Ως χημικό αισθητήρα ορίζουμε την διάταξη η οποία μετατρέπει μια χημική πληροφορία σε ένα αναλυτικώς χρήσιμο σήμα . Οι χημικές πληροφορίες μπορεί να προέρχονται από μια χημική αντίδραση του αναλύτη ή από μια φυσική ιδιότητα του υπό εξέταση συστήματος. Οι χημικοί αισθητήρες προορίζονται κυρίως για την ταυτοποίηση και τον ποσοτικό προσδιορισμό των χημικών ουσιών που βρίσκονται κυρίως στην αέρια και την υγρή φάση και λιγότερο στην στερεά.
Οι περισσότεροι χημικοί αισθητήρες περιγράφονται με τα γενικά κριτήρια και τα χαρακτηριστικά όλων των αισθητήρων όπως η σταθερότητα, η γραμμικότητα, η επαναληψιμότητα αλλά υπάρχουν 2 χαρακτηριστικά που απευθύνονται αποκλειστικά στους χημικούς αισθητήρες. Αυτά είναι η επιλεκτικότητα και η ευαισθησία στην επιθυμητή χημική ουσία ‘’στόχο’’ από το σύνολο των χημικών ουσιών που μπορεί να υπάρχουν σε ένα δείγμα.
Η επιλεκτικότητα περιγράφει το βαθμό στον οποίο ένας αισθητήρας αποκρίνεται μόνο σε έναν αναλύτη, με ελάχιστη ή καθόλου παρέμβαση από χημικές ουσίες που δεν αποτελούν τον ‘’στόχο’’. Είναι φανερή η δυσκολία του να κατασκευαστεί ένας απόλυτα επιλεκτικός αισθητήρας ο οποίος να μην δέχεται παρεμβολές οι οποίες επηρεάζουν την μέτρηση. Η ευαισθησία περιγράφει τις ελάχιστες συγκεντρώσεις ή αλλαγές συγκέντρωσης που μπορεί να ανιχνευτούν επιτυχώς και επανειλημμένα από έναν αισθητήρα.
Οι σημαντικότερες δυσκολίες που αντιμετωπίζουν οι χημικοί αισθητήρες είναι ότι πολλές φορές δεν μπορούν να είναι αναστρέψιμοι διότι οι χημικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα προκαλούν μεταβολές στην αρχική δομή τους. Επίσης πολύ συχνά εμφανίζουν μεγάλες αποκλίσεις από τις πραγματικές τιμές και αυτό συμβαίνει διότι είναι εκτεθειμένοι σε πολύ μεγάλο αριθμό χημικών ενώσεων οι οποίες παρεμβαίνουν στη μέτρηση και αλλοιώνουν το αποτέλεσμα. Τέλος επειδή είναι εκτεθειμένοι στο περιβάλλον (τουλάχιστον η επιλεκτική τους επιφάνεια) παρουσιάζουν μειωμένη αντοχή στο χρόνο.
Εδώ και πολλά χρόνια χημικοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση και την παρακολούθηση της συγκέντρωσης ενός μεγάλου πλήθους πτητικών αερίων όπως τοξικά ή εκρηκτικά αέρια, υγρασία και οσμές, με τα κύρια πεδία εφαρμογής τους να συνοψίζονται παρακάτω :
- Στην αυτοκινητοβιομηχανία, στον βιομηχανικό και στον αεροναυπηγικό τομέα χημικοί αισθητήρες απαιτούνται για την ανίχνευση ΝΟχ, Ο2, ΝΗ3, SO2, O3, υδρογονανθράκων ή CO2 στα καυσαέρια για περιβαλλοντική προστασία.
- Στην βιομηχανία τροφίμων όπου χημικοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται π.χ. για τον ακριβή έλεγχο της διαδικασίας ζύμωσης
- Σε οικιακές εφαρμογές όπου η ανίχνευση του CO2, της υγρασίας και εύφλεκτων αερίων κρίνεται κρίσιμη
- Στον ιατρικό τομέα όπου χημικοί αισθητήρες βρίσκουν εφαρμογή στην διαγνωστική και στην παρακολούθηση ασθενών
- Σε εφαρμογές ασφάλειας όπου απαιτούνται αισθητήρες για την ανίχνευση εκρηκτικών υλών και βιολογικών παραγόντων
Οι χημικοί αισθητήρες μπορούν να ταξινομηθούν σε δύο μεγάλες κατηγορίες, τους άμεσους (Direct) και τους έμμεσους (Indirect) στις οποίες εντάσσονται και δύο υποκατηγορίες που σχετίζονται με το αν ο αισθητήρας δέχεται ερεθίσματα από φυσικά ή χημικά φαινόμενα. Οι άμεσοι μπορούν να ανιχνεύσουν μια σειρά φαινομένων που επηρεάζουν άμεσα το ηλεκτρικό μετρήσιμο σήμα, ενώ οι αισθητήρες έμμεσου τύπου χρειάζονται έναν μετατροπέα, δηλαδή μία συσκευή που θα μετατρέψει την μορφή ενέργειας που προκαλεί το εξωτερικό ερέθισμα σε ένα ηλεκτρικό σήμα.
===
Πηγή: “Χημικοί αισθητήρες νανοσωματιδίων”, Εργασίας Μεταπτυχιακής ειδίκευσης του Μαγγίνα Γεώργιου, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Σχολή εφαρμοσμένων μαθηματικών & φυσικών επιστημών, Τομέας φυσικής
