Формування інформативних сигналів в оптичному детекторі токсичних газів
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.353247Ключові слова:
оптичний сенсор, інформативний сигнал детектора, спряжені полімери, токсичні гази, сигнальний перетворювачАнотація
Детектування різноманітних газових середовищ є важливим завданням безпеки, особливо в умовах воєнних дій та на забруднених територіях. При цьому ефективними є оптичні газові сенсори колориметричного типу, які можуть оперативно сигналізувати про наявність токсичних речовин у «польових умовах», не вимагають складного обладнання чи енерговитрат.
Об’єктом дослідження є детектор шкідливих газів колориметричного типу. Вирішувалась проблема покращення характеристик колориметричних сенсорів шляхом підсилення корисних сигналів та зменшення впливу паразитного випромінювання.
Для вирішення поставленої проблеми розроблено функціональну та математичну моделі сигнального тракту детектора забруднюючих речовин. Запропоновано спосіб формування оптичного сигналу підвищеної чутливості за рахунок багатократного проходження та відбиття світлових потоків в макеті колориметричного сенсора.
Виготовлено макет оптичного газового детектора на основі поліанілінового сенсорного елементу. Проведено аналіз наявності випарів аміаку, використовуючи газостимульовану зміну оптичного поглинання на різних довжинах хвиль, а саме, 470 ± 5, 528 ± 7 і 623 ± 5 нм. Запропонована функціональна схема сигнального тракту детектора дозволила покращити його чутливість та селективність, що пояснюється підсиленням корисних сигналів та зменшенням впливу паразитного випромінювання.
Висока швидкість відновлення отриманого сенсора до вихідних значень (до 10 с) забезпечує його реверсивність і відкриває перспективи для ефективного практичного використання, зокрема, моніторингу стану навколишнього середовища, свіжості харчових продуктів, витоків шкідливих газів поблизу сміттєзвалищ, місцях складування хімічних речовин та ін.
Посилання
- Jaaniso, R., Tan, O. K. (Eds.) (2020). Semiconductor Gas Sensors. Woodhead Publishing. https://doi.org/10.1016/c2017-0-00001-0
- Nikolic, M. V., Milovanovic, V., Vasiljevic, Z. Z., Stamenkovic, Z. (2020). Semiconductor Gas Sensors: Materials, Technology, Design, and Application. Sensors, 20 (22), 6694. https://doi.org/10.3390/s20226694
- Farea, M. A., Mohammed, H. Y., Shirsat, S. M., Sayyad, P. W., Ingle, N. N., Al-Gahouari, T. et al. (2021). Hazardous gases sensors based on conducting polymer composites: Review. Chemical Physics Letters, 776, 138703. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2021.138703
- Aksimentyeva, O. I., Tsizh, B. R., Horbenko, Yu. Yu., Konopelnyk, O. I., Martynyuk, G. V., Chokhan’, M. I. (2018). Flexible elements of gas sensors based on conjugated polyaminoarenes. Molecular Crystals and Liquid Crystals, 670 (1), 3–10. https://doi.org/10.1080/15421406.2018.1542057
- Hu, C.-W., Yamada, Y., Yoshimura, K. (2017). A new type of gasochromic material: conducting polymers with catalytic nanoparticles. Chemical Communications, 53 (22), 3242–3245. https://doi.org/10.1039/c7cc00077d
- Gardner, J. W. (2004). Review of Conventional Electronic Noses and Their Possible Application to the Detection of Explosives. Electronic Noses & Sensors for the Detection of Explosives, 1–28. https://doi.org/10.1007/1-4020-2319-7_1
- To, K. C., Ben-Jaber, S., Parkin, I. P. (2020). Recent Developments in the Field of Explosive Trace Detection. ACS Nano, 14 (9), 10804–10833. https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01579
- Basso, C. R., Filho, M. V. B., Gavioli, V. D., Parra, J. P. R. L. L., Castro, G. R., Pedrosa, V. A. (2025). Recent Advances in Nanomaterials for Enhanced Colorimetric Detection of Viruses and Bacteria. Chemosensors, 13 (3), 112. https://doi.org/10.3390/chemosensors13030112
- Kodir, A., Imawan, C., Permana, I. S., Handayani, W. (2016). Pesticide colorimetric sensor based on silver nanoparticles modified by L-cysteine. 2016 International Seminar on Sensors, Instrumentation, Measurement and Metrology (ISSIMM), 43–47. https://doi.org/10.1109/issimm.2016.7803719
- Pinyorospathum, C., Rattanarat, P., Chailapakul, O., Siangproh, W. (2018). P1OS.3 - Colorimetric sensor for phosphate ions detection using 2- mercaptoethanesulfonate modified silver nanoplates. Proceedings IMCS 2018, 622. https://doi.org/10.5162/imcs2018/p1os.3
- Malik, S., Singh, J., Saini, K., Chaudhary, V., Umar, A., Ibrahim, A. A. et al. (2024). Paper-based sensors: affordable, versatile, and emerging analyte detection platforms. Analytical Methods, 16 (18), 2777–2809. https://doi.org/10.1039/d3ay02258g
- Zhang, Y., Xia, O., Ho, K. H., Liang, Z., Lei, D., Zhang, A. P., Tam, H.-Y. (2019). Sliver-Nanoparticle Enhanced Pva Thin-Film Colorimetric Humidity Sensor. 2019 20th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems & Eurosensors XXXIII (TRANSDUCERS & EUROSENSORS XXXIII), 1219–1221. https://doi.org/10.1109/transducers.2019.8808495
- Kroutil, J., Laposa, A., Povolny, V., Klimsa, L., Husak, M. (2023). Gas Sensor with Different Morphology of PANI Layer. Sensors, 23 (3), 1106. https://doi.org/10.3390/s23031106
- Tsizh, B., Aksimentyeva, O. (2020). Ways to improve the parameters of optical gas sensors of ammonia based on polyaniline. Sensors and Actuators A: Physical, 315, 112273. https://doi.org/10.1016/j.sna.2020.112273
- Tsizh, B., Aksimentyeva, O., Horbenko, Y., Holyaka, R. (2022). Combined Polymer Nanostructures for Selective Gas Sensors. 10th jubilee International Conference "Combined Polymer Nanostructures for Selective Gas Sensors". Available at: http://www.iop.kiev.ua/~een/conference/nano2022/assets/files/posters/Poster_Tsizh_2022.pdf
- Wu, Y.-J., Brito, R., Choi, W.-H., Lam, C.-S., Wong, M.-C., Sin, S.-W., Martins, R. P. (2023). IoT Cloud-Edge Reconfigurable Mixed-Signal Smart Meter Platform for Arc Fault Detection. IEEE Internet of Things Journal, 10 (2), 1682–1695. https://doi.org/10.1109/jiot.2022.3210220
- Kim, D., Kim, S., An, J., Kim, S. (2017). A portable colorimetric array reader for toxic gas detection. 2017 ISOCS/IEEE International Symposium on Olfaction and Electronic Nose (ISOEN), 1–3. https://doi.org/10.1109/isoen.2017.7968928
- Chaabane, N., Mahfoudhi, S., Belkadhi, K. (2024). Interpolation-Based IoT Sensors Selection. IEEE Sensors Journal, 24 (21), 36143–36147. https://doi.org/10.1109/jsen.2024.3461833
- Mukhopadhyay, S. C., Tyagi, S. K. S., Suryadevara, N. K., Piuri, V., Scotti, F., Zeadally, S. (2021). Artificial Intelligence-Based Sensors for Next Generation IoT Applications: A Review. IEEE Sensors Journal, 21 (22), 24920–24932. https://doi.org/10.1109/jsen.2021.3055618
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Olena Aksimentyeva, Roman Holyaka, Bohdan Tsizh, Hryhoriy Barylo
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
