Polymeric electronic gas sensor for determining alcohol content in automotive fuels

In this paper we describe the electrosynthesis of poly[(2-bromo-5-hexyloxy- 1,4-phenylenevinylene)-co-(1,4-phenylenevinylene)] (BHPPV-co-PPV), a novel conducting copolymer, and its application as active layer of a chemiresistive gas sensor suitable for quantification of ethanol present in ethanol-gasoline mixtures normally present in the fuel tanks of flex-fuel vehicles. This information is crucial for the smooth operation of the engine since it permits optimal air:fuel ratio regulation. The sensor consists of an interdigitated electrode coated with a thin polymer film doped with dodecylbenzenesulfonic acid. On exposure to fuel vapours at room temperature, the device presents a linear correlation between its electrical conductance and the ethanol concentration in the fuel. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Raman spectroscopy of a sulfur dioxide visual sensor: The origin of the two colors in the solid sample

The vibrational spectroscopic characterization of a sulfur dioxide visual sensor was carried out using a Raman microscope system. It was observed the formation of two distinct complexes, that were characterized by the position and relative intensities of the bands assigned to the symmetric stretching, nu(s)(SO(2)),of the linked SO(2) molecules. In fact, in the yellowish orange complex, that corresponds to the 1:1 stoichiometry, only one band is observed, assigned to nu(s)(SO(2)) at ca. 1080 cm-(1) and, in the deep red complex, that corresponds to the 1:2 complex, at ca. 1070 and 1090 cm(-)1 are observed. The variation of the relative intensities of the bands assigned to nu(s)(SO(2)) present in the Ni(II)center dot SO(2) complex, in different points of the sample, shows clearly the requirement of the Raman microscope in the vibrational characterization of this kind of molecular sensor. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Bioluminescent sensor for naphthalene in air: Cell immobilization and evaluation with a dynamic standard atmosphere generator

A dynamic atmosphere generator with a naphthalene emission source has been constructed and used for the development and evaluation of a bioluminescence sensor based on the bacteria Pseudomonas fluorescens HK44 immobilized in 2% agar gel (101 cell mL(-1)) placed in sampling tubes. A steady naphthalene emission rate (around 7.3 nmol min(-1) at 27 degrees C and 7.4 mLmin(-1) of purified air) was obtained by covering the diffusion unit containing solid naphthalene with a PTFE filter membrane. The time elapsed from gelation of the agar matrix to analyte exposure (""maturation time"") was found relevant for the bioluminescence assays, being most favorable between 1.5 and 3 h. The maximum light emission, observed after 80 min, is dependent on the analyte concentration and the exposure time (evaluated between 5 and 20 min), but not on the flow rate of naphthalene in the sampling tube, over the range of 1.8-7.4 nmol min(-1). A good linear response was obtained between 50 and 260 nmol L-1 with a limit of detection estimated in 20 nmol L-1 far below the recommended threshold limit value for naphthalene in air. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

A selective conductive polymer-based sensor for volatile halogenated organic compounds (VHOC)

A novel poly(p-xylylene), PPX, derivative bearing alkoxyphenyl side groups was electrochemically synthesized in 87% yield. The polymer, poly(4`-hexyloxy-2,5-biphenyleneethylene) (PHBPE), presented a fraction (92%) soluble in common organic solvents. It showed to be thermally resistant up to 185 degrees C. UV-vis analysis revealed an E-gap of 3.5 eV Gas sensors made from thin films of 10-camphorsulfonic acid-doped PHBPE deposited on interdigitated electrodes exhibited significant changes in electrical conductance upon exposure to five VHOCs: 1,2-dichloroethane, bromochloromethane, trichloromethane, dichloromethane and tetrachloromethane. The conductance decreased after exposure to tetrachloromethane and increased after exposure to all the other VHOCs. Three-dimensional plots of relative response versus time of half response versus time of half recovery showed good discrimination between the five VHOCs tested. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Study of a gold electrode modified by trans-[Ru(NH(3))(4)(Ist)SO(4)](+) to produce an electrochemical sensor for nitric oxide

The modification of a gold electrode surface by electropolymerization of trans-[Ru(NH(3))(4)(Ist)SO(4)](+) to produce an electrochemical sensor for nitric oxide was investigated. The influence of dopamine, serotonin and nitrite as interferents for NO detection was also examined using square-wave voltammetry (SWV). The characterization of the modified electrode was carried out by cyclic voltammetry, electrochemical quartz crystal microbalance (EQCM) and SERS techniques. The gold electrode was successfully modified by the trans-[Ru(NH(3))(4)(Ist)SO(4)](+) complex ion using cyclic voltammetry. The experiments show that a monolayer of the film is achieved after ten voltammetric cycles, that NO in solution can coordinate to the metal present in the layer, that dopamine, serotonin and nitrite are interferents for the detection of NO, and that the response for the nitrite is much less significant than the responses for dopamine and serotonin. The proposed modified electrode has the potential to be applied as a sensor for NO. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Development and Application of a Highly Selective Biomimetic Sensor for Detection of Captopril, an Important Ally in Hypertension Control

A biomimetic sensor is proposed as a promising new analytical method for determination of captopril in different classes of samples. The sensor was prepared by modifying a carbon paste electrode with iron (II) phthalocyanine bis(pyridine) [FePe(dipy)] complex. Amperometric measurements in a batch analytical mode were first carried out in order to optimize the sensor response. An applied potential lower than 0.2 V vs Ag vertical bar AgCl in 0.1 mol L(-1) of TRIS buffer at pH 8.0 provided the best response, with a linear range of 2.5 x 10(-5) to 1.7 x 10(-4) mol L(-1). A detailed investigation of the selectivity of the sensor, employing seventeen other drugs, was also performed. Recovery studies were carried out using biological and environment samples in order to evaluate the sensor`s potential for use with these sample classes. Finally, the performance of the biomimetic sensor was optimized in a flow injection (FIA) system using a wall jet electrochemical cell. Under optimized flow conditions, a broad linear response range, from 5.0 x 10(-4) to 2.5 x 10(-2) mol L(-1), was obtained for captopril, with a sensitivity of 210 +/- 1 mu A L mol(-1).

Adaptive, Decentralized, And Real-Time Sampling Strategies For Resource Constrained Hydraulic And Hydrologic Sensor Networks

We discuss the development and performance of a low-power sensor node (hardware, software and algorithms) that autonomously controls the sampling interval of a suite of sensors based on local state estimates and future predictions of water flow. The problem is motivated by the need to accurately reconstruct abrupt state changes in urban watersheds and stormwater systems. Presently, the detection of these events is limited by the temporal resolution of sensor data. It is often infeasible, however, to increase measurement frequency due to energy and sampling constraints. This is particularly true for real-time water quality measurements, where sampling frequency is limited by reagent availability, sensor power consumption, and, in the case of automated samplers, the number of available sample containers. These constraints pose a significant barrier to the ubiquitous and cost effective instrumentation of large hydraulic and hydrologic systems. Each of our sensor nodes is equipped with a low-power microcontroller and a wireless module to take advantage of urban cellular coverage. The node persistently updates a local, embedded model of flow conditions while IP-connectivity permits each node to continually query public weather servers for hourly precipitation forecasts. The sampling frequency is then adjusted to increase the likelihood of capturing abrupt changes in a sensor signal, such as the rise in the hydrograph – an event that is often difficult to capture through traditional sampling techniques. Our architecture forms an embedded processing chain, leveraging local computational resources to assess uncertainty by analyzing data as it is collected. A network is presently being deployed in an urban watershed in Michigan and initial results indicate that the system accurately reconstructs signals of interest while significantly reducing energy consumption and the use of sampling resources. We also expand our analysis by discussing the role of this approach for the efficient real-time measurement of stormwater systems.

Estudo e desenvolvimento de um sensor de CO2 de baixo custo

Este trabalho descreve um estudo e desenvolvimento de um sensor de dióxido de carbono (CO2), de baixo custo, para monitoramento da qualidade do ar em ambientes climatizados. O sensor aqui proposto baseia-se na técnica de absorção em infravermelho não dispersivo (NDIR). Este trabalho avalia alguns métodos já empregados e propõe um modelo alternativo visando uma solução de baixo custo que possa ser incorporada a sistemas de monitoramento e/ou condicionamento existentes, permitindo o controle do teor de CO2. A metodologia inclui o estudo dos diferentes tipos de sensores de CO2, a seleção da técnica mais apropriada para medição, o estudo das alternativas para implementação da técnica selecionada, o desenvolvimento, testes e avaliações da solução. Especificamente desenvolveu-se uma solução em termos de sensor de CO2 que utiliza componentes comerciais, sendo facilmente reprodutível e de custo reduzido. O sensor desenvolvido tem faixa de medição entre 330 a mais de 10000 ppm, com resolução estimada em torno de 20 a 30 ppm, com erro em relação ao padrão menor que 10% da medição ou 150 ppm,o que for maior.

Monitoramento de temperaturas noturnas da superfície terrestre no estado do Rio Grande do Sul com uso do sensor orbital AVHRR/NOAA

A temperatura da superfície terrestre (TST), além da ação determinante sobre o crescimento e o desenvolvimento das plantas, influencia também muitos processos físicos, químicos e biológicos, tendo significativa relevância científica em um vasto campo das atividades de pesquisa e gerenciamento dos recursos naturais. O objetivo geral deste estudo foi verificar a adequação do uso de sensores orbitais AVHRR/3 NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) classe POES (Polar Operational Environmental Satellites) para mapeamento de temperaturas da superfície terrestre no Rio Grande do Sul, visando sua implementação em programas operacionais de monitoramento agrometeorológico. No estudo realizado no período de junho a setembro de 2002, foram utilizadas 11 imagens noturnas e 20 imagens diurnas, captadas na estação de recepção de imagens NOAA pertencente ao Centro Estadual de Pesquisas em Sensoriamento Remoto e Meteorologia (CEPSRM). Após processamento, as imagens foram utilizadas para a determinação da temperatura de brilho da banda 4 e 5 da TST através dos métodos de Becker e Li (1990), Kerr et al. (1992) e Sobrino et al. (1993). A TST obtida a partir das imagens foi comparada aos dados de temperatura do ar obtidos em 13 estações meteorológicas de superfície Os resultados mostraram que os sensores orbitais AVHRR/3 são adequados para o mapeamento noturno de temperaturas da superfície terrestre no Rio Grande do Sul. O método de Sobrino et al. (1993) é o mais adequado entre os métodos testados para a estimativa das temperaturas noturnas no Estado, embora ainda seja necessário um aprofundamento teórico em relação aos efeitos atmosféricos sobre regiões localizadas em baixas latitudes. Também a temperatura estimada por sensores remotos pode ser utilizada para estimar a temperatura do ar nos locais avaliados, sendo que ainda deve ser testada a extrapolação para outros locais.

An online platform for real-time sensor data collection, visualization, and sharing

Sharing sensor data between multiple devices and users can be^challenging for naive users, and requires knowledge of programming and use of different communication channels and/or development tools, leading to non uniform solutions. This thesis proposes a system that allows users to access sensors, share sensor data and manage sensors. With this system we intent to manage devices, share sensor data, compare sensor data, and set policies to act based on rules. This thesis presents the design and implementation of the system, as well as three case studies of its use.

Investigação numérica do desempenho de um sensor de fibra ótica de índice de refração, baseado em SPR e utilizando COMSOL multiphysics

Esta tese é dedicada aos sensores de fibra ótica especificamente aos sensores baseados no fenómeno de ressonância de plasmão de superfície, SPR (Surface Plasmon Resonance), gerados em fibras óticas com configuração do tipo “D”, para aplicação em sensores refratométricos. Numa primeira parte desta dissertação são descritos os aspetos teóricos fundamentais para a compreensão dos fenómenos de ressonância de plasmões de superfície e a sua utilização em sistemas sensores. Estes fenómenos ocorrem na superfície de interface entre metais e outros meios materiais, sendo capazes de afetar as propriedades em reflexão e transmissão de uma onda eletromagnética incidente (feixe luminoso), de uma forma que é fortemente dependente dos meios na proximidade do metal. Assim, a medição das propriedades do feixe luminoso, como por exemplo o comprimento de onda de ressonância com SPR, permite monitorizar esses meios. Numa segunda fase foi implementada a simulação destes modelos, em COMSOL Multiphysics, que permitia não só a obtenção dos espetros de transmissão dos fenómenos de ressonância de plasmões de superfície, mas também a obtenção das distribuições do campo elétrico e magnético em função das dimensões do sensor. O COMSOL permitiu também a obtenção das curvas do deslocamento do comprimento de onda ressonante, perante variações do índice de refração exterior, da espessura do metal, da espessura da bainha e da espessura de outro elemento de elevado índice de refração. A fase seguinte foi verificar que os resultados dos métodos teóricos para os diferentes parâmetros de estudo eram semelhantes aos resultados obtidos no COMSOL. Conclui-se que com este programa é possível criar novos sensores em fibra ótica, baseados em SPR, para melhorar e otimizar os parâmetros de ressonância e sensibilidade do sensor. A última fase do trabalho baseou-se na modelização de uma fibra cuja configuração seja tal que possa criar um pequeno efeito de antena e fazer com que parte da luz seja guiada para o exterior da fibra e possa interatuar com o meio externo para melhor sensibilidade.

Sistema sensor em fibra ótica para deteção de gás

O presente trabalho descreve duas técnicas de deteção de gás baseadas em fibra ótica e apresenta dois sistemas sensores testados em ambiente laboratorial, usando técnicas de processamento de sinal usualmente associadas à espetroscopia de absorção. O estudo inicial do estado da arte dos sensores baseados em fibra ótica para a deteção de gases apresenta soluções com elevada seletividade, sensibilidade e resolução que permitem tempos de resposta curtos e esquemas de multiplexagem versáteis. A técnica de espetroscopia de absorção direta (DAS) permite a deteção de gases de forma simples e com alguma eficácia, mas com uma baixa relação-sinal-ruido. A espetroscopia por modulação de comprimento de onda (WMS) é uma técnica muito eficaz e de elevada sensibilidade para a deteção de gases, dado que a deteção é deslocada para frequências afastadas do ruído base, melhorando significativamente a relação-sinal-ruído. Estas técnicas foram escolhidas para a implementação de dois sistemas optoeletrónicos, totalmente controlados pelas respetivas aplicações em LabVIEW para a deteção e monitorização de amónia (NH3), dióxido de carbono (CO2) e metano (CH4). O trabalho é finalizado com a caraterização laboratorial dos sistemas e avaliação do desempenho, permitindo a otimização dos sistemas e técnicas implementados. De referir que o trabalho realizado nas instalações da Unidade de Optoeletrónica e Sistemas Eletrónicos (UOSE) do Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores (INESC), Tecnologia e Ciência (TEC), laboratório associado coordenado pelo INESC Porto, permitiu, excelentes condições de trabalho, essenciais para implementar de forma prática os diversos conceitos estudados, bem como testar e caraterizar todos os sistemas desenvolvidos em ambiente laboratorial. O trabalho desenvolvido enquadra-se no âmbito do projeto europeu ECOAL-MGT (Gestão ecológica de pilhas de resíduos de carvão), que será implementado para monitorização remota de parâmetros fundamentais de uma escombreira de carvão em auto-combustão em S.ºPedro da Cova, Portugal.

Sensor for cysteine based on oxovanadium(IV) complex of Salen modified carbon paste electrode

The electrochemical behavior of a carbon paste electrode modified (CPEM) with N,N′-ethylenebis(salicylideneiminato)oxovanadium(IV) complex ([(VO)-O-IV(Salen)]) was investigated as a new sensor for cysteine. Cyclic voltammetry at the modified electrode in 0.1 mol L-1 KCl Solution (pH 5.0) showed a single-electron reduction/oxidation of the Couple VO3+/VO2+. The CPEM with [VO(Salen)] presented good electrochemical stability in a wide pH range (4.0-10.0) and an ability to electrooxidate cysteine at 0.65 V versus SCE. These results demonstrate the viability of the use of this modified electrode as an amperometric sensor for cysteine determination. © 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.