3725451770

Rozdział 18

i sprawdzona, jednakże pewnym ich mankamentem jest potencjalna możliwość mechanicznego uszkodzenia membrany i wycieku roztworu elektrolitu wewnętrznego. Również czas życia membranowych elektrod jonoselektywnych jest uzależniony od stopnia wymywania jonoforu i/lub plastyfikatora z membrany w trakcie długotrwałego pomiaru. Ten typ czujnika jest szeroko stosowany w analizie medycznej, gdyż selektywność i czułość membranowych elektrod jonoselektywnych jest zadowalająca do tych zastosowań. Pomimo tego, zastosowanie elektrod jonoselektywnych w monitoringu środowiska jest nadal bardzo trudnym zadaniem, gdyż opracowane i opisane czujniki potencjometryczne czułe na jony metali ciężkich, odpady organiczne, nieorganiczne i organiczne aniony są stosunkowo nieliczne, a ich selektywność i/lub dolna granica oznaczalności są nadal niezadowalające.

Ogólna liczba analitów oznaczana za pomocą elektrod jonoselektywnych przekracza 60 [6] i nadal rośnie. Ta technika analityczna jest stosunkowo atrakcyjna dla badaczy, gdyż czujnik może być opracowany i skonstruowany z wykorzystaniem tanich materiałów i relatywnie prostej technologii. Elektrody jonoselektywne umożliwiają pomiar stężenia jonów zwykle w zakresie od 5 do 9 wielkości, poza tym najnowsze badania wskazują na możliwość obniżenia dolnej granicy oznaczalności aż do 10‘¹² M wybranych jonów [5],

Osiągnięcia w mikrotechnologii krzemowej otworzyły nowe możliwości konstrukcji miniaturowych elektrod, tzw. elektrod na stałym podłożu (ang. solid-state electrodes SSE) [9-10], Konstrukcja takiej elektrody wymaga innej koncepcji wewnętrznego elektrolitu, a ciekawym rozwiązaniem jest zastosowanie pośredniej, hydrożelowej warstwy polimerowej (impregnowanej za pomocą wodnego roztworu elektrolitu), na którą jest nanoszona właściwa membrana jonoselektywna. Przykładem często stosowanego materiału jako hydrożelu jest polihydroksyetylometakrylan (polyHEMA).

Jonoczułe tranzystory połowę zostały opracowane i opisane po raz pierwszy w 1970 roku [11], ale ich rozwój i zastosowania były utrudnione poprzez brak znajomości mechanizmu opisującego działanie tego typu przetwornika [12], Po publikacji kilku fundamentalnych prac [13] poznano zasadę działania jonoczułego tranzystora polowego (ISFET) znacznie lepiej. Jest ona podobna do działania membranowej elektrody jonoselektywnej. Analit, docierając do jonoczułej membrany, jest w niej kompleksowany przez odpowiedni jonofor, co powoduje powstawanie w membranie potencjału, sterującego prądem w obszarze między źródłem a drenem tranzystora[3], W efekcie prąd drenu zależy od stężenia analitu i jest mierzony jako sygnał analityczny.

O ile transport jonów i generowanie potencjału są podstawą działania elektrod jonoselektywnych i jonoczułych tranzystorów polowych, to oddziaływanie światła zanalitem lub z chromojonoforem wykorzystywane jest w światłowodowych czujnikach chemicznych (ang. fibrę optic Chemical sensor FOCS). Można wyróżnić szereg etapów w konwersji sygnału mierzonego światłowodowym czujnikem chemicznym (Rys.l).

W związku z tym, iż ilość analitów wykazujących charakterystyczną i dogodną pomiarowo absorpcję światła jest ograniczona, stosuje się zwykle właściwie dobrany odczynnik, który powinien rozpoznać analit i przetworzyć informację o jego stężeniu na zmiany we własnościach optycznych (tj. absorpcję, fluorescencję, reflektancję). Odczynnik jest unieruchamiany w chemooptycznym łączniku (interfejsie), który z kolei jest w kontakcie z badaną próbką. Chemooptyczny łącznik może być zaprojektowany jako membrana zawierająca odczynnik i umieszczona na końcu pojedynczego światłowodu lub ich wiązki [15]. W innym typie czujnika odczynnik jest wprowadzany bezpośrednio w strukturę włókna światłowodowego (do rdzenia lub płaszcza).