آپ کو ایلیکٹرو کیمیکل سینسرز کے بارے میں کیا پتہ ہے؟

الیکٹروکیمیکل سینسر وہ قسم کا سینسر ہے جو انالیٹ کی الیکٹروکیمیکل خصوصیتوں پر مبنی ہوتا ہے تاکہ شیمیائی مقدار کو سینس اور ڈیٹیکشن کے لئے الیکٹریکل مقدار میں تبدیل کیا جائے۔

سب سے پہلے الیکٹروشیمیکل سنسرز 1950 کی دہائی تک واپس جاتے ہیں، جب انہوں نے اکسیجن کی نگرانی کے لئے استعمال کیا۔ اور 1980 کی دہائی تک، جب انہوں نے وسیع طور پر مختلف مضر گیسوں کی نگرانی کے لئے استعمال کیا اور بہتر حساسیت اور منتخبی ظاہر کی۔

ⅰ. الیکٹروشیمیکل سنسر کا کام کرنے کا اصول

الیکٹروشیمیکل سنسرز کام کرتے ہیں ان گیسوں کے ساتھ راساینی طور پر تفاعل کرتے ہوئے جو ناپی جارہی ہیں اور گیس کی تراکم کے تناسب الیکٹرک سائنل پیدا کرتے ہیں۔ اکثر الیکٹروشیمیکل گیس سنسرز وہ جریان پیدا کرتے ہیں جو گیس کی تراکم کے تناسب خطی طور پر حساس ہوتے ہیں۔

ایک الیکٹرو کیمیائی گیس سنسر اس طرح کام کرتا ہے: گیس کے مolecules سنسر سے ملا کر پہلے ایک دھارانہ جو ڈROPs کو روکنے اور ڈسٹ برائر کے طور پر بھی کام کرتا ہے، سے گذرتے ہیں۔ پھر گیس کے molecules ایک capillary pipe سے ڈھیر سے گذرتے ہیں، شاید ایک بعدی filter سے، اور پھر ایک hydrophobic membrane سے sensing electrode کی سطح تک پہنچ جاتے ہیں۔ وہاں ان molecules کو فوری طور پر oxidised یا reduced کردیا جاتا ہے، جس سے electrons کی تولید یا consumption ہوتی ہے اور اس طرح ایک electric current تیار ہوتی ہے۔

یہ ذکر کرنے لایق ہے کہ گیس کے مolecules کی تعداد جو سینسر میں اس طرح داخل ہوتی ہے، وہ capillary کے ذریعے diffusion سے محدود ہے۔ راستے کو بہتر بنانے سے، مطلوبہ پیمانہ دائرے کے مطابق مناسب برقی سัญا حاصل ہوتی ہے۔ target گیس کے لئے high responsiveness حاصل کرنے اور interfering گیس کے غیر مرغوب reactions کو زبردست کرنے کے لئے sensing electrode کا ڈیزائن ضروری ہے۔ یہ three-stage system solids، liquids اور gases کے لئے ہے، اور تمام analyte gas کی شناخت chemical identification پر مشتمل ہے۔ electrochemical cell counter electrode، جو Cont electrode کہلاتی ہے، سنسنگ electrode پر reaction کو balance کرتی ہے۔ Cont electrode اور Sen electrode کے درمیان ionic current sensor body کے اندر electrolyte کے ذریعے transport ہوتا ہے، جبکہ current path wire کے ذریعے provide ہوتا ہے جو pin connector سے terminate ہوتا ہے۔ electrochemical sensors میں عام طور پر third electrode شامل کی جاتی ہے (3-electrode sensors)۔ reference electrode کا استعمال sensing electrode کے potential کو fixed value پر maintain کرنے کے لئے کیا جاتا ہے۔ اس مقصد کے لئے اور عام طور پر electrochemical sensors کے عمل کے لئے constant potential circuit ضروری ہے۔

ⅱ. ایک الیکٹرو کیمیائی سینسر کے مكونات

الیکٹرو کیمیائی سینسر میں مندرجہ ذیل چار بنیادی مكونات شامل ہوتے ہیں:

1. سانس لیتے ہوئے فلمیں (جو کہ hydrophobic فلمیں بھی کہلاتی ہیں): یہ فلمیں حس کرنے والے (کیٹالٹک) الیکٹروڈز کو چڑھائی دینے کے لیے استعمال ہوتی ہیں اور کچھ موقع پر گیسوں کے مولیکیولر وزن کو ضبط کرتی ہیں جو الیکٹروڈ کی سطح تک پہنچتے ہیں۔ عام طور پر، یہ فلمیں کم پوروسٹی کے ساتھ Teflon فلموں سے بنائی جاتی ہیں۔ جب یہ فلمیں الیکٹروڈز کو چڑھانے کے لیے استعمال ہوتی ہیں تو سنسور کو coated سنسور کہا جاتا ہے۔ اس کے علاوہ، زیادہ پوروسٹی کی Teflon فلم اور ایک کیپیلر کا استعمال کیا جا سکتا ہے تاکہ گیس کے مولیکیولر وزن کو ضبط کیا جا سکے جو الیکٹروڈ کی سطح تک پہنچتا ہے۔ اس تنظیم کو کیپیلر ٹائپ سنسور کہا جاتا ہے۔ سنسور کے لیے مکانیکی حفاظت فراہم کرنے کے علاوہ، فلم کا کام فلٹر بھی ہوتا ہے جو غیر مرغوب ذرات کو نکال دیتا ہے۔ یہ ضروری ہے کہ فلم اور کیپیلر دونوں کے لیے مناسب آپرچر سائز منتخب کیا جائے تاکہ گیس کا مناسب مولیکیولر وزن گذاری کی جانے دیا جاسکے۔ آپرچر سائز کافی گیس مولیکیولوں کو حس کرنے والے الیکٹروڈ تک پہنچنے دینا چاہئے جبکہ رقیق الیکٹرولائٹ کی ریلیج یا تیزی سے خشک ہونے سے روکنا چاہئے۔

2. الیکٹروڈ: الیکٹروڈ متریل کا انتخاب جicarefully کرنا ضروری ہے۔ وہ متریل کیتالسٹک ہونا چاہئے، جو طویل عرصے تک نصف الیکٹرولائٹیک ریکشن کرنے میں قابل ہو۔ عام طور پر، الیکٹروڈز قیمتی میٹیلز سے بنائے جاتے ہیں، جیسے پlatinum یا gold، جو گیس مولیکلز کے ساتھ کاریبیا کے ذریعے موثر طور پر تفاعل کرتے ہیں۔ سینسر کے ڈیزائن پر مبنی، تین الیکٹروڈز مختلف متریلز سے بنائے جاسکتے ہیں تاکہ الیکٹرولائٹیک ریکشن کو آسان بنایا جاسکے۔

3. الیکٹرولائٹ: الیکٹرولائٹ کو الیکٹرولائٹیک ریکشن فیصلہ کرنے اور الیکٹروڈ تک آئونک چارج کو موثر طور پر تبدیل کرنے کے لیے قابل ہونا چاہئے۔ یہ بھی حوالہ الیکٹروڈ کے ساتھ ثابت رفرنس پotentیل بنانا چاہئے اور سینسر کے اندر استعمال شدہ متریلز سے مطابقت رکھنا چاہئے۔ الیکٹرولائٹ کی تیزی سے خشک ہونے سے سینسر سignal کمजور ہوسکتا ہے، جو اس کی صحتوریاضبطی کو متاثر کرسکتا ہے۔

4. فلٹرز: بعضیں بار، سکربر فلٹرز سینسر کے آگے رکھے جاتے ہیں تاکہ غیر مرادف گیسوں کو ختم کیا جا سکے۔ فلٹروں کا انتخاب محدود ہے، ہر قسم کی کثرت کے سطح پر الگ الگ عمل دکھاتی ہے۔ فعال کول ٹن سب سے زیادہ استعمال ہونے والی فلٹر مواد ہے، جو اکثر تمام کیمیائیات کو فلٹر کرتی ہے، کاربن مونو آکسائیڈ کے علاوہ۔ مناسب فلٹر مدیا کی طرف سے دقت سے انتخاب کرنے سے، الیکٹروکیمیکل سینسرز اپنے مرادف گیسوں کی طرف زیادہ منتخبی حاصل کرتے ہیں۔

ⅲ. الیکٹروکیمیکل سینسر کی تصنیف

الیکٹروکیمیکل سینسرز کو تصنیف کرنے کے بہت سے طریقے ہیں۔ ان کے متغیر آؤٹ پٹ سگنلز پر مبنی، انہیں پوٹینٹیومیٹرک سینسرز، ایمپیرومیٹرک سینسرز، اور کانڈکٹومیٹرک سینسرز میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔

الیکٹروکیمیکل سینسرز کے ذریعے ڈیٹیکٹ ہونے والے مادے کے مطابق، الیکٹروکیمیکل سینسرز کو ایون سینسرز، گیس سینسرز اور بائوسینسرز میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔

ⅳ. اہم خصوصیات اور مؤثر عوامل

1. حساسیت

اہم عوامل جو حساسیت پر تاثیر ورکتے ہیں میں شامل ہیں: کیٹلیسٹ کی سرگرمی، ہوا داخل کرنا، الیکٹرولائٹ کانڈکٹیونٹی، اور محیطی درجہ حرارت۔

2. ریپونس بازیابی

ریپونس بازیابی کی رفتار کو متاثر کرنے والے اہم عوامل کیٹلیسٹ کی سرگرمی، الیکٹرولائٹ کانڈکٹیونٹی، گیس چیمبر کی ترتیب، گیس کے خصوصیات، اور غیرہ ہیں۔

3. منتخبیت/ Cross-interference

انتخابیت پر تاثیر ورکنے والے اہم عوامل میں کیٹلیسٹ کا قسم، الیکٹرولائٹ، بایاس ولٹیج، فلٹر، اور غیرہ شامل ہیں۔

4. دوبارہ شروعات/ لمبی مدت کی ثبات

دوبارہ شروعات کو متاثر کرنے والے عوامل شامل ہیں: الیکترود کی ترتیب کی ثبات، الیکٹرولائٹ کی ثبات، گیس سرکٹ کی ثبات، اور غیرہ۔

5. اوچھی اور نیچھی درجہ حرارت کی عملیت

اوچھی اور نیچھی درجہ حرارت کی ثبات کو متاثر کرنے والے عوامل شامل ہیں: کیٹلیسٹ کی سرگرمی، الیکترود کی ترتیب کی ثبات، اور گیس کے خصوصیات۔

و. الیکٹروکیمیکل سنسرز کے چار اہم استعمالات

الیکٹرو کیمیائی سینسز گیس ڈیٹیکشن کے صنعتی اور شہری علاقوں میں وسیع طور پر استعمال ہوتے ہیں، انہیں اوzone، فارمالڈیھائیڈ، کاربن مونو آکسائیڈ، ایمونیا، ہائیڈرجن سلفاڈے، سلیفور دآکسائیڈ، نائیٹروژن ڈائی آکسائیڈ، اکسیجن اور دیگر گیسوں کا پتہ لگانا ہوتا ہے، جو عام طور پر پورٹبل انجنئرنگ اور گیس آن لاائن مانیٹرنگ انجنئرنگ میں استعمال ہوتے ہیں۔

1. Moisture Sensor

رطوبت ہوا کے ماحول کا ایک اہم سند ہے، ہوا کی رطوبت اور انسانی جسم کے درمیان بخیری گرمی کے ساتھ قریبی تعلق ہے۔ اوپری درجہ حرارت اور زیادہ رطوبت کی صورت میں، انسانی جسم کے پانی کی بخیری مشکل ہو جاتی ہے اور اس وجہ سے دباؤ محسوس ہوتا ہے۔ نیچے کی درجہ حرارت اور زیادہ رطوبت کی صورت میں، انسانی جسم کی گرمی کم کرنے کا عمل شدید ہوتا ہے، جس سے سارڈی اور فروست باٹ کی شدید حالات پیدا ہو سکتی ہیں۔ انسانی جسم کے لئے مناسب ترین درجہ حرارت 18~22℃ ہے، اور نسبی رطوبت 35%~65% RH ہے۔ ماحول اور صحت کی نگرانی میں، عام طور پر گرما-رطوبت میٹر (wet bulb thermo-hygrometer)، ہاتھ کے ساتھ چلنے والے رطوبت گنجائش (hand-cranked hygrometer) اور وینٹیشن ہیگرومیٹر جیسے اوزار استعمال ہوتے ہیں تاکہ ہوا کی رطوبت کی تصدیق کی جا سکے۔

اب تک کے سالوں میں، ہumidity جانچنے کے لئے sensors کے استعمال پر بہت ساری literature reports آئی ہیں۔ relative humidity جانچنے کے لئے استعمال ہونے والے coated piezoelectric quartz crystals کو photolithography اور chemical etching techniques سے small quartz piezoelectric crystals بنایا جاتا ہے، اور AT-cut 10 MHz quartz crystals پر چار مواد کو coating کیا جاتا ہے، جو humidity کے لئے high mass sensitivity رکھتا ہے۔ crystal ایک oscillating circuit میں resonator ہوتا ہے جس کی frequency mass کے ساتھ بदلتی ہے، اور مناسب coating کے انتخاب سے، sensor مختلف gases کی relative humidity جانچنے کے لئے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ sensor کی sensitivity، response linearity، response time، selectivity، hysteresis اور lifetime coating chemicals کی nature پر منحصر ہے۔

2、نائٹروجن آکسائیڈ سنسر

آزوت اکسائید آزوت کے اکسائید کا ایک تنوع ہے جو گیسوں کی مخلوط سے بنा ہوتا ہے، اکثر NOX کے طور پر ظاہر کیا جاتا ہے۔ آزوت اکسائید میں، مختلف فارمز کی کیمیائی ثبات الگ-alگ ہوتی ہے، ہوا میں آبادی کی کیمیائی خصوصیات کے لحاظ سے نسبتاً ثابت آزوت مونوکسائڈ اور نائٹروژن ڈائی آکسائڈ میں تقسیم کیا جاتا ہے، ان کی صحت کی حیثیت سے دیگر فارمز کے مقابلے میں زیادہ اہمیت ہوتی ہے۔

محیطاتی تجزیہ میں، نیٹروجین آکسائیڈ عام طور پر نیٹروجن ڈائی آکسائیڈ کو ظاہر کرتا ہے۔ چین کا معیاری طریقہ نیٹروجن آکسائیڈز کی نگرانی کے لئے نافتھیلین اتھیلنیڈیامائن ہائیڈروکلائرائڈ کا رنگی طریقہ ہے، اس طریقہ کی حساسیت 0.25yg/5ml ہے، تبدیلی کے ضریب کا طریقہ خاص جوڑ کے تناسب، نیٹروجن ڈائی آکسائیڈ کی تراکم، گیس جمع کرنے کی رفتار، جذب کن ٹیوب کی ساخت، مشترکہ ہونے والے آئونز اور درجہ حرارت اور دیگر عوامل سے متاثر ہوتا ہے، پوری طرح متحد نہیں ہے۔ سینسر کی تجویز اخیر سالوں میں ترقی پذیر نئے طریقہ ہے۔

3، ہائیڈروجن سلائفائر گیس سینسر

ہائیڈرجن سلفاڈ ایک رنگ کم، جلاوطن گیس ہے جس کا خاص طور پر گندے انڈے کا بو ہوتا ہے، جو تیزی سے آپس میں واٹر کرتا ہے اور انسانی جسم کے لئے نقصان دہ ہے۔ اکثر طریقے کیلومیٹری اور گیس کروماتوگرافی کا استعمال کرتے ہیں تاکہ ہوائی ہائیڈرجن سلفاڈ کی تصدیق کرنے کے لئے۔ ہوائی آلودگی کی تصدیق جو صرفت میں اکثر mg/m3 سطح تک پہنچ جاتی ہے، وہ گیس سینسرز کی بنیادی اطلاقات میں سے ایک ہے، لیکن سیمنڈکٹر گیس سینسرز کو شاید کچھ آلودہ گیسوں کی حفاظت کے لئے حساسیت اور منتخبی کی ضرورت پر فوری طور پر عمل کرنے کے لئے قابل نہیں ہیں۔

چاندی-ڈاپڈ ٹھنڈے فلم سینسر اری کو چار سینسر شامل ہیں جو سولفور ڈآکسائیڈ اور ہائیڈرجن سلفاڈ کی تراکیب کو یونیورسل اینیلائزر کے ذریعے کولومیٹرک ٹائٹریشن پر اساس بنا کر اور سیمنڈکٹر گیس سینسر اری کے سگنلز کو ریکارڈ کرتے ہیں۔ تجربہ ظاہر کرتا ہے کہ 150 °C درجہ حرارت پر مستقل طور پر استعمال کی جانے والی چاندی-ڈاپڈ ٹھنڈے فلم سینسرز شہری ہوا میں ہائیڈرجن سلفاڈ کی صرفت کو نگرانی کرنے کے لئے مؤثر ہیں۔

4. سلیفور ڈائی آکسائید سنسر

سلیفور ڈائی آکسائید ہوا کو آلودہ کرنے والے اہم پदارثوں میں سے ایک ہے، اور ہوا میں سلیفور ڈائی آکسائید کا پتہ لگانا ہوا کی جانچ کا عام حصہ ہے۔ سنسرز کا استعمال سلیفور ڈائی آکسائید کی نگرانی میں بڑی برتری دکھاتا ہے، جو انیٹشین وقت کو کم کرنے سے لے کر تشخیص کی حد کو گھٹانے تک پہنچتا ہے۔ مثبت ٹیکسچر پولیمرز کو آئون عوضی غشاء کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، غشاء کی ایک طرف میں داخلی الیکٹرولائٹس ہوتے ہیں جو کاؤنٹر اور رفرنس الیکٹروڈس کے لیے ہوتے ہیں، اور دوسری طرف ایک پلاتنียม الیکٹروڈ درج کیا جاتا ہے تاکہ سلیفور ڈائی آکسائید سنسر بن جائے۔ سنسر ایک فلو سیل میں لگایا جاتا ہے اور 0.65V کے ولٹیج پر سلیفور ڈائی آکسائید کو آکسائیڈ کرتا ہے۔ پھر سلیفور ڈائی آکسائید کی مقدار ظاہر کی جاتی ہے۔ سینس کنگ دستیابہ میں بلند جریان حساسیت، چھوٹی تجاوب کی دیر، اچھی ثبات، کم باکگراؤنڈ نویز، 0.2 mmol/L کے لحاظ سے لائنی رینج، 8*10-6 mmol/L کی تشخیص حد، اور 3 کے سignal-to-noise ratio کی خصوصیات ہیں۔

سینسر صرفہ کے ذریعے ہوا میں سلیفور ڈائی آکسائیڈ کا پتہ لگانے کے علاوہ، کم کانڈکٹیوٹی کے طے میں بھی سلیفور ڈائی آکسائیڈ کا پتہ لگانے کے لئے استعمال کیا جاسکتا ہے۔ اورگنکلی مودفائرڈ سلیکیٹ ٹھن فلم سلیفور ڈائی آکسائیڈ گیس سینسر کی گیس سنسٹیو کوٹنگ کو سول-جیل پروسس اور اسپن ٹیکنالوجی کے ذریعے بنایا گیا تھا۔ یہ کوٹنگ سلیفور ڈائی آکسائیڈ کی تعیناتی میں ممتاز دوبارہ تولید اور واپسی کی صلاحیت ظاہر کرتی ہے، جس کا تیزی سے ریپونس وقت 20 سیکنڈ سے کم ہے۔ علاوہ ازیں، یہ دیگر گیسوں کے ساتھ نقصان دہ تعامل کرتی ہے اور درجہ حرارت اور رطوبت میں تبدیلیوں کے ذریعے کمپیوٹر کو متاثر نہیں کرتی ہے۔