Trang chủ Thế giới cảm biến Thế giới cảm biến Cảm biến đo kim loại nặng một đầu tư nhiều ứng dụng

Cảm biến đo kim loại nặng một đầu tư nhiều ứng dụng

Như đã nói từ lần xuất bản trước, nhu cầu ứng dụng các giải pháp tự động hóa và cảm biến ở Đồng bằng Sông Cửu long là rất lớn. Kể từ khi giao thông từ thành phố Hồ Chí Minh đi các tỉnh miền Tây trở nên thuận lợi, xu hướng các khu công nghiệp từ thành phố chật chội dịch chuyển dần về các tỉnh lân cận như Long An, Tiền Giang, ….Điều này cũng có nghĩa là vựa lúa của cả nước không chỉ còn sản xuất lúa, ô nhiễm môi trường, sự thật đang xảy ra. Điều mà các nhà quản lý, lãnh đạo các tỉnh miền Tây cần phải tính toán để từ đó có những chiến lược dài hạn để một mặt thu hút các nhà đầu tư một mặt gìn giữ môi trường sinh thái có một không hai tại đây.

Hình 1.Mô hình thiết bị phân tích ion kim loại nặng trong nước

Kim loại nặng là một trong những thông số môi trường thu hút được sự quan tâm của mọi địa phương do các quá trình thiết bị, xử lý hoặc chế biến đều có thể thải ra môi trường các ion độc hại này. Trong số này chúng tôi muốn giới thiệu một loại cảm biến cho phép phân tích các ion kim loại nặng trong nước, do chính các nhà khoa học Việt Nam phát triển.

Hệ đo bao gồm một đầu đo (cảm biến điện hóa), một bộ thu thập và xử lý tín hiệu. Cảm biến được thiết kế và chế tạo tại ĐH Bách Khoa Hà Nội, có chất lượng tương đương với cảm biến điện hóa hiện có trên thị trường. Cảm biến được chế tạo bằng kim loại quý (thường là platin hoặc vàng) trên đế cách điện (có thể là gốm hoặc plastic). Cảm biến được tạo bởi ba điện cực là điện cực làm việc (WE), điện cực so sánh (RE) và điện cực đối (CE).

Không giống các phép đo thông thường, đo lường điện trong dung dịch đòi hỏi điện thế của hệ phải được so sánh với một thế điện hóa chuẩn, ổn định để kết quả xử lý tín hiệu chính xác. Các điện cực so sánh (thương mại) hiện thường được sử dụng là điện cực Ag/AgCl, hoặc điện cực calomen.

Hình 2. Thiết kế cảm biến (ba điện cực) (a) và sơ đồ mạch đo trong dung dịch (b)

Điện cực làm việc là nơi xảy ra các quá trình điện hóa; điện áp được đặt vào WE sẽ thúc đẩy phản ứng giữa các ion kim loại nặng trong nước; các ion, hạt dẫn điện đến WE sẽ khiến cho dung dịch mất cân bằng điện tích và lúc này điện cực CE có vai trò làm ổn định môi trường đo. Hình dung theo mô hình mạch điện tử, CE chính là phần tử làm kín mạch, giúp cho tín hiệu chạy trong mạch, từ đó ta có thể thiết kế mạch để thu nhận tín hiệu.

Hình 3. Quy trình đo lường nồng độ ion As trong nước. Giai đoạn đầu (100 giây) là giai đoạn tích cóp. Tiếp sau là giai đoạn ổn định, đo lường và hòa tan.

Dựa trên nguyên lý này các kỹ sư của ĐH Bách Khoa Hà Nội đã phát triển mạch điện phục vụ kỹ thuật đo potentiostat với chức năng khuếch đại tín hiệu và hồi tiếp điện áp qua điện cực đối. Theo đó, thiết bị được cấu tạo từ ba phần 01) mạch tương tự có chức năng khuếch đại và hồi tiếp cho cảm biến 3 điện cực; 02) vi điều khiển tạo điện áp quét và thu nhận, chuyển đổi tín hiệu tương tư sang tín hiệu số và 03) phần mềm thu nhận và hiển thị kết quả trên máy tính qua cổng giao tiếp RS232 hoặc USB. Vi điều khiển sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu Số-Tương tự độ phân giải 9 bit trên toàn dải 2,6 V có khả năng quét ở bước nhỏ nhất là 5 mV; và bộ chuyển đổi Tương tự - Số, phân giải 13 bit trong toàn giải 2,6 VDC với tốc độ lấy mẫu 60 sps.
Toàn bộ quá trình diễn ra trong vòng 3 phút kể từ lúc đặt điện áp cho tới khi kết thúc phép đo. Kết quả đo lường cho thấy đáp ứng của cảm biến giống như các phép đo sử dụng các thiết bị phân tích thương mại.

Hình 4 : Sự phụ thuộc của peak dòng vào nồng

 

Hiện tại, hệ thống này có khả năng phát hiện tới 20 ppb nồng độ Asen trong nước. Theo nhóm tác giả cảm biến có khả năng sử dụng để đo liên tục trong nhiều tháng, rất phù hợp với các phép phân tích tại hiện trường. Theo chúng tôi được biết, các nhà khoa học Việt Nam đang sử dụng kỹ thuật này để phân tích một số kim loại nặng khác trong nước và tin rằng, với việc nắm được công nghệ nguồn, họ sẽ tạo ra nền tảng hết sức mạnh mẽ phục vụ đo lường phân tích môi trường nước. Theo các tác giả, thời gian đặt hàng cho cả hệ thống khoảng 4 tuần với giá cả phù hợp, chế độ hẫu mãi chắc chắn tốt hơn so với sản phẩm của một số công ty nước ngoài hiện nay. Được biết sản phẩm được trưng bày tại Hội chợ Công nghệ và Thiết bị Việt Nam (TechMart) 2015, Trung tâm Triển lãm Quốc tế 91, Trần Hưng Đạo Hà Nội.

Số 175 (9/2015)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay


Newer news items:
Older news items:

 

Mới cập nhật

Tìm kiếm

Quảng cáo&Liên kết