كيف تعمل أجهزة الاستشعار الكيميائي؟

تتنفس أجسامنا تلقائيًّا دون حاجة إلى تفكيرنا بذلك؛ بل إننا لا نشك بنوعية الهواء الذي يحيط بنا إلا في حالات انخفاض جودته إلى مستويات سيئة، ويحدث مثلًا في أثناء نشوب حريق ما بالقرب منا أو في الشوارع الشديدة الازدحام؛ إذ يغطِّي الدخانُ الأفق. 

لكن بعض الغازات الخطرة لا يمكن تحسسها؛ فغاز أحادي أوكسيد الكربون وغاز الرادون أمثلة عن ملوثات هواء قاتلة، ولكنها مخفية تمامًا. 

لا تستطيع أجسامنا تمييز أن الهواء الذي نتنفسه مسمم حتى فوات الأوان، ولكن ومن حسن الحظ فإننا وبالاستعانة ببعض أجهزة الاستشعار الكيميائي نستطيع ترك القلق من الهواء لمستشعرات أحادي أوكسيد الكربون والرادون.

فما هي إذن أجهزة الاستشعار الكيميائي؟ كيف تعمل؟ وما استخداماتها الرئيسية؟ 

هنالك العديد من أجهزة الاستشعار الكيميائي التي يتجاوز دورها تحديد الغازات السامة؛ بعضها نجده في البيوت أو في المشافي؛ إضافة إلى الأجهزة ذات الاستخدام العسكري، وهناك العديد من الحساسات التي تستهدف جزيئات مختلفة. 

وبالرغم من تنوعها وتشعُّب طرائق عملها؛ فإنها جميعًا تتبع جوهرًا واحدًا: تتفاعل جزيئات الغاز المراد الكشف عنه في الهواء مع جزء في المستشعر، ويُنتج المستشعر إشارة يمكن قياسها كصوت صفير مثلًا أو إشارة ضوئية تنبهنا إلى وجود جزيئات الغاز المستهدف. 

الصفات التي تجعل مستشعرًا ما جيدًا هي نفسها مهما اختلفت نماذج تصنيع تلك المستشعرات؛ فالمستشعر النموذجي يجب أن لا يكون غالي الثمن، وسهل الاستخدام إذ لا يخطئ أحد في استخدامها؛ إضافة إلى كونه قابلًا للنقل، وتُقاس المستشعرات الكيميائية بعلامتين حيويتين مهمتين: الانتقائية والحساسية. 

في العالم ما يزيد على 10 مليارات جزيء؛ لذا فانتقاء جزيء واحد ليس بالإنجاز الضعيف، والحساسية مُهمة جدًّا في تحديد وجود جزيئاتٍ من مسافةٍ ما أو بتركيز منخفض جدًّا، وبعض المعايير المهمة الأخرى هي وقت الاستجابة وحجم المستشعر وعتبة الاستشعار؛ أي أقل كمية من الجزيء الكيميائي يمكن تحديدها. 

وبقطع النظر عن آلية عملها؛ فإن أجهزة الاستشعار الكيميائية تعمل لأجلك دون أدنى شك؛ ففي منزلك يوجد على الأغلب مستشعر لغاز الرادون أو أحادي أوكسيد الكربون حسب قوانين البلد، والعديد من مستشعرات غاز الرادون تعمل عن طريق امتصاصه مباشرة أو استشعار مخلفات الاضمحلال الإشعاعي لذلك الغاز؛ في حين لا يترك غاز أحادي أوكسيد الكربون أيَّة مخلفات مشعّة خلفه؛ لذلك لا بدَّ للمستشعرات أن تعمل بطريقة أخرى لكي تكتشفه. بعض المستشعرات تحاكي آلية تفاعل أحادي أوكسيد الكربون مع الهيموجلوبين في الدم لكي تتمكن من تحديد وجوده في الهواء. 

ولكن ماذا عن تلك المستشعرات التي تستخدم في المشافي أو الأنشطة العسكرية؟ إذ الدقة المطلوبة أعلى ونمط الاستخدام أعقد؟ كيف تختلف عن تلك المستخدمة في البيت وبمَ تتمايز عنها؟ تابعوا مقالاتنا المقبلة..

المصدر:

1- هنا

الدراسات المرجعية:

1- هنا