Sensori chimici: QCM, MOX, Elettrochimici Sistema per caratterizzare sensori e tecniche di misura

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1 Sensori chimici: QCM, MOX, Elettrochimici Sistema per caratterizzare sensori e tecniche di misura Modelli e Parametri caratteristici di sensori Analisi quantitative su miscele di test Analisi qualitative su miscele complesse Esperienze di Applicazioni : olio e vino

2 QCM MOX Dipartimento di Ingegneria dell Informazione, Via Roma, 56, SIENA Variazioni di massa variazioni di frequenza Variazioni di conducibilità Strato o regione sensibile Polimero (PEDOT) con deposizione elettrochimica Deposito di superfici nanostrutturate (nanofili di SnO 2 ) SENSORI (1/1) Gas NO 2 CO Deposito di perovskiti Elettrochimici Variazioni di tensione Nafion (polimero conduttore) NO 2

3 Sistema (1/4) 1. Deposito bombole 2. Cappa aspirante 3. Flussimetri 4. Bottiglie Drechsel 5. Elettrovalvole 6. Camera di misura 7. Incubatore termostatato 8. Elettronica di frontend 9. Controllo valvole e flussimetri 10. PC: controllo sistema, acquisizione ed elaborazione dati di misura

4 Sistema (2/4) Sensori MOX E possibile effettuare misure in transitorio chimico o durante transitori termici. ll sistema garantisce un accuratezza del 5%, su resistenze nel range: 200 Ω, 500 kω.

5 Sistema (3/4) Sensori QCM Accuratezza complessiva del sistema di 0.1 Hz, in un intervallo di frequenza fino a 40 khz.

6 Sensori elettrochimici Sistema (4/4) accuratezza tipica 1nA

7 Analisi quantitativa: Caratterizzazione dei sensori in termini di sensibilità, dipendenza da T e da umidità. Valutazione della stabilità e riproducibilità. Modelli per previsioni.

8 Analisi qualitative su miscele complesse Raw Measurements Normalized Measurements Feature Vector Odor Class Figure 1 Functional blocks of n artificial olfactory system Sensor array Preprocessing Feature Extraction Classification Applicazioni Olio Vino dopo pervaporazione

9 CONCLUSIONI Strumentazione e competenze per progettare e caratterizzare sistemi basati su sensori innovativi; Sviluppo e caratterizzazione di sensori Sviluppo e validazione di tecniche di misura Realizzazione di prototipi. Collaborazioni: UNIFI, UNIBS, Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM- CNR) Lecce, Università di Lisbona, Università di Warwick.

10 Tracciabilità,Valorizzazione della Qualità e Sicurezza degli Alimenti UNISI - 21/12/09

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12 Preparazione e caratterizzazione dello strato sensibile Lo strato sensibile (PEDOT) viene deposto sul quarzo con un processo di eletropolimerizzazione, in una soluzione con la seguente concentrazione 10 mm EDOT, 0.1M TEAPF6, CH3CN. Durante la crescita potenziodinamica agli elettrodi è stata applicata ciclicamente una differenza di potenziale da un minimo di -0.5V ad un massimo di 1.25V. Per tutte le deposizioni è stata utilizzata una velocità di 0.05V/s

13 Risposta di un sensore QCM a 2.3 ppm NO2 in N2 nell intervallo t1=120s and t2=300s (temperatura ambiente 35 C, 0% RH, flusso totale 200 ml/min). 18 PEDOT QCM Responce to NO2 in N2 carrier Gas Total Flow 200mL/min Ambient Temperature 25 C Dry Environment NO2 6.9ppm Frequency shift [Hz] NO2 2.3ppm NO2 4.6ppm Fig1:immagine 3D non filtrata AFM di PEDOT cresciuto potenziodinamicamente in soluzione 0.1M TEAPF6, CH3CN.