Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké učení technické ...

84 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v BrněKonduktometrické (odporové) chemosenzoryTyto tyty senzorů se též nazývají vodivostní a cílem je měření měrné vodivosti mezielektrodami. Je zřejmé, že jde pouze o měření reálné části impedanční charakteristiky a lzetedy použít, pokud to fyzikální princip převodu dovoluje, stejnosměrný signál k charakterizaciodezvy.Určení měrné vodivosti vychází z rozměru chemického článku, tj. plochyS a vzdálenosti elektrod d. Potom je vodivost vypočítána ze vztahudκ = G = G ⋅ K CELL, ( 11.1 )Skde G je změřená vodivost mezi elektrodami. Poměr mezi vzdáleností a plochou elektrod senazývá článková konstanta K CELL s běžně udávanou jednotkou [1/cm]. Je zřejmé že vodivostmusí být funkcí měřené veličiny. U roztoků se takto přímo měří měrná vodivost v [S/cm]. Umnoha roztoků lze následně vypočítat koncentraci dané látky v roztoku, protože je známvztahκ κC = = . ( 11.2 )λ λ λ+ +−λ je iontová vodivost, kterou lze získat z tabulek pro kladné a záporné ionty roztoku akorigovat k změřené měrné vodivosti. Např. pro roztok KCl jsou to ionty K + a Cl - , kterévznikají na elektrodě oxidací nebo redukcí podle vztahu⎯⎯→Ox + e− Re . ( 11.3 )←⎯⎯Tento vztah platí pro všechny chemické senzory a je základním vyjádřením převoduchemického děje na elektrický. Je nutné tedy vytvořit převodník, který bude vytvářet nebopotlačovat tyto složky na základě působení měřené veličiny. U měření měrné vodivostikapalných roztoků je tímto převodníkem přímo tato reakce jež probíhá na elektrodách.Standardní elektrody běžně užívané ukazuje Obrázek 11.3.Převedení elektrod do planární formy může vypadat tak, jak ukazuje Obrázek 11.4.Elektrody můžou mýt různý tvar, ale běžně se konstruují hřebínkové, protože při zachovánímalé vzdálenosti elektrod a plochy čipu je plocha elektrod velká a tím i citlivost čidla.Miniaturizace na druhou stranu přináší problémy, které u standardních elektrod nebyly.Jedním takovým problémem je rozložení hustoty proudů, která není homogenní jako např. udeskových elektrod, ale probíhá sféricky či hemisféricky, přičemž se vzdáleností od substrátuse snižuje. Pak mluvíme o poměrných proudech, kde 90% proudu probíhá už ve velkýchvzdálenostech od elektrody, což závisí na měrné vodivosti roztoku, a poměru vzdálenostielektrod a šířky hřebínku. Je zřejmé, že průměrná vzdálenost elektrod není v planárnístruktuře konstantní, a proto je nutný korekční faktor článkové konstanty vyjádřený vztahem( 11.4 ), který bude záviset ne měrné vodivosti:K κα =real real= ( 11.4 )KCELLκmeas