14. Електроди, що застосовуються в електрохімічних сенсорах. Макроелектроди, мікроелектроди, планарні електроди (screen-printed; pin-printed), польові транзистори.

У якості індикаторних мікроелектродів використовують стаціонарні та ті, що обертаються - металічні (Hg, Ag, Au, Pt), капаючі електроди (з Ртуті, амальгама) - капіляри, з яких витікає рідина.

Мікроелектрод - дуже тонка скляна піпетка, заповнена електролітом. Використовується у електрофізіології. Розробка мікроелектродних методів дозволила вести електрофізіологічні досліди на рівні окремих клітин. Діаметр кінчика скляного мікроелектрода близько 0,5 мм, а інколи менше 0,1 мкм.

Існує три основних способа використання мікроелектродів:

• Для внутріклітинної реєстрації електричних параметрів клітинних мембран.

• Для поляризації клітинних мембран електричним струмом.

• Для введення різноманітних речовин всередину клітини(іонофорез) або подачі їх на її поверхню(аплікація).

Польовий транзистор — напівпровідниковий пристрій, переважно із трьома виводами, в якому сила струму, що протікає між двома електродами (витоком і стоком) регулюється напругою, прикладеною до третього електрода (затвора). Струм в транзисторі протікає через канал, який утворений легованою областю напівпровідника, розташованою між підкладкою і затвором. До канала під'єднані два електроди — витік, що є джерелом носіїв заряду й стік, до якого носії заряду стікаються. Контакти між витоком та стоком і каналом робляться омічними. Cеред різновидів польових транзисторів можна виділити два основні класи: польові транзистори із затвором у виді p-n переходу та польові транзистори із затвором, який ізольований від робочого напівпровідникового об'єму діелектриком. Прилади цього класу часто також називають МДН транзисторами (від словосполучення метал - діелектрик - напівпровідник) та МОН транзисторами (від словосполучення метал - оксид - напівпровідник), оскільки в якості діелектрика найчастіше використовуєтьсядіоксид кремнію. В свою чергу транзистори з ізольованим каналом поділяються на транзистори з вбудованим каналом та індукованим каналом.Також польові транзистори підрозділяються на транзистори з каналом провідності n-типу або p-типу.

О собливу увагу серед «одноразових» електродів сьогодні викликають планарні (screen-printed) електроди, котрі надруковані на полімерних або керамічних плівках за допомогою струменевих принтерів, а до складу фарби входять частинки вуглецевовмісних матеріалів, Срібла і т д. При чому склад чорнила і визначає властивості електрода. Такі електроди мають низьку вартість, їх легко виготовити у масових масштабах. За допомогою «screen-printing» технології на одній смужці плівки разом з індикаторним електродом можна виготовити і електрод порівняння, варто лише додати, наприклад AgCl. Можна надрукувати одразу декілька електродів та використовувати як одноразові. Оскільки відтворюваність надрукованих малюнків велика, то і властивості відтворюються достатньо добре.

1- смужка із срібла; 2 - індикаторний електрод; 3 - електрод порівняння; 4 - підкладка.

Створення мікроелектродів та комірок дозволяє проводити аналіз у дуже маленьких об’ємах, а також проводити аналіз in vivo, наприклад в окремій клітині.

15. Потенціометричні хімічні сенсори. Типи мембран, характеристики активних компонентів мембран, області застосування. Іон-селективні польові транзистори. Переваги і недоліки.

До потенціометричних сенсорів відносять: іон селективні електроди (ІСЕ), металеві дротинки та іон селективні польові транзистори (ІСПТ). Аналітичним сигналом є потенціал, яки утворюється на межі поділу фаз та підпорядковуються р-нню Нернста (коли у р-ні потенціал визначаючі іони) або Нікольського (коли у р-ні є іони, що вплив на пот сенсора):

Найпростішим варіантом слугує срібна дротинка, яка поміщена у розчин з іонами срібла.

Класифікаця ІСЕ ґрунтується на різниці селективних хімічних реакцій, котрі призводять до утворення між фазного потенціалу. Вибіркове розпізнавання потенціометричним хімічним сенсором досягається завдяки хім.. реакції на поверхні сенсора. Це досягається завдяки використанню ІС мембран.

У потенціометричних хімічних сенсорах використовують 4 типи мембран:

• Скляні мембрани. Чутливий елемент - дуже тонка скляна мембрана, селективність якої визначається складом скла. селективні по відношенню до таких іонів як H⁺ (рН-метри),сенсори для виз-ння конц розчинених газів(наприклад Аміаку викор електроди зі скляними мембранами рН-метри, пот скляного електроду визн рН роз-ном NH₄Cl: NH₃+H₂O=NH₄⁺+OH^- ; Відгук повільний через дифузію газу через газопрон. мембрану)

• Мембрани із погано розчинних неорганічних солей: монокристалічні соли (LaF₃) або диски із спресованого порошку неорганічної солі або суміші солей Ag₂S/AgCl. Такі мембрани селективні по відношенню до таких іонів як F^-, S^2-, Cl^-. Сюдиди ж відносять

• Полімерні мембрани з іммобілізованим іонофором: іон селективні компексоутворюючі сполуки або іонообмінники іммобілізовані у полімерній матриці, ПВХ. Органічні рідкі м ембрани повинні відповідати наступним основним вимогам:Не змішувати з водою; Повинні мати низьку леткість;Оборотньо реагувати з визначуваними іонами; Мінімальна електропровідність. До складу усіх сенсорних мембран входить розчинений реагент, який селективно взаємодіє з визначуваним іоном наз іонофором. Приклад: К⁺ з валіноміцилом(розмір порожнини); У ТКЕ полімерна мембрана нанесена на поверхню тв субстрату. У якості субстрату слугує Pt дротинка, ще Ag, Cu. Собівартість не велика, низька вартість.

• Мембрани з іммобілізованими в гелі або хімічно зв’язані з гелем ферментами: у таких випадках використовуються високо специфічні реакції, у яких каталізаторами виступають ферменти. Фермент поміщають всередину матриці або хімічно прививають на тверду поверхню. Наприклад: CO(NH₂)₂ +H₂O → CO₃^2- + 2NH₄⁺

• ІСПТ- це видозмінений польовий транзистор з ізольованим затвором. Вони є дуже компактними (< 1 мм²). Основна його частина - це напівпровідник р - типу, у якому є дві ділянки - исток (І) та сток (С). На поверхню напівпровідника наносять металічнй ізолятор, на який наносять іон селективну мембрану.

Переваги: компактність, відносно шв відгук, автоматизація, відносна дешевизна, селективність, чутливість, кількісний аналіз.