучают определенную длину волны и различную интенсивность света в зависимости от того, с каким паровым соединением они контактируют. Затем свет от различных датчиков может быть скомпилирован и использован для определения присутствующих аналитов. Одним из крупных приложений флуоресцентного метода является обнаружение летучие органические соединения (ЛОС).[6] Другой тип флуоресцентных датчиков ориентирован на металлические комплексы, а не органические комплексы. Одним из примеров является использование структуры тетракарбоксилата диродия для обнаружения окись азота, распространенный загрязнитель. Это вовлекает молекулу монооксида азота, которая входит и связывается с тетракарбоксилатом диродия, вызывая сдвиг в интенсивности флуоресценции молекулы.[7]

Будущее

Будущее портативных датчиков воздуха заключается в том, чтобы они были лучше способны обнаруживать небольшие количества серы и аммиака и лучше определять их количество. Большинство портативных датчиков сейчас используются вместе с более крупными и точными системами в лаборатории. Появление микротехнология техники, микроэлектромеханические системы, энергоэффективные сенсорные схемы и передовая компьютерная мощность позволили портативным датчикам процветать, но постоянное развитие этих компонентов будет способствовать дальнейшему развитию преимуществ использования портативных систем.[8]

Рекомендации

  1. ^ «Золь-гель методы» (PDF).
  2. ^ а б Кэррингтон, Н. (2006). «Неорганическое зондирование с использованием органофункциональных золь-гелевых материалов». Соотв. Chem. Res. 40: 343–350. Дои:10.1021 / ar600017w. ЧВК  2041924. PMID  17465520.
  3. ^ Лопес, Т. (1996). «Синтез и характеристика структуры и текстуры золь-гель гидротальцитов». Langmuir. 12: 189–192. Дои:10.1021 / la940703s.
  4. ^ Принц, Дж. (2009). «Предлагаемый общий золь-гель метод для получения многометаллических слоистых двойных гидроксидов: синтез, характеристика и предполагаемое применение». Chem. Матер. 21: 5826–5835. Дои:10,1021 / см 902741c.
  5. ^ а б Гарсия-Герас, М. (2005). «Оценка кислотности воздуха с помощью оптических датчиков». Environ. Sci. Technol. 39: 3743–3747. Дои:10.1021 / es049558n.
  6. ^ а б Аэрнеке, М. (2009). «Разработка, реализация и полевые испытания портативного датчика пара на основе флуоресценции». Анальный. Chem. 81: 5281–5290. Дои:10.1021 / ac900505p. PMID  19563211.
  7. ^ Хильдербранд, С. (2004). «Матрицы из тетракарбоксилата диродия в качестве датчиков оксида азота на основе обратимой флуоресценции». Варенье. Chem. Soc. 126: 4972–4978. Дои:10.1021 / ja038471j. PMID  15080703.
  8. ^ Снайдер, Э. (2013). «Меняющаяся парадигма мониторинга загрязнения воздуха». Environ. Sci. Technol. 47: 11369–11377. Дои:10.1021 / es4022602. PMID  23980922.