СЕ́НСОРЫ ХИМИ́ЧЕСКИЕ

СЕ́НСОРЫ ХИМИ́ЧЕСКИЕ (от лат. sen­sus – вос­при­ятие, чув­ст­во, ощу­ще­ние), ком­пакт­ное ана­ли­тич. уст­рой­ст­во, реа­ги­рую­щее (от­кли­каю­щее­ся) на кон­цен­тра­цию хи­мич. ве­ществ в жид­кой или га­зо­вой фа­зе и по­зво­ляю­щее ре­ги­ст­ри­ро­вать этот от­клик в ви­де со­от­вет­ст­вую­ще­го элек­трич., оп­тич. или др. фи­зич. сиг­на­ла. Ха­рак­те­ри­зу­ют­ся не­вы­со­кой стои­мо­стью, не­боль­ши­ми раз­ме­ра­ми, про­сто­той при­ме­не­ния, экс­пресс­но­стью ана­ли­за, воз­мож­но­стью в спец. ус­ло­ви­ях се­лек­тив­но оп­ре­де­лять ка­че­ст­вен­но и ко­ли­че­ст­вен­но отд. ве­ще­ст­ва в ла­бо­ра­тор­ных или вне­ла­бо­ра­тор­ных ус­ло­ви­ях, по­зво­ля­ют про­во­дить дис­тан­ци­он­ные из­ме­ре­ния, пре­дос­тав­ля­ют воз­мож­ность не­пре­рыв­но­го из­ме­ре­ния и ав­то­ма­ти­зир. ис­поль­зо­ва­ния, как пра­ви­ло, не тре­бу­ют про­бо­от­бо­ра или про­бо­под­го­тов­ки. Дей­ст­вие С. х. ос­но­ва­но на хи­мич. ре­ак­ци­ях (ана­ли­тич. сиг­нал обу­слов­лен взаи­мо­дей­ст­ви­ем оп­ре­де­ляе­мо­го ве­ще­ст­ва с чув­ст­вит. сло­ем) или на фи­зич. прин­ци­пах (за­ви­си­мо­сти по­гло­ще­ния све­та, про­во­ди­мо­сти и др. фи­зич. па­ра­мет­ров от хи­мич. свойств ана­ли­зи­руе­мой сре­ды). К С. х. от­но­сят­ся стек­лян­ные элек­тро­ды, ио­но­се­лек­тив­ные элек­тро­ды (ИСЭ), не­ко­то­рые ти­пы дат­чи­ков, тран­зи­сто­ров и др.

Осн. часть С. х. – чув­ст­вит. ма­те­ри­ал (час­то на­зы­вае­мый мем­бра­ной), спо­соб­ный реа­ги­ро­вать на со­став или кон­цен­тра­цию ве­ще­ст­ва в объ­ек­тах ис­сле­до­ва­ния. В ка­че­ст­ве чув­ст­вит. ма­те­риа­ла ис­поль­зу­ют­ся си­ли­кат­ные и халь­ко­ге­нид­ные стёк­ла, по­ли- и мо­но­кри­стал­лы твёр­дых элек­тро­ли­тов, по­ли­мер­ные ма­те­риа­лы (элек­тро­про­во­дя­щие, флуо­рес­ци­рую­щие и др.), ок­си­ды ме­тал­лов. Эти ма­те­риа­лы в за­ви­си­мо­сти от ти­па С. х. долж­ны об­ла­дать хо­ро­шей ион­ной или элек­трон­ной про­во­ди­мо­стью, ад­сорб­ци­он­ной спо­соб­но­стью или спо­соб­но­стью из­ме­нять оп­тич. или др. фи­зич. свой­ст­ва.

Гл. ха­рак­те­ри­сти­ки С. х.: чув­ст­ви­тель­ность, се­лек­тив­ность, ниж­ний пре­дел об­на­ру­же­ния (напр., для ИСЭ ниж­ний пре­дел дос­ти­га­ет 10^–5–10^–6 моль/дм³, для га­зо­вых сен­со­ров – неск. ppm), вре­мя от­кли­ка, влия­ние ус­ло­вий (рН рас­тво­ров, темп-ра), срок экс­плуа­та­ции. Се­лек­тив­ность С. х. свя­за­на с воз­мож­но­стью оп­ре­де­ле­ния отд. ком­по­нен­тов в жид­кой (га­зо­вой) фа­зе в при­сут­ст­вии др. ве­ществ.

В за­ви­си­мо­сти от ма­те­риа­ла мем­бра­ны, ви­да от­кли­ка и фор­мы его ре­ги­ст­ра­ции вы­де­ля­ют­ся 4 осн. груп­пы С. х.: элек­тро­хи­ми­че­ские, в т. ч. по­тен­цио­мет­ри­че­ские (стек­лян­ные элек­тро­ды, ИСЭ, ио­но­се­лек­тив­ные по­ле­вые тран­зи­сто­ры – ИСПТ), вольт­ам­пе­ро­мет­ри­че­ские, элек­тро­ли­ти­че­ские и по­лу­про­вод­ни­ко­вые га­зо­вые сен­со­ры; оп­ти­че­ские (оп­то­ды), реа­ли­зую­щие за­ви­си­мость оп­тич. сиг­на­лов от хи­мич. свойств ис­сле­дуе­мой сре­ды; масс-чув­ст­ви­тель­ные (ис­поль­зу­ют пье­зо­элек­трич. эф­фек­ты и по­верх­но­ст­но-аку­стич. вол­ны); био­сен­со­ры. Ис­поль­зу­ют­ся еди­нич­ные уст­рой­ст­ва и муль­ти­сен­сор­ные сис­те­мы.

Ис­то­рия С. х. бе­рёт на­ча­ло с об­на­ру­же­ния (нем. фи­зио­лог М. Кре­мер, 1906) за­ви­си­мо­сти эдс мем­бра­ны от рН рас­тво­ра; этот эф­фект был реа­ли­зо­ван (Ф. Га­бер и польск. фи­зи­ко­хи­мик З. Кле­менсе­вич, 1909) при соз­да­нии пер­во­го С. х. – стек­лян­но­го элек­тро­да. В 1937 Б. П. Ни­коль­ский пуб­ли­ку­ет ос­но­вы ионо­об­мен­ной тео­рии стек­лян­но­го элек­тро­да и вы­ве­ден­ное им урав­не­ние (урав­не­ние Ни­коль­ско­го), ко­то­рое ус­та­нав­ли­ва­ет за­ви­си­мость по­тен­циа­ла элек­тро­да от ак­тив­но­сти (кон­цен­тра­ции) ио­нов. Ми­ниа­тю­ри­за­ция С. х. ста­ла воз­мож­ной бла­го­да­ря соз­да­нию мик­ро­элек­трон­ных С. х. – ио­но­се­лек­тив­ных по­ле­вых тран­зи­сто­ров (П. Бер­гвельд, Ни­дерлан­ды, 1972). Ре­шить про­бле­му се­лек­тив­но­сти С. х. по­зво­ли­ло соз­да­ние и при­ме­не­ние муль­ти­сен­сор­ных сис­тем ти­па «элек­трон­ный нос» (К. Пер­со, Дж. Додд, Ве­ли­ко­бри­та­ния, 1982), сен­сор вку­са (К. То­ко, Япо­ния, 1992) и «элек­трон­ный язык» (рос. хи­ми­ки Ю. Г. Вла­сов, А. В. Ле­гин, итал. хи­ми­ки А. Д’Амико, К. Ди На­та­ле, 1995).

Двумерное изображение результатов идентификации различных сортов кофе с помощью мультисенсорной системы типа "электронный язык" и метода главного компонента (точки означают результаты измерений отдель...

Элек­трон­ный язык/нос – это ана­ли­тич. ин­ст­ру­мент для ка­че­ст­вен­но­го и ко­ли­че­ст­вен­но­го ана­ли­за мно­го­ком­по­нент­ных сред разл. при­ро­ды (жид­ко­сти, га­зы), со­стоя­щий из мас­си­ва (на­бо­ра) сла­бо­се­лек­тив­ных С. х. с пе­ре­крё­ст­ной чув­ст­ви­тель­но­стью и ис­поль­зую­щий для об­ра­бот­ки сиг­на­лов от дан­ной муль­ти­сен­сор­ной сис­те­мы разл. ме­то­ды хе­мо­мет­ри­ки (ис­кусств. ней­рон­ные се­ти, не­чёт­кая ло­ги­ка, ме­тод глав­но­го ком­по­нен­та и др.). Элек­трон­ный язык/нос пред­став­ля­ет по­пыт­ку ис­кусств. пу­тём смо­де­ли­ро­вать та­кие че­ло­ве­че­ские спо­соб­но­сти, как обо­ня­ние или рас­по­зна­ва­ние вку­са, и по­зво­ля­ет иден­ти­фи­ци­ро­вать пи­ще­вые про­дук­ты – чай, ко­фе (рас­по­зна­ва­ние разл. сор­тов ко­фе пред­став­ле­но на рис.), мо­ло­ко, ви­но, со­ки, рас­тит. мас­ло, фрук­ты, ово­щи, мя­со, ры­бу и др., оп­ре­де­лять их ка­че­ст­во, а так­же проводить ко­ли­че­ст­вен­ный ана­лиз.

Гл. за­да­ча, ко­то­рую по­зво­ля­ет ре­шить при­ме­не­ние С. х. в ме­ди­ци­не, эко­ло­гии, для кон­тро­ля тех­но­ло­гич. про­цес­сов, ка­че­ст­ва пи­ще­вых про­дук­тов и т. д., – за­ме­ще­ние тра­ди­ци­он­ных ана­ли­тич. ме­тодов на сен­сор­ные из­ме­ре­ния. Осн. тен­ден­ции в раз­ви­тии С. х. – сни­же­ние ниж­не­го пре­де­ла об­на­ру­же­ния, соз­да­ние на­но­сен­со­ров, ми­ниа­тю­ри­за­ция с ис­поль­зо­ва­ни­ем мик­ро­элек­трон­ных тех­но­ло­гий (соз­да­ние но­вых ИСПТ и ска­ни­руе­мых по­тен­цио­мет­рич. сен­со­ров), при­ме­не­ние но­вых мем­бран­ных ма­те­риа­лов (на ос­но­ве элек­тро­про­во­дя­щих по­ли­ме­ров, ио­но­фо­ров и др.), но­вые тео­ре­тич. рас­смот­ре­ния, рас­ши­ре­ние воз­мож­но­стей муль­ти­сен­сор­ных сис­тем. Од­но из по­след­них до­сти­же­ний: оп­ре­де­ле­ние в спец. ус­ло­ви­ях кон­цен­тра­ции каль­ция до 10^–10 моль/дм³ и не­сколь­ких мо­ле­кул NO₂ га­зо­вым С. х. на ос­но­ве гра­фе­на.