আপনি ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেন্সর সম্পর্কে কি জানেন

ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেন্সর হল একধরনের সেন্সর যা অ্যানালাইটের ইলেকট্রোকেমিক্যাল বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে এবং রাসায়নিক পরিমাণকে ইলেকট্রিক্যাল পরিমাণে রূপান্তর করে ধরণ এবং ডিটেকশনের জন্য।

সর্বপ্রথম ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেন্সর ১৯৫০-এর দশকে অক্সিজেন নিরীক্ষণের জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল। এবং ১৯৮০-এর দশকে, এগুলি বিস্তৃত জাতীয় বিষাক্ত গ্যাস নিরীক্ষণের জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল এবং উত্তম সংবেদনশীলতা এবং নির্বাচনশীলতা প্রদর্শন করেছিল।

আই. ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেন্সরের কাজের তত্ত্ব

ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেন্সর পরিমাপকৃত গ্যাসের সাথে রাসায়নিকভাবে বিক্রিয়া করে এবং গ্যাস আঞ্চলিকতার সমানুপাতিক একটি ইলেকট্রিক্যাল সংকেত উৎপাদন করে। অধিকাংশ ইলেকট্রোকেমিক্যাল গ্যাস সেন্সর গ্যাস আঞ্চলিকতার সমানুপাতিক বর্তমান উৎপাদন করে।

একটি ইলেকট্রোকেমিক্যাল গ্যাস সেন্সর নিম্নলিখিতভাবে কাজ করে: লক্ষ্য গ্যাসের অণুগুলো প্রথমে সেন্সরের সাথে যোগাযোগ করে, যা একটি ডায়াফ্রেম দিয়ে যায় যা কনডেনসেশনকে রোধ করে এবং এটি ধুলোর বাধা হিসাবেও কাজ করে। তারপরে গ্যাসের অণুগুলো একটি ক্যাপিলেরি টিউব এর মধ্য দিয়ে ছড়িয়ে পড়ে, সম্ভবত একটি অতিরিক্ত ফিল্টার এর মধ্য দিয়ে, এবং তারপরে একটি হাইড্রোফোবিক মেমব্রেন এর মধ্য দিয়ে চুম্বকীয় ইলেক্ট্রোডের উপরে যায়। সেখানে অণুগুলো তৎক্ষণাৎ অক্সিডেশন বা রিডাকশন হয়, যা ইলেকট্রন উৎপাদন বা ব্যবহার করে একটি বৈদ্যুতিক বর্তনী তৈরি করে।

এটি মনে রাখা গুরুত্বপূর্ণ যে এইভাবে সেন্সরে প্রবেশকারী গ্যাস অণুর পরিমাণ ক্যাপিলেরি মধ্যে ডিফিউশন দ্বারা সীমিত। পথটি অপটিমাইজ করে নির্দিষ্ট পরিমাপ জন্য উপযুক্ত বৈদ্যুতিক সংকেত পাওয়া যায়। সেন্সিং ইলেক্ট্রোডের ডিজাইনটি লক্ষ্য গ্যাসের প্রতি উচ্চ প্রতিক্রিয়াশীলতা অর্জন এবং ব্যাঘাতকারী গ্যাসের অনাভিলষিত প্রতিক্রিয়া চাপা দেওয়ার জন্য গুরুত্বপূর্ণ। এটি ঠিকানা, তরল এবং গ্যাসের জন্য তিন-ধাপের ব্যবস্থা জড়িত এবং সবগুলোতেই অ্যানালাইট গ্যাসের রাসায়নিক চিহ্নিতকরণ জড়িত। ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেলটি তাকে বলা হয় কাউন্টার ইলেক্ট্রোড বা কন্ট ইলেক্ট্রোড দ্বারা সম্পূর্ণ হয়, যা সেন্সিং ইলেক্ট্রোডের প্রতিক্রিয়া সাম্য রাখে। কন্ট ইলেক্ট্রোড এবং সেন ইলেক্ট্রোডের মধ্যে আয়নিক বর্তমান সেন্সরের শরীরের ভিতরে ইলেকট্রোলাইট দ্বারা বহন করা হয়, যখন বর্তমান পথটি একটি পিন কানেক্টর দ্বারা সমাপ্ত তার মাধ্যমে প্রদান করা হয়। ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেন্সরে (3-ইলেক্ট্রোড সেন্সর) সাধারণত তৃতীয় ইলেক্ট্রোড অন্তর্ভুক্ত করা হয়। একটি তাকে বলা হয় রেফারেন্স ইলেক্ট্রোড যা সেন্সিং ইলেক্ট্রোডের স্থিতিশীলতা নির্দিষ্ট মানে রাখে। এই উদ্দেশ্যে এবং সাধারণত ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেন্সর চালু করতে একটি স্থিতিশীল বিভব বৃত্ত প্রয়োজন।

২. একটি ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেনসরের উপাদান

ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেনসর নিম্নলিখিত চারটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান থেকে গঠিত:

১. বায়ুপ্রবাহী মেমব্রেন (অন্যথায় জলবিঘ্নকারী মেমব্রেন): এই মেমব্রেনগুলি অনুভূতি করা (ক্যাটালিটিক) ইলেকট্রোডগুলিকে আচ্ছাদিত করতে ব্যবহৃত হয় এবং কিছু ক্ষেত্রে ইলেকট্রোডের পৃষ্ঠে পৌঁছানো গ্যাসের অণুভার নিয়ন্ত্রণ করে। সাধারণত, এই মেমব্রেনগুলি কম পরিবহনশীলতাসম্পন্ন টেফ্লন ফিল্ম থেকে তৈরি হয়। যখন এই মেমব্রেনগুলি ইলেকট্রোডকে আচ্ছাদিত করতে ব্যবহৃত হয়, তখন সেনসরগুলিকে আচ্ছাদিত সেনসর হিসেবে উল্লেখ করা হয়। বিকল্পভাবে, উচ্চ পরিবহনশীলতাসম্পন্ন টেফ্লন ফিল্ম এবং একটি ক্যাপিলারি ব্যবহার করা যেতে পারে যা ইলেকট্রোডের পৃষ্ঠে পৌঁছানো গ্যাসের অণুভার নিয়ন্ত্রণ করে। এই ব্যবস্থাকে ক্যাপিলারি টাইপ সেনসর হিসেবে জানা হয়। সেনসরের যান্ত্রিক সুরক্ষা প্রদানের পাশাপাশি, ফিল্মটি ফিল্টার হিসেবেও কাজ করে এবং অপ্রয়োজনীয় কণাগুলি বাদ দেয়। যথেষ্ট অণুভারের গ্যাসকে অতিক্রম করতে দেওয়ার জন্য মেমব্রেন এবং ক্যাপিলারির জন্য উপযুক্ত অ্যাপারচার সাইজ নির্বাচন করা খুবই গুরুত্বপূর্ণ। অ্যাপারচার সাইজটি অনুভূতি ইলেকট্রোডে যথেষ্ট গ্যাস অণু পৌঁছাতে দেওয়ার এবং তরল ইলেকট্রোলাইটের রসায়ন বা দ্রুত শুকনো রোধ করতে হবে।

২. ইলেকট্রোড: ইলেকট্রোড মatrial এর সঠিকভাবে নির্বাচন করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। ঐ মatrial হতে হবে catalytic, যা দীর্ঘ সময় জুড়ে আংশিক ইলেকট্রোলাইটিক বিক্রিয়া পরিচালনা করতে সক্ষম। সাধারণত, ইলেকট্রোডগুলি প্লেটিনাম বা গোল্ড মতো মূল্যবান ধাতু থেকে তৈরি হয়, যা gas molecules এর সাথে catalysis মাধ্যমে কার্যকরভাবে react করে। সেন্সরের design এর উপর নির্ভর করে, তিনটি ইলেকট্রোড বিভিন্ন materials থেকে তৈরি হতে পারে যা electrolysis reaction পরিচালনা করতে সহায়তা করবে।

৩. ইলেকট্রোলাইট: ইলেকট্রোলাইট হতে হবে এমন যা electrolytic reactions পরিচালনা করতে সক্ষম এবং ionic charge কে electrode তে কার্যকরভাবে transduce করতে পারে। এছাড়াও, এটি reference electrode এর সাথে stable reference potential তৈরি করতে সক্ষম হতে হবে এবং sensor এর ভিতরে ব্যবহৃত materials এর সাথে compatible হতে হবে। এছাড়াও, ইলেকট্রোলাইটের rapid evaporation সেন্সর signal কে weaken করতে পারে, যা এর accuracy এবং reliability কে ঝুঁকিতে ফেলতে পারে।

৪. ফিল্টার: সাধারণত, স্ক্রাবার ফিল্টার সেন্সরের আগে স্থাপন করা হয় অপ্রয়োজনীয় গ্যাস বাদ দেওয়ার জন্য। ফিল্টারের নির্বাচন সসীম, প্রতি ধরনের ফিল্টারের ভিন্ন ভিন্ন কার্যকারিতা রয়েছে। একটি ফিল্টার ম্যাটেরিয়াল হিসেবে একটি উদাহরণ হল একটি অ্যাকটিভেটেড কার্বন, যা অধিকাংশ রাসায়নিক পদার্থ ফিল্টার করতে পারে, কার্বন মনোক্সাইড বাদে। উপযুক্ত ফিল্টার মিডিয়া নির্বাচনের মাধ্যমে, ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেন্সর তাদের লক্ষ্য গ্যাসের জন্য বেশি নির্বাচনশীল হয়।

ⅲ. ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেন্সরের শ্রেণীবিভাগ

ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেন্সরকে শ্রেণীবদ্ধ করার জন্য অনেক উপায় রয়েছে। তাদের বিভিন্ন আউটপুট সিগন্যালের উপর ভিত্তি করে, তারা পটেনশিয়ালমেট্রিক সেন্সর, অ্যাম্পারোমেট্রিক সেন্সর এবং কনডাক্টোমেট্রিক সেন্সর এই তিনটি শ্রেণীতে বিভক্ত হতে পারে।

ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেন্সর দ্বারা নির্ণয়কৃত পদার্থের উপর ভিত্তি করে, ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেন্সরকে মূলত আয়ন সেন্সর, গ্যাস সেন্সর এবং বায়োসেন্সর এই তিনটি শ্রেণীতে শ্রেণীবদ্ধ করা যায়।

ⅳ. প্রধান বৈশিষ্ট্য এবং প্রভাবকারী উপাদান

১. সংবেদনশীলতা

সেন্সিটিভিটি প্রভাবিত করে যে মূল উপাদানগুলি তা হল: ক্যাটালাইস্ট একটিভিটি, বায়ু গ্রহণ, ইলেকট্রোলাইট চালকতা এবং পরিবেশের তাপমাত্রা।

২. প্রতিক্রিয়া পুনরুদ্ধার

প্রতিক্রিয়া পুনরুদ্ধারের গতি প্রভাবিত করে যে মূল উপাদানগুলি তা হল: ক্যাটালাইস্ট একটিভিটি, ইলেকট্রোলাইট চালকতা, গ্যাস চেম্বার গঠন, গ্যাসের বৈশিষ্ট্য ইত্যাদি।

৩. নির্বাচনিতা/ক্রস-অন্তর্বাধা

নির্বাচনিতা প্রভাবিত করে যে মূল উপাদানগুলি তা হল: ক্যাটালাইস্টের ধরন, ইলেকট্রোলাইট, পক্ষপাত ভোল্টেজ, ফিল্টার ইত্যাদি।

৪. পুনরাবৃত্তি/দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা

পুনরাবৃত্তি প্রভাবিত করে যে উপাদানগুলি তা হল: ইলেক্ট্রোড গঠনের স্থিতিশীলতা, ইলেকট্রোলাইট স্থিতিশীলতা, গ্যাস পথের স্থিতিশীলতা ইত্যাদি।

৫. উচ্চ ও নিম্ন তাপমাত্রা পারফরম্যান্স

উচ্চ ও নিম্ন তাপমাত্রা স্থিতিশীলতায় প্রভাব ফেলে যে উপাদানগুলি তা হল: ক্যাটালাইস্ট একটিভিটি, ইলেক্ট্রোড গঠনের স্থিতিশীলতা এবং গ্যাসের বৈশিষ্ট্য।

ইলেকট্রোকেমিক্যাল সেন্সরের চারটি প্রধান অ্যাপ্লিকেশন

ইলেকট্রোকেমিকাল সেন্সর গ্যাস ডিটেকশনের শিল্পি এবং জনগণের কাছাকাছি অঞ্চলে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়, এগুলি অজীবন, ফর্মালডিহাইড, কার্বন মনোক্সাইড, অ্যামোনিয়া, হাইড্রোজেন সালফাইড, সালফার ডাইঅক্সাইড, নাইট্রোজেন ডাইঅক্সাইড, অক্সিজেন এবং অন্যান্য গ্যাস ডিটেক্ট করতে পারে, এগুলি সাধারণত পোর্টেবল যন্ত্রপাতি এবং গ্যাস অনলাইন মনিটরিং যন্ত্রপাতিতে ব্যবহৃত হয়।

১. মোটিউরিটি সেন্সর

আর্দ্রতা বায়ু পরিবেশের একটি গুরুত্বপূর্ণ সূচক। বায়ুর আর্দ্রতা এবং মানবদেহের মধ্যে বaporization তাপের সাথে ঘনিষ্ঠ সম্পর্ক রয়েছে। উচ্চ তাপমাত্রা এবং উচ্চ আর্দ্রতার কারণে মানবদেহের জল বাষ্পীভবনের সমস্যা হয় এবং অস্বস্তি অনুভব করে। নিম্ন তাপমাত্রা এবং উচ্চ আর্দ্রতার কারণে মানবদেহের তাপ শীতল হওয়ার প্রক্রিয়া বেশ তীব্র হয়, যা শীত এবং ছাটাল সৃষ্টি করতে পারে। মানবদেহের জন্য সবচেয়ে উপযুক্ত তাপমাত্রা ১৮~২২℃ এবং আপেক্ষিক আর্দ্রতা ৩৫%~৬৫% RH। পরিবেশ এবং স্বাস্থ্য নিরীক্ষণে, সাধারণত wet bulb thermo-hygrometer, হ্যান্ড-ক্র্যাঙ্কেড hygrometer এবং ভেন্টিলেশন hygrometer এবং অন্যান্য যন্ত্র ব্যবহৃত হয় বায়ুর আর্দ্রতা নির্ধারণের জন্য।

গত কয়েক বছরে, সেন্সর ব্যবহার করে বায়ুর নির্দিষ্ট আর্দ্রতা নির্ণয়ের জন্য অনেক লিটারেচার প্রকাশিত হয়েছে। আপেক্ষিক আর্দ্রতা নির্ণয়ের জন্য ব্যবহৃত কোটেড পাইয়েলেকট্রিক কুয়ার্টজ ক্রিস্টल ফটোলিথোগ্রাফি এবং রসায়নিক ইটিং পদ্ধতি ব্যবহার করে ছোট কুয়ার্টজ পাইয়েলেকট্রিক ক্রিস্টল তৈরি করা হয়, এবং চারটি পদার্থ AT-কাট 10 MHz কুয়ার্টজ ক্রিস্টলে কোট করা হয়, যা আর্দ্রতার উপর ভারী সংবেদনশীল। ক্রিস্টলটি একটি অস্পষ্ট বৈদ্যুতিক পরিপথের রেসোনেটর যার ফ্রিকোয়েন্সি ভরের সাথে পরিবর্তিত হয়, এবং উপযুক্ত কোট নির্বাচন করে সেন্সরটি বিভিন্ন গ্যাসের আপেক্ষিক আর্দ্রতা নির্ণয়ের জন্য ব্যবহৃত হতে পারে। সেন্সরের সংবেদনশীলতা, প্রতিক্রিয়া রেখাংকন, প্রতিক্রিয়া সময়, নির্বাচনিতা, হিস্টেরিসিস এবং জীবনকাল কোটেড রাসায়নিকের ধরনের উপর নির্ভর করে।

2, নাইট্রোজেন অক্সাইড সেন্সর

আزোট অক্সাইড হল আজোটের বিভিন্ন অক্সাইডের একটি মিশ্রণ, যা সাধারণত NOX হিসাবে প্রকাশ করা হয়। আজোট অক্সাইডে, বিভিন্ন আকারের আজোট অক্সাইডের রাসায়নিক স্থিতিশীলতা ভিন্ন হয়, এবং বায়ুতে এটি সাধারণত রাসায়নিক গুণের উপর ভিত্তি করে আজোট মোনোক্সাইড এবং ডাইঅক্সাইডে বিভক্ত হয়, যাদের স্বাস্থ্যসম্পর্কিত গুরুত্ব অন্যান্য আকারের আজোট অক্সাইডের তুলনায় বেশি বলে মনে করা হয়।

পরিবেশ বিশ্লেষণে, নাইট্রোজেন অক্সাইড সাধারণত নাইট্রোজেন ডাই옥্সাইডকে বোঝায়। চীনের নাইট্রোজেন অক্সাইড নিরীক্ষণের মানকিন পদ্ধতি হল ন্যাফথালিন এথিলেনডাইamine হাইড্রোক্লোরাইডের ক্রমাত্মক পদ্ধতি, এই পদ্ধতির বিশ্বসनীয়তা ০.২৫ মাইক্রোগ্রাম/৫ মিলি, পরিবর্তন গুণাঙ্কের পদ্ধতি শোষক দ্রবণের উপাদান, নাইট্রোজেন ডাইঅক্সাইডের আয়ন ঘনত্ব, গ্যাস সংগ্রহের গতি, শোষক টিউবের গঠন, সহ-আয়নের উপস্থিতি এবং তাপমাত্রা এবং অনেক অন্যান্য উপাদানের দ্বারা প্রভাবিত হয়, যা সম্পূর্ণরূপে একাধিক নয়। সেন্সর নির্ধারণ হল সাম্প্রতিক বছরগুলিতে বিকশিত একটি নতুন পদ্ধতি।

3, হাইড্রোজেন সালফাইড গ্যাস সেন্সর

হাইড্রোজেন সালফাইড একটি রংহীন, জ্বলনশীল গ্যাস যা একটি বিশেষ ভাঙা ডিমের গন্ধ ছড়িয়ে দেয়, যা উত্তেজনাকারী এবং অস্ফুটকর এবং মানুষের শরীরের জন্য হানিকারক। বেশিরভাগ পদ্ধতি বায়ুতে হাইড্রোজেন সালফাইড নির্ধারণের জন্য ক্যালরিমিট্রি এবং গ্যাস ক্রোমাটোগ্রাফি ব্যবহার করে। বায়ু পরিবেশকারী পদার্থের নির্ধারণ, যার পরিমাণ অনেক সময় mg/m³ স্তরে থাকে, এটি গ্যাস সেন্সরের প্রধান অ্যাপ্লিকেশনগুলির মধ্যে একটি, কিন্তু সেমিকন্ডাক্টর গ্যাস সেন্সর নির্দিষ্ট পরিবেশকারী গ্যাস নিরীক্ষণের জন্য সংবেদনশীলতা এবং নির্বাচনশীলতা আবশ্যকতা পূরণ করতে পারে না কিছু সময়ের মধ্যে।

সিল버-ডপড থিন-ফিল্ম সেন্সর অ্যারেটি চারটি সেন্সর দ্বারা গঠিত যা সালফার ডাই옥্সাইড এবং হাইড্রোজেন সালফাইডের পানির মাত্রা একই সাথে রেকর্ড করে কুলোমেট্রিক টাইট্রেশন ভিত্তিক সার্বিক এনালাইজার এবং সেমিকন্ডাক্টর গ্যাস সেন্সর অ্যারে থেকে সংকেত ব্যবহার করে। অনুশীলন দেখায় যে 150 °C তাপমাত্রায় ধ্রুব তাপমাত্রায় ব্যবহৃত সিলভার-ডপড থিন-ফিল্ম সেন্সর শহুরে বায়ুতে হাইড্রোজেন সালফাইডের মাত্রা নিরীক্ষণের জন্য কার্যকর।

৪. সালফার ডাইオক্সাইড সেন্সর

সালফার ডাইオক্সাইড হল একটি প্রধান পদার্থ যা বাতাসকে দূষিত করে, এবং বাতাসে সালফার ডাইঅক্সাইড খুঁজে বার করা বাতাসের পরীক্ষা করার একটি নিয়মিত অংশ। সেন্সর ব্যবহার সালফার ডাইঅক্সাইড নিরীক্ষণে মাত্রার কমতি থেকে নির্ধারণের সময় কমানো পর্যন্ত উল্লেখযোগ্য উপকারিতা প্রদর্শন করেছে। ঠিকানা আদেশ এবং তুলনামূলক ইলেক্ট্রোডের জন্য আইন বিনিময় মেমব্রেন হিসেবে ঘন পলিমার ব্যবহৃত হয়, যার একটি পাশে অভ্যন্তরীণ ইলেক্ট্রোলাইট রয়েছে, এবং অন্য পাশে একটি প্লেটিনাম ইলেক্ট্রোড সংযুক্ত করা হয় যা সালফার ডাইঅক্সাইড সেন্সর গঠন করে। ০.৬৫ভি ভোল্টেজে সেন্সরটি ফ্লো সেলে স্থাপিত হয় এবং সালফার ডাইঅক্সাইডকে অক্সিডেশন করে। তারপর সালফার ডাইঅক্সাইডের মাত্রা নির্দেশ করা হয়। এই নির্দেশনা যন্ত্রটি উচ্চ বর্তমান সংবেদনশীলতা, ছোট প্রতিক্রিয়া সময়, ভাল স্থিতিশীলতা, কম পটভূমি শব্দ, ০.২ মিমোল/এল এর রৈখিক পরিধি, ৮*১০^-৬ মিমোল/এল এর নির্ধারণ সীমা এবং ৩ সংকেত-শব্দ অনুপাত প্রদর্শন করে।

এই সেন্সর শুধুমাত্র বায়ুতে ডাই-সালফার অক্সাইড পরিমাপ করতে পারে না, বরং এটি কম চালকতা বিশিষ্ট দ্রব্যে ডাই-সালফার অক্সাইড পরিমাপ করতেও ব্যবহৃত হতে পারে। ওর্গানিকলি মডিফায়্ড সিলিকেট থিন ফিল্ম ডাই-সালফার অক্সাইড গ্যাস সেন্সরের গ্যাস-সেনসিটিভ কোটিং গঠন করা হয়েছে সল-জেল প্রক্রিয়া এবং স্পিন প্রযুক্তি ব্যবহার করে। এই কোটিং ডাই-সালফার অক্সাইড নির্ধারণে উত্তম পুনরাবৃত্তি এবং বিপরীত ব্যবহারের ক্ষমতা দেখায়, এবং এর প্রতিক্রিয়া সময় ২০ সেকেন্ডের কম। এছাড়াও, এটি অন্যান্য গ্যাসের সাথে খুব কম মাত্রায় বিক্রিয়াশীল এবং তাপমাত্রা এবং আদ্রতার পরিবর্তনের দ্বারা খুব কম প্রভাবিত হয়।