Портативный оптический датчик воздуха
Оптические датчики воздуха сосредоточены на обнаружении той или иной формы света, создаваемого химическим процессом , с целью идентификации или измерения количества отдельных молекул . Портативные датчики — это датчики, которые легко транспортировать и использовать в полевых условиях.
золь-гель
[ редактировать ]Один из основных методов оптического зондирования воздуха включает в себя взятие золя-геля , который получается путем взятия золя , жидкости со стабильными коллоидными частицами, и смешивания его с гелем , 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 происходит по пути гидролиза , а затем конденсации .
Гидролиз включает добавление атома водорода в гель. Конденсация — это метод, включающий соединение двух разных молекул геля вместе для создания золь-геля в целом. [ 2 ] Этот метод заключается в растворении некоторого количества твердого вещества в растворителе и последующем поддержании основного pH при кипячении смеси с обратным холодильником для конденсации и образования геля. [ 3 ] [ 4 ]
Одним из примеров используемого сегодня золь-гель метода является ощущение кислотности воздуха. Золь-гель изготовлен с использованием органического красителя (2-[4-( диметиламино ) -фенилазо ] бензойной кислоты ). Краситель имеет цветовой диапазон pH 6,7-8,7. Это означает, что при pH ниже 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, а между ними вы видите меняющийся оранжевый. [ 5 ] Процедура тестирования невероятно проста: все, что вам нужно сделать, это выставить золь-гель на воздух и следить за изменением цвета. [ 5 ]
Золь-гели также можно формировать в монолиты или колонны, которые представляют собой более крупные структуры золь-геля, в отличие от типичного тонкого слоя. Показано, что эти монолиты лучше подходят для обнаружения молекул с меньшей молярной поглощающей способностью, то есть молекул, которые не очень хорошо поглощаются чем-либо. Примером молекулы, которую можно было бы измерить здесь, является комплекс металл-лиганд. Эти монолиты действуют аналогично тонкослойным золь-гелям, поскольку они улавливают некоторое аналитическое вещество и меняют цвет. [ 2 ]
флуоресценция
[ редактировать ]Другой пример портативных оптических датчиков воздуха может включать флуоресценцию . Одним из примеров датчика на основе флуоресценции является электронный нос , который может измерять аналиты в парах или воздухе. Он работает таким образом, что аналит обнаруживается разными датчиками по-разному, чтобы обеспечить возможность различения измеряемого объекта. [ 6 ] Когда пар поступает в систему, на него воздействует свет высокой интенсивности, так что разные органические красители, расположенные в разных маленьких отверстиях или микропорах , излучают свет определенной длины волны и различной интенсивности в зависимости от того, с каким паровым соединением они находятся в контакте. Затем свет от разных датчиков можно объединить и использовать для определения присутствия аналитов. Одним из крупных применений флуоресцентного метода является обнаружение летучих органических соединений (ЛОС). [ 6 ] Другой тип флуоресцентного датчика ориентирован на комплексы металлов , а не на органические комплексы. Одним из примеров является использование структуры тетракарбоксилата диродия для обнаружения монооксида азота , распространенного загрязнителя. При этом молекула монооксида азота входит и связывается с тетракарбоксилатом диродия, вызывая сдвиг интенсивности флуоресценции молекулы. [ 7 ]
Будущее
[ редактировать ]Будущее портативных датчиков воздуха заключается в том, чтобы они были способны лучше обнаруживать небольшие количества серы и аммиака и лучше определять их количество. Большинство портативных датчиков сейчас используются в сочетании с более крупными и точными системами в лабораториях. Появление технологий микропроизводства , микроэлектромеханических систем , энергоэффективных сенсорных схем и передовых компьютерных мощностей позволило портативным датчикам процветать, но дальнейшее развитие этих компонентов еще больше увеличит преимущества использования портативных систем. [ 8 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Золь-гель-методы» (PDF) .
- ^ Jump up to: а б Кэррингтон, Н. (2006). «Неорганическое зондирование с использованием органофункциональных золь-гель материалов» . Акк. хим. Рез . 40 (5): 343–350. дои : 10.1021/ar600017w . ПМК 2041924 . ПМИД 17465520 .
- ^ Лопес, Т. (1996). «Синтез и характеристика структуры и текстуры золь-гель гидротальцитов». Ленгмюр . 12 : 189–192. дои : 10.1021/la940703s .
- ^ Принс, Дж. (2009). «Предлагаемый общий золь-гель метод получения мультиметаллических слоистых двойных гидроксидов: синтез, характеристика и предполагаемое применение». хим. Мэтр . 21 : 5826–5835. дои : 10.1021/cm902741c .
- ^ Jump up to: а б Гарсиа-Эрас, М. (2005). «Оценка кислотности воздуха с помощью оптических датчиков». Окружающая среда. наук. Технол . 39 (10): 3743–3747. Бибкод : 2005EnST...39.3743G . дои : 10.1021/es049558n . ПМИД 15952380 .
- ^ Jump up to: а б Эрнеке, М. (2009). «Проектирование, внедрение и полевые испытания портативного флуоресцентного датчика паров». Анальный. Хим . 81 (13): 5281–5290. дои : 10.1021/ac900505p . ПМИД 19563211 .
- ^ Хильдербранд, С. (2004). «Каркасы из тетракарбоксилата диродия как обратимые датчики оксида азота на основе флуоресценции». Дж. Ам. хим. Соц . 126 (15): 4972–4978. дои : 10.1021/ja038471j . ПМИД 15080703 .
- ^ Снайдер, Э. (2013). «Изменяющаяся парадигма мониторинга загрязнения воздуха». Окружающая среда. наук. Технол . 47 (20): 11369–11377. Бибкод : 2013EnST...4711369S . дои : 10.1021/es4022602 . ПМИД 23980922 .