Fraunhofer IPMS desarrolla un nuevo sistema multisensor para el análisis del agua
Nuevas normas para evaluar la calidad del agua
Con sus revolucionarios avances en el campo de la tecnología de sensores químicos, el Instituto Fraunhofer de Microsistemas Fotónicos IPMS está estableciendo nuevos estándares en la evaluación de la calidad del agua para los seres humanos y el medio ambiente. Además de parámetros clave como la conductividad y el pH, nutrientes como el nitrato, el fosfato y el potasio también desempeñarán un papel importante como iones clave en el futuro. Su evaluación es especialmente importante en el análisis medioambiental, la agricultura y la gestión del agua.
En la unidad de negocio de Sensores y Sistemas Químicos, el equipo de investigación Fraunhofer IPMS ha estado trabajando intensamente en el desarrollo de transistores de efecto de campo sensibles a iones (ISFET) y sensores de conductividad capacitivos de última generación que pueden integrarse perfectamente en los sistemas de medición medioambiental. Ahora se ha desarrollado una electrónica de control innovadora para el uso eficaz y eficiente de los sensores, lo que permite un uso extremadamente flexible y energéticamente eficiente de estos sensores.
Las extraordinarias propiedades de los sensores de pH del Fraunhofer IPMS son especialmente destacables, como informa el Dr. Olaf Hild, Director de la Unidad de Negocio de Tecnología de Sensores Químicos del instituto: "La baja deriva de menos de 20 µV/h, el amplio rango de pH direccionable de pH 1 a pH 13, así como la histéresis extremadamente pequeña y la baja sensibilidad a la luz hacen que nuestros sensores de pH sean únicos. A esto hay que añadir su impresionante estabilidad mecánica". Además, los sensores de conductividad con un rango de medición de 10 µS/cm a 100 mS/cm ofrecen versátiles posibilidades de aplicación para el análisis medioambiental. Los sensores también pueden adaptarse a los requisitos específicos del cliente, tanto sensoriales como eléctricos.
Estas tecnologías pioneras del Fraunhofer IPMS contribuyen a aumentar significativamente la eficacia y precisión de los análisis medioambientales y abren nuevas posibilidades para aplicaciones individuales en diversas industrias.
La electrónica desarrollada, junto con los ISFET y los sensores de conductividad, se presentarán en la feria "analytica", del 9 al 12 de abril en Múnich. Los usuarios interesados tendrán la oportunidad de examinar el rendimiento y discutir los requisitos específicos para sus fines individuales en el stand A3.407 del Fraunhofer IPMS.
Principios físicos del ISFET de Fraunhofer IPMS
El sensor de conductividad capacitivo desarrollado por Fraunhofer IPMS utiliza una disposición metálica de 4 electrodos recubierta con un óxido metálico química y mecánicamente robusto. Este diseño garantiza que el medio de medición sólo entre en contacto con el óxido y no con el metal del electrodo, lo que evita la liberación o contaminación de iones metálicos durante la medición. Los sensores tienen una constante de célula de 0,8 a 1,1 cm-1 y pueden utilizarse a una frecuencia de medición comprendida entre 100 Hz y 1 MHz.
El novedoso ISFET de Fraunhofer IPMS se basa en la tecnología de transistor de efecto de campo de óxido metálico-semiconductor (MOS), en la que la zona del sensor en contacto con el medio está formada por una capa de óxido metálico anfótero. Esta capa sensible al pH adsorbe reversiblemente iones de hidronio o hidróxido del medio de medición en función del valor de pH. La tensión (VGS) medida entre el electrodo fuente y el electrodo puerta o de referencia (Ag/AgCl en 3M KCl) se utiliza entonces como señal de medida.
Algunos de los resultados de la investigación se obtuvieron en el marco del proyecto "REISen", un proyecto en el campo de la ciencia de los materiales cofinanciado con fondos fiscales sobre la base del presupuesto aprobado por el Parlamento del Estado de Sajonia.
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