Sensori chimici

Un sensore

Un sensore è un dispositivo che, tramite la trasduzione del segnale, consente di determinare certe proprietà chimiche e/o fisiche. La trasduzione prevede la conversione dell'informazione chimica in un segnale elettrico.

I sensori si classificano in base al meccanismo di trasduzione:

• Sensori elettrici (elettrochimico)
• Sensori ottici
• Sensori di massa
• Sensori termici

I sensori ottici misurano assorbimento ed emissione, quelli di massa misurano la massa.

Reattore: una cavità in grado di riconoscere e interagire con l'analita in base a reazioni chimiche o tramite proprietà fisiche. La massima interazione tra molecola e reattore consente di catturare una elevata quantità di analita, il sensore è molto sensibile.

Trasduttore: trasforma l'informazione chimica in un segnale elettrico basandosi su certi principi fisici o chimico-fisici e amplifica il segnale.

Attuatore (extra): trasforma un input segnale elettrico solamente) in un'azione (es.: motore)

Definizione e classificazione dei sensori

Un sensore è un dispositivo che, tramite un trasduttore del segnale, consente di determinare certe proprietà chimiche e/o fisiche. La trasduzione prevede la conversione dell'informazione chimica in un segnale elettrico.

I sensori si classificano in base al meccanismo di trasduzione:

• Sensori elettrici (elettrochimici)
• Sensori potenziometrici
• Sensori amperometrici
• Sensori capacitivi
• Sensori ottici
• Sensori di massa
• Sensori termici

I sensori ottici misurano assorbimento ed emissione, quelli di massa misurano la massa.

Componenti dei sensori

Sono costituiti da:

• Reattore: una cavità in grado di riconoscere e interagire con l'analita in base a reazioni chimiche o tramite proprietà fisiche. La massima interazione tra molecola e reattore consente di catturare una elevata quantità di analita, il sensore è molto sensibile.
• Trasduttore: trasforma l'informazione chimica in un segnale elettrico basandosi su certi principi fisici o chimico-fisici e amplifica il segnale.
• Attuatori (extra): trasforma un input (segnale elettrico sostanzialmente) in un'azione (es.: motore)

Interazione tra analita e recettore

Analita: X

Recettore: S

Quando tra i due c'è interazione si forma X-S e si misura il grado di formazione della molecola.

X + S ↔ X-S

ΔG⁰ = 0

k = a_xs/a_s

Se l'equilibrio è spostato a destra, si ha forte interazione e il sensore è molto sensibile anche a basse concentrazioni.

Se è substrato con molti recettori, sulla superficie del sensore l'attività dei recettori è: a_s + a_xs.

Il recettore ha attività a_T = a_s + a_xs

a_s = a_T - a_xs

k = a_xs / a_x(a_T - a_xs)

S mi dà il segnale corrispondente alla sua attività:

a_xs = k a_x (a_T - a_xs) = ka_xa_T - ka_xa_xs

a_xs (1 + ka_x) = ka_xa_T

a_xs = ka_xa_T / (1 + ka_x) → il segnale è dato solo da a_xs.

① ka_x >>> 1 → a_xs = a_T

Il segnale raggiunge un valore costante. La forte interazione satura tutti i siti, non è più sensibile a nessuna vari_x. Diventa inutilizzabile.

② ka_x <<< 1 → a_xs = ka_xa_T ≈ cost.a_x

L'equilibrio non è molto spostato a destra, c'è andamento lineare.

In certe situazioni una forte interazione è voluta, altre volte no perché anche se k è basso posso lavorare a bassi segnali e basse concentrazioni di x.

Un'altra K sezione se ho alte concentrazioni di x, ma dipende sempre dal sistema e dal range di concentrazioni che si desidera esplorare.

Sensori potenziometrici (elettrochimici)

ε = ε^o + _RT/^nF ln _[ox]/^[red]

ε = ε^o + _RT/^nF ln a_ox/^a_red = ε^o + _RT/^nF ln s_ox[ox[x]]/_sred[red] = = ε^o + _RT/^nF ln s_ox/^s_red + _RT/^nF ln _[ox]/^[red] = ε^o' + _RT/^nF ln _[ox]/^[red]

Non varia molto xk'è la conc non varia molto.

Sono sensori potenziometrici le celle galvaniche dove una semicella a potenziale incognito è accoppiata con una semicella di riferimento a potenziale noto.

Misuro la sequale sapendo che il potenziale dell'elettrodo di riferimento è fisso e noto.

Δε_cella = E_{m + imp} - E_rif - E_js

Dove E_js è il potenziale dovuto