Cum Funcționează Dispozitivele De Detectare Chimică

{h1}

Dispozitivele de detectare chimică nu sunt doar pentru detectarea gazelor de radon și a monoxidului de carbon. Aflați despre unde și cum sunt utilizate la WordsSideKick.com.

Respirația în interior și în afară este ceva pe care corpul nostru îl face fără a fi nevoiți să ne gândim la asta. De fapt, rareori chiar ne gândim la un al doilea gând aerului care ne înconjoară până când calitatea este scăzută cumva - poate de la fumul unui foc din apropiere sau smog care înconjoară orașele noastre aglomerate.

Dar pot exista gaze periculoase care nu sunt întotdeauna vizibile. Monoxidul de carbon și radonul sunt două exemple de contaminanți mortali ai aerului care sunt complet invizibili. Nu ne dăm seama că suntem otrăviți din aerul pe care îl respirăm până nu este prea târziu. Din fericire, aceste gaze nu sunt atât de răspândite și, cu ajutorul unei puține tehnologii de detectare a substanțelor chimice, putem permite detectoarelor de monoxid de carbon și de radon să facă probleme pentru noi.

Senzorii chimici sunt de ajutor mult peste detectarea gazelor mortale. Aceste dispozitive pot fi găsite în casele noastre, spitale și în armată. Există multe tipuri diferite de senzori care detectează diferite molecule țintă (cunoscute și sub numele de analiți). Deși senzorii funcționează în diverse moduri, esența este că o interacțiune chimică se întâmplă între analit și ceva din senzor, iar dispozitivul produce un semnal măsurabil - un bip sau o schimbare de culoare pentru a ne avertiza despre prezența moleculei țintă.

În ciuda diferențelor în construcția senzorilor, există câteva principii directoare care fac ca orice senzor să fie bun. Cea ideală este ieftină, rezistentă la nebunie și portabilă. Cel mai important, orice senzor chimic are două caracteristici vitale: selectivitatea și sensibilitatea. Există mai mult de 10 miliarde de substanțe moleculare în lume, astfel încât detectarea selectivă a unei singure substanțe nu este o mică probă [sursa: Consiliul Național de Cercetare]. Sensibilitatea este, de asemenea, incredibil de importantă pentru detectarea substanțelor chimice de la o distanță considerabilă sau pentru încercarea de a găsi concentrații foarte mici ale unei molecule țintă. Alte caracteristici importante ale senzorului sunt timpul de răspuns, dimensiunea ambalajului și limita de detecție - cea mai mică cantitate de substanță care poate fi detectată.

Atât de sensibil! Modul în care senzorii detectează moleculele țintă

Atât de sensibil! Modul în care senzorii detectează moleculele țintă

Un detector de monoxid de carbon vă poate împiedica să fiți otrăviți de vaporii de gaz. BănciFotografii / Imagini Getty

Oamenii de știință și inginerii au dezvoltat o varietate de senzori pentru diferite scopuri și, după cum vă puteți imagina, toate au propriile lor modalități de lucru. La urma urmei, un kit de testare a sarcinii nu este probabil să aibă același mecanism de detecție ca și un detector de radon, nu?

Toți senzorii chimici vizează un fel de analit, dar ceea ce se întâmplă odată ce analitul este în senzor este acela în care apar diferențele. De exemplu, senzorul poate lega analitul (credeți un mecanism de blocare și cheie, dar la nivel molecular). Sau, senzorul poate fi configurat astfel încât analitul să treacă selectiv printr-o peliculă subțire. Imaginați-vă că filmul este un agent de gardă chimic care nu permite decât molecula țintă să intre și să oprească orice altceva să intre. Acest tip de senzor are caracteristica pozitivă de a fi reutilizabil continuu. O a treia formă de senzor utilizează analitul într-o reacție chimică care generează un produs care creează semnalul citibil [sursa: Consiliul Național de Cercetare]. Aceste trei mecanisme foarte largi acoperă funcționarea majorității senzorilor, dar există și alte tipuri.

De exemplu, există senzori electrochimici cu citire directă care utilizează difuzia moleculelor încărcate pentru a căuta schimbări în curent, conductivitate sau potențial pentru a vedea dacă este prezent un analit țintă. Senzorii de unde acustice de suprafață folosesc unde acustice trimise de la un electrod la altul pe o suprafață. Senzorul este proiectat astfel încât dacă viteza undei se schimbă sau dacă își pierde intensitatea, semnalează prezența unei molecule țintă legată la suprafață. Luând măsurători ale acestor modificări, senzorul poate chiar detecta cantități de material prezente [sursa: Consiliul Național de Cercetare].

O altă inovație rece a tehnologiei de detectare a substanțelor chimice se îndreaptă spre detectarea proprietăților inerente ale diferitelor ținte chimice în loc de a utiliza o interacțiune moleculară pentru a conduce detecția. Legături diferite în molecule au fiecare modele de vibrație semnătură care pot fi detectate în regiunea infraroșu a spectrului electromagnetic. Combinând surse de lumină, filtre și detectoare pe un singur cip, oamenii de știință de la Massachusetts Institute of Technology au reușit să detecteze aceste amprente moleculare pentru a simți o întreagă mulțime de molecule, de la contaminanții din apă până la electroliți în sângele nou-născuților [ sursa: Bender].

Cum ajută senzorii chimici

Indiferent de modul în care funcționează, dispozitivele de detectare a substanțelor chimice funcționează fără îndoială pentru dvs. Casa dvs. are probabil cel puțin un detector pentru gaz radon, fum sau monoxid de carbon, în funcție de legile din statul sau țara dvs. Mulți senzori de radon funcționează prin absorbția radonului propriu-zis sau prin detectarea produselor de descompunere radioactivă a gazelor letale. Monoxidul de carbon, pe de altă parte, nu este un material radioactiv, deci detectoarele acestui gaz funcționează diferit. Unul dintre cele mai frecvente mecanisme pentru acest senzor chimic este un aspect de biologie. Acești detectori imită modul în care monoxidul de carbon interacționează cu hemoglobina din sânge pentru a determina prezența gazului. Un alt detector comun în casă este un detector de fum. În timp ce unii folosesc materiale radioactive pentru a ajuta la eliminarea fumului, cea mai mare parte din detectoarele de fum provine din fenomenul fizic, nu chimic, al particulelor de fum care provoacă interferențe detectate de detector.

Dispozitivele de detectare chimică au o utilizare pe scară largă și în afara casei. Unul dintre principalele locuri în care veți vedea aceste dispozitive în acțiune este căutarea biomoleculelor în mediul medical. Senzorii biomoleculelor sunt în esență senzori chimici specializați. Deși detectează substanțe precum hormoni, aceste substanțe corporale sunt toate molecule. La urma urmei, acești senzori sunt realizați cu multe din aceleași principii de ghidare ca și alți senzori chimici - selectivitate, sensibilitate și portabilitate.

Unii dintre cei mai portabili senzori de biomolecule de care este posibil să fiți conștienți sunt asociați cu măsurători de fertilitate: teste de sarcină și teste de ovulație. Ambii acești senzori chimici detectează prezența anumitor hormoni în urină. În cazul testelor de sarcină, senzorul caută hormonul gonadotropinei corionice umane (hCG) din urină. Bastonul pe care femeia urinează are anticorpi care sunt înveliți cu un produs chimic care se leagă de hCG. Dacă biomolecula este prezentă, testul se arată pozitiv [sursa: Parents Magazine]. De obicei, acești senzori chimici au o componentă colorimetrică, astfel încât atunci când analitul - în acest caz hCG - se leagă, declanșează o schimbare de culoare a senzorului, ceea ce face ca citirea rezultatelor să fie destul de nepricepută.

În cadrul clinic, două dintre cele mai frecvente metode de detectare a biomoleculelor pe bază de substanțe chimice sunt ELISA (test imunoabsorbent legat de enzimă) și Western blot. În funcție de mărimea și tipul biomoleculei în cauză și de informațiile pe care le doresc despre moleculă, oamenii de știință și clinicienii se vor orienta adesea către una dintre aceste tehnici de detectare chimică pentru a identifica diferiți analiți în amestecuri de biomolecule [surse: ThermoFisher Scientific, Mahmood și Yang ].

Detectarea ficțiunii devenind o realitate

Detectarea ficțiunii devenind o realitate

Un cap de sticlă deține un senzor de interfață neurală dezvoltat de DARPA, care citește semnale din creier și stimulează neuronii pentru a combate pierderea de memorie. DARPA investește în cercetarea de detectare a substanțelor chimice. Stacey Rupolo / Chicago Tribune / TNS prin Getty Images

Un motor important pentru direcțiile viitoare de detectare a substanțelor chimice este armata. Agențiile de finanțare precum Agenția de Cercetare Avansată a Proiectelor de Apărare din SUA (DARPA) au vise mari cu privire la ceea ce detectarea chimică ar putea face pentru forțele sale armate. Imaginați-vă că puteți pune un senzor în partea de sus a unui cort într-o zonă de război care poate detecta explozibili sau gaze toxice la 4 mile (6 kilometri) distanță.

Sau pozați un senzor atât de mic, poate fi încorporat în țesături. Când senzorul detectează un agent toxic, culoarea țesăturii se schimbă, alertând soldații cu privire la prezența toxinelor chimice în aer. Cum rămâne cu un senzor care poate avertiza soldații cu privire la nivelul lor de deshidratare? Implicațiile pentru o astfel de tehnologie nu ar fi doar mâna superioară în luptă, ci și ar salva potențial mii de vieți.

De asemenea, substanțele chimice ar putea fi plasate în aeroporturi pentru a ajuta la stoparea terorismului, detectând concentrații minime de explozibili, fără ca noi să fim nevoiți să ne supunem problemelor extinse ale liniilor de securitate. De fapt, oamenii de știință au dezvăluit deja un senzor care poate detecta rapid drogurile și explozibilii de aproape 30 de metri (30 de metri) distanță, având în vedere aeroporturile [sursa: Engineering360]. Acești senzori ar putea fi instalați la intrările aeroportului și în alte locuri cu grupuri mari de oameni. Unele tipuri de dispozitive de detectare a substanțelor chimice pot fi atașate chiar și la telefoanele mobile pentru a scana zone mai mari pe măsură ce oamenii legii se deplasează în jurul [sursa: Hsu].

Desigur, senzorii chimici nu trebuie folosiți doar pentru a devia activitățile nefaste. Detectarea contaminanților din metale în apă și, eventual, substanțe chimice toxice în aer prin senzori în ecusoanele de securitate sunt doar câteva dintre modalitățile prin care dispozitivele de detectare a substanțelor chimice ne schimbă lumea.

Nota autorului: Cum funcționează dispozitivele de detectare chimică

Senzorii de nanoparticule cusute în țesătură care mi-ar putea spune mai multe despre mine sau despre aerul din jurul meu? Este serios chestia de știință. Doar dacă nu. Poate că armata este cea care promovează cercetările în acest fel, dar curând după ce soldații vor începe să o folosească, va fi ceva obișnuit pentru noi. Oferă tehnologiei purtabile un sens cu totul nou.






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


Grădinile Biblice Antice „Înflorește” Din Nou
Grădinile Biblice Antice „Înflorește” Din Nou

Spaima Listeria Lui Blue Bell: Cum Crește În Înghețată
Spaima Listeria Lui Blue Bell: Cum Crește În Înghețată

Richard Charles Lewontin
Richard Charles Lewontin

De Ce Femelele Sunt Gresite În Afara Bărbaților
De Ce Femelele Sunt Gresite În Afara Bărbaților

Obiectul „Monolit” De Pe Marte? Ați Putea Numi Asta
Obiectul „Monolit” De Pe Marte? Ați Putea Numi Asta


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RO.WordsSideKick.com