C8050 Chemické senzory

Přírodovědecká fakulta
jaro 2002
Rozsah
2/0/0. 3 kr. Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučující
Dr. Ing. Jaroslav Šenkýř, CSc. (přednášející)
Garance
Dr. Ing. Jaroslav Šenkýř, CSc.
Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
předmět má 23 mateřských oborů, zobrazit
Cíle předmětu
Definice pojmu "chemický senzor", jejich rozdělení na elektrochemické (potenciometrické, amperometrické a konduktometrické), optické (optrody), hmotnostní a termometrické, základní principy jejich funkce a jejich analytická aplikace. Zvláštní zřetel je kladen na iontově selektivní elektrody, CHEMFETy a biosenzory.
Osnova
  • CHEMICKÉ SENZORY (sylabus přednášky) 1. Úvod Definice pojmů "senzor" (informační kanál: vstupní jednotka, procesor, výstupní jednotka) a "chemický senzor" (separátor, receptor, transducer). Rozdělení chemických senzorů (elektrochemické, optické, termometrické, hmotnostní). Historický vývoj. Společné vlastnosti a kriteria (citlivost, různé druhy šumu, mez detekce, přesnost a správnost měření, dynamický rozsah, selektivita měření, doba odezvy). Oblasti uplatnění chemických senzorů. 2. - 5. Elektrochemické senzory Potenciometrické senzory Iontově selektivní elektrody Definice ISE, rozdělení. Vznik Donnanova potenciálu, odvození vztahu pro měřené elektromotorické napětí, dynamický model vzniku Donnanova potenciálu. Kalibrace ISE, mez detekce a její závislost na materiálu membrány, selektivita, Nikolslého rovnice, metody stanovení koeficientu selektivity, odezva ISE na cizí (interferující ) ionty. Oblasti nestability potenciálu. Měření vnitřního odporu membrány. Různé typy konstrukce ISE (pevné, kapalné a ztužené membrány, coated-wire elektrody, mikroelektrody). Materiály membrán (pevné: sklovité, lisované, sintrované, lepené, monokrystaly; kapalné: s nabitým a nenabitým nosičem, PVC membrány). Plynové a enzymové ISE. Vysokoteplotní plynové senzory Iontová vodivost v pevných elektrolytech (Frenkelovy a Schottkyho poruchy). O2-sonda (konstrukce, vznik potenciálu, použití). 6. - 8. CHEMFETs Zhodnocení předností a nedostatků. Historický vývoj. Polovodiče vlastní a směsné (pásová teorie pevného stavu), n- a p-polovodiče. Uspořádání a funkce MOSFETu (emitor, hradlo, kolektor). ISFET (konstrukce, elektrické obvody, teorie disociace ionexových míst), složená hradla (příčiny nestability potenciálu). ENFETs (konstrukce a funkce). GASFETs (pCO2-FET, plynové senzory na bázi MOSFETu). Referentní mikroelektrody. Příprava CHEMFETů (vysokovakuové napařování, katodové rozprašování, chemické napařování, výroba čipů). 9. - 10. Amperometrické senzory Definice amperometrie. Materiál indikačních elektrod a použitelný potenciálový rozsah, pórovité elektrody, rotující disková elektroda, wall-jet uspořádání, mikroelektrody a jejich výhody. Schéma elektrického zapojení pro amperometrická měření ve dvou- a tříelektrodovém systému, princip potenciostatu. Clarkův kyslíkový senzor. Galvanické senzory. Vysokoteplotní O2-sonda v amperometrickém zapojení (porovnání vlastností potenciometrického a amperometrického zapojení). Enzymové amperometrické senzory, imobilizace enzymů. 11. Chemicky modifikované elektrody (CME) Obecná charakteristika a klasifikace, požadavky na ideální CME, příprava CME. Semipermeabilní membrány. Elektrokatalýza pomocí mediátoru. Biosenzory na bázi CME. Elektricky vodivé polymerní filmy. Konduktometrické senzory Chemirezistory. Figaro-senzory. 12. - 13. Optické senzory Definice a obecná charakteristika, použitelné optické metody. Optická vlákna (jádro, plášť, obal), numerická apertura, materiály vláken a jejich optická propustnost. Světelné zdroje. Fotodetektory. Výhody a nevýhody optrod. Pasivní a aktivní senzory. Měření pH, iontové a plynové senzory, biosenzory. Speciální senzory. 14. Termometrické a termokatalytické senzory Enzymový reaktor, termistory, princip měření termického zabarvení enzymové reakce. Princip funkce katalytického spalování hořlavých plynů (pellistory). Hmotnostní senzory Princip měření, piezoelektrický jev, piezoelektrické materiály. Senzory na bázi povrchových akustických vln, zapojení v rezonátoru.
Literatura
  • Janata, Jiří. Principles of Chemical Sensors. New York a Londýn : Plenum Press, 1989. 317 s. ISBN 0-306-43183-1
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2000, jaro 2001, jaro 2003, jaro 2004, jaro 2005, jaro 2006.