Ключові слова
impedance
measurement
common mode influences
equivalent electrical model диференціальні кондуктометричні біосенсори
імпеданс
вимірювання
синфазні впливи
еквівалентна електрична модель
Як цитувати
Анотація
Статтю присвячено вирішенню проблеми виникнення адитивної похибки визначення локальних змін електропровідності розчинів електролітів в умовах зміни фонової електропровідності середовища вимірювань, що часто має місце в біосенсорних та інших системах з диференціальною парою кондуктометричних перетворювачів через неідентичність їхніх електричних параметрів. Метою є забезпечення глибокого придушення впливу фонових змін за значних відмінностей як реактивних, так і активних опорів у парі перетворювачів сенсора. Коротко розглянуто суть питання, причини та механізм виникнення цього виду похибки, а також методи та засоби її зменшення, розроблені раніше. Наведено схему та опис структури диференціального кондуктометричного каналу біосенсорної системи на основі моста змінного струму, алгоритм операцій його балансування регулюванням модуля та фази тестової напруги, а також векторну діаграму струмів та напруг у ньому при цьому процесі. Аналітично промодельоване балансування моста з приведенням його в стан квазірівноваги, за якого варіації фонової електропровідності не змінюють його вихідний сигнал. Визначено додаткові операції балансування моста, що дає змогу досягти такого стану за значних відмінностей як ємностей, так і активних опорів в імпедансах пари кондуктометричних перетворювачів диференціального сенсора. Наведено результати експериментальних досліджень придушення впливу змін фонової електропровідності розчину у диференціальному кондуктометричному каналі на його комп'ютерній моделі та на експериментальному зразку кондуктометричного приладу з електричним еквівалентом диференціального сенсора. Наведено порівняння отриманих результатів та відповідних даних у разі балансування мостових кіл раніше розробленими методами. Бібл. 16, табл. 3, рис. 3.
Посилання
Impedance Spectroscopy Theory, Experiment, and Application. Edited by Evgenij Barsoukov, Ross Macdonald. John Wiley & Sons Inc., Hoboken, New Jersey. 2005.
Grossi M., Riccò B. Electrical impedance spectroscopy (EIS) for biological analysis and food characterization: a review. Journal of Sensors and Sensor Systems. 2017. No 6. Pp. 303-325. DOI: https://doi.org/10.5194/jsss-6-303-2017.
Narjes Kolahchi, Mohamed Braiek, Gholamhossein Ebrahimipoura, Seyed Omid Ranaei-Siadatc, Florence Lagarde Nicole Jaffrezic-Renaultb. Direct detection of phenol using a new bacterial strain-based conductometric biosensor. Journal of Environmental Chemical Engineering. 2018. Vol. 6. Issue 1. Pp. 478-484. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2017.12.023
Lee R., Kester W. Fully Automatic Self-Calibrated Conductivity Measurement System. Analog Devices: Analog Dialogue 50-11. 2016.
Jaffrezic-Renault N., Dzyadevych S.V. Conductometric microbiosensors for environmental monitoring. Sensors (Basel). 2008. Vol. 8. Issue 4. Pp. 2569-2588. DOI: https://doi.org/10.3390/s8042569
Dzyadevich S.V., Soldatkin O.P. Scientific and technological principles of creating miniature electrochemical biosensors. Kyiv: Naukova dumka, 2006. 256 p.
Dzyadevych S.V. Conductometric enzyme biosensors: theory, technology, application. Analytica Chimica Acta. 2001. Vol. 445. Pp. 47-55. DOI: https://doi.org/10.1016/S0003-2670(01)01249-1
Grinevich F.B., Surdu M.N. High-precision variation measuring systems of alternating current. Kyiv: Naukova Dumka, 1989. 192 p. (Rus)
Surdu M.M., Monastirsky Z.Ya. Variations of methods for improving the accuracy of vimiruvachiv imitation. Kyiv, Institute of Electrodynamics of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2015. 385 p. (Ukr)
Melnyk V.G., Rubanchuk M.P., Mikhal A.A. Measuring circuits for conductometric transducers with differential two-electrode sensors. Tekhnichna electrodynamika. 2008. No 2. Pp. 119-124. (Rus)
Melnyk V.G., Dzyadevych S.V., Ivashchuk A.V., Ulyanova V.A., Lepikh Ya.I., Romanov V.O. The experimental studies of microelectronic transducers for conductometric biosensor systems. Sensorna elektronika ta mikrosystemni tekhnolohii. 2011. Vol. 8. Issue 3. Pp. 81–90. DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2011.3.118131 (Rus)
Melnyk V.G., Vasylenko A.D., Semenycheva L.N., Slitskiy O.V., Saiapina O.Y., Dzyadevych S.V. Solutions for enhancement of sensitivity and metrological reliability of conductometric biosensor systems. Engineering Research Express. 2021. Vol. 3. No 4. DOI: https://doi.org/10.1088/2631-8695/ac2a0d
Melnik V.G., Vasilenko A.D., Dudchenko A.E., Pogrebnyak V.D. Studies of common-mode interference suppression in a biosensor conductometric system with differential sensors. Sensorna elektronika ta mikrosystemni tekhnolohii. 2014. Vol. 11. No 3. Pp. 49-61. URL: http://semst.onu.edu.ua/article/view/108258 (accessed at 12.03.2022). (Rus) DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2014.3.108258
Dudchenko O.E., Matsyshyn M.Y., Peshkova V.M., Soldatkin O.O., Soldatkin O.P., Dzyadevich S.V. Methods of testing conductometric transducers for further biosensor use. Sensorna elektronika ta mikrosystemni tekhnolohii. 2013 Vol. 10. No 4. Pp. 97-109. (Ukr)
Melnyk V.G., Onyshchenko I.V., Rubanchuk M.P., Slitsky A.V. Improving common mode interference suppression in a differential conductometric biosensor system. Tekhnichna electrodynamika. 2015. No 2. Pp. 73-82. (Rus)
Melnyk V.G., Borshchov P.I., Dzyadevych S.V., Saiapina O.Y., Vasylenko O.D. Increasing the sensitivity and metrological reliability of a differential conductometric biosensor system. Tekhnichna electrodynamika. 2021. No 6. Pp. 68-78. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2021.06.068.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Авторське право (c) 2022 Array