Currently Commercially Available Chemical Sensors Employed for Detection of Volatile Organic Compounds in Outdoor and Indoor Air
Abstrakt
The paper presents principle of operation and design of the most popular chemical sensors for measurement of volatile organic compounds (VOCs) in outdoor and indoor air. It describes the sensors for evaluation of explosion risk including pellistors and IR-absorption sensors as well as the sensors for detection of toxic compounds such as electrochemical (amperometric), photoionization and semiconductor with solid electrolyte ones. Commercially available sensors for detection of VOCs and their metrological parameters—measurement range, limit of detection, measurement resolution, sensitivity and response time—were presented. Moreover, development trends and prospects of improvement of the metrological parameters of these sensors were highlighted.
Cytowania
-
1 7 7
CrossRef
-
0
Web of Science
-
1 8 1
Scopus
Autorzy (2)
Cytuj jako
Pełna treść
- Wersja publikacji
- Accepted albo Published Version
- Licencja
- otwiera się w nowej karcie
Słowa kluczowe
Informacje szczegółowe
- Kategoria:
- Publikacja w czasopiśmie
- Typ:
- publikacja w in. zagranicznym czasopiśmie naukowym (tylko język obcy)
- Opublikowano w:
-
Environments
nr 4,
wydanie 1,
strony 1 - 15,
ISSN: 2076-3298 - Język:
- angielski
- Rok wydania:
- 2017
- Opis bibliograficzny:
- Szulczyński B., Gębicki J.. Currently Commercially Available Chemical Sensors Employed for Detection of Volatile Organic Compounds in Outdoor and Indoor Air. Environments, 2017, Vol. 4, iss. 1, s.1-15
- DOI:
- Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.3390/environments4010021
- Bibliografia: test
-
- Lazarova, V.; Abed, B.; Markovska, G.; Dezenclos, T.; Amara, A. Control of odour nuisance in urban areas: The efficiency and social acceptance of the application of masking agents. Water Sci. Technol. 2013, 68, 614-621. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Pearce, T.C.; Schiffman, S.S.; Nagle, H.T.; Gardner, J.W. Handbook of Machine Olfaction; WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: Weinheim, Germany, 2003. otwiera się w nowej karcie
- Kampa, M.; Castanas, E. Human health effects of air pollution. Environ. Pollut. 2008, 151, 362-367. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Gostelow, P.; Parsons, S.A.; Stuetz, R.M. Odour measurements for sewage treatment works. Water Res. 2001, 35, 579-597. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Taylor, S.M.; Sider, D.; Hampson, C.; Taylor, S.J.; Wilson, K.; Walter, S.D.; Eyles, J.D. Community Health Effects of a Petroleum Refinery. Ecosyst. Health 2008, 3, 27-43. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Henshaw, P.; Nicell, J.; Sikdar, A. Parameters for the assessment of odour impacts on communities. Atmos. Environ. 2006, 40, 1016-1029. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Daud, N.M.; Sheikh Abdullah, S.R.; Abu Hasan, H.; Yaakob, Z. Production of biodiesel and its wastewater treatment technologies: A review. Process Saf. Environ. Prot. 2014, 94, 487-508. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Yan, L.; Wang, Y.; Li, J.; Ma, H.; Liu, H.; Li, T.; Zhang, Y. Comparative study of different electrochemical methods for petroleum refinery wastewater treatment. Desalination 2014, 341, 87-93. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Yavuz, Y.; Koparal, A.S.; Ogutveren, U.B. Treatment of petroleum refinery wastewater by electrochemical methods. Desalination 2010, 258, 201-205. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Capelli, L.; Sironi, S.; Barczak, R.; Il Grande, M.; del Rosso, R. Validation of a method for odor sampling on solid area sources. Water Sci. Technol. 2012, 66, 1607-1613. [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Bokowa, A.H. Review of odour legislation. Chem. Eng. Trans. 2010, 23, 31-36. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Trincavelli, M.; Coradeschi, S.; Loutfi, A. Odour classification system for continuous monitoring applications. Sens. Actuator B Chem. 2009, 139, 265-273. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Ilgen, E.; Karfich, N.; Levsen, K.; Angerer, J.; Schneider, P.; Heinrich, J.; Wichmann, H.E.; Dunemann, L.; Begerow, J. Aromatic hydrocarbons in the atmospheric environment: Part I. Indoor versus outdoor sources, the influence of traffic. Atmos. Environ. 2001, 35, 1235-1252. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Chao, C.Y.H. Comparison between indoor and outdoor air contaminant levels in residential buildings from passive sampler study. Build. Environ. 2001, 36, 999-1007. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Righi, E.; Aggazzotti, G.; Fantuzzi, G.; Ciccarese, V.; Predieri, G. Air quality and well-being perception in subjects attending university libraries in Modena (Italy). Sci. Total Environ. 2002, 286, 41-50. otwiera się w nowej karcie
- Chan, A.T. Indoor-outdoor relationships of particulate matter and nitrogen oxides under different outdoor meteorological conditions. Atmos. Environ. 2002, 36, 1543-1551. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Kot-Wasik, A.; Zabiegała, B.; Urbanowicz, M.; Dominiak, E.; Wasik, A.; Namieśnik, J. Advances in passive sampling in environmental studies. Anal. Chim. Acta 2007, 602, 141-163. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Partyka, M.; Zabiegała, B.; Namieśnik, J.; Przyjazny, A. Application of Passive Samplers in Monitoring of Organic Constituents of Air. Crit. Rev. Anal. Chem. 2007, 37, 51-77. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Weschler, C.J. Changes in indoor pollutants since the 1950s. Atmos. Environ. 2009, 43, 153-169. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Zabiegała, B.; Partyka, M.; Zygmunt, B.; Namieśnik, J. Determination of volatile organic compounds in indoor air in the Gdansk area using permeation passive samplers. Indoor Built Environ. 2009, 18, 492-504. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- World Health Organization Publications. Air Quality Guidelines for Europe; otwiera się w nowej karcie
- European Series No. 91; World Health Organization: Copenhagen, Denmark, 2000. otwiera się w nowej karcie
- Stetter, J.R.; Li, J. Amperometric gas sensors-A review. Chem. Rev. 2008, 108, 352-366. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Rock, F.; Barsan, N.; Weimar, U. Electronic nose: Current status and future trends. Chem. Rev. 2008, 108, 705-725. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Gebicki, J. Application of electrochemical sensors and sensor matrixes for measurement of odorous chemical compounds. Trac Trends Anal. Chem. 2016, 77, 1-13. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Drager Technik fur das Leben, 2015. Available online: www.draeger.com (accessed on 15 August 2015). otwiera się w nowej karcie
- Gebicki, J.; Dymerski, T. Application of Chemical Sensors and Sensor Matrixes to Air Quality Evaluation. In The Quality of Air, 1st ed.; de la Guardia, M., Armenta, S., Eds.; Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2016; Volume 73, pp. 267-294. otwiera się w nowej karcie
- Cao, Z.; Buttner, W.J.; Stetter, J.R. The properties and applications of amperometric gas sensors. Electroanalysis 1992, 4, 253-266. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Bontempelli, G.; Comisso, N.; Toniolo, R.; Schiavon, G. Electroanalytical sensors for nonconducting media based on electrodes supported on perfluorinated ion-exchange membranes. Electroanalysis 1997, 9, 433-443. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Chang, J.F.; Kuo, H.H.; Leu, I.C.; Hon, M.H. The effects of thickness and operation temperature on ZnO: Al thin film CO gas sensor. Sens. Actuator B Chem. 2002, 84, 258-264. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Sakai, G.; Baik, N.S.; Miura, N.; Yamazoe, N. Gas sensing properties of tin oxide thin films fabricated from hydrothermally treated nanoparticles: Dependence of CO and H 2 response on film thickness. Sens. Actuator B Chem. 2001, 77, 116-121. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Galdikas, A.; Mironas, A.; Setkus, A. Copper-doping level effect on sensitivity and selectivity of tin oxide thin-film gas sensor. Sens. Actuator B Chem. 1995, 26, 29-32. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Yamazoe, N.; Sakai, G.; Shimanoe, K. Oxide semiconductor gas sensors. Catal. Surv. Asia 2003, 7, 63-75. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Emelin, E.V.; Nikolaev, I.N. Sensitivity of MOS sensors to hydrogen, hydrogen sulfide, and nitrogen dioxide in different gas atmospheres. Meas. Tech. 2006, 49, 524-528. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Berna, A. Metal Oxide Sensors for Electronic Noses and Their Application to Food Analysis. Sensors 2010, 10, 3882-3910. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Arshak, K.; Moore, E.; Lyons, G.M.; Harris, J.; Clifford, S. A review of gas sensors employed in electronic nose applications. Sens. Rev. 2004, 24, 181-198. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Munoz, R.; Sivret, E.C.; Parcsi, G.; Lebrero, R.; Wang, X.; Suffet, I.H.; Stuetz, R.M. Monitoring techniques for odour abatement assessment. Water Res. 2010, 44, 5129-5149. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Brzózka, Z.; Wróblewski, W. Sensory Chemiczne;
- Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej: Warsaw, Poland, 1998.
- Wilson, A.D.; Baietto, M. Applications and advances in electronic-nose technologies. Sensors 2009, 9, 5099-5148. [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Stetter, J.R.; Penrose, W.R. Understanding Chemical Sensors and Chemical Sensor Arrays (Electronic Noses): Past, Present, and Future. Sens. Update 2002, 10, 189-229. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Wilson, A.D. Review of Electronic-nose Technologies and Algorithms to Detect Hazardous Chemicals in the Environment. Procedia Technol. 2012, 1, 453-463. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Boeker, P. On "Electronic Nose" methodology. Sens. Actuator B Chem. 2014, 204, 2-17. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Nicolas, J.; Romain, A.C. Establishing the limit of detection and the resolution limits of odorous sources in the environment for an array of metal oxide gas sensors. Sens. Actuator B Chem. 2004, 99, 384-392. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Sohn, J.H.; Hudson, N.; Gallagher, E.; Dunlop, M.; Zeller, L.; Atzeni, M. Implementation of an electronic nose for continuous odour monitoring in a poultry shed. Sens. Actuator B Chem. 2008, 133, 60-69. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Dentoni, L.; Capelli, L.; Sironi, S.; Rosso, R.; Zanetti, S.; Della Torre, M. Development of an Electronic Nose for Environmental Odour Monitoring. Sensors 2012, 12, 14363-14381. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Albert, K.J.; Lewis, N.S.; Schauer, C.L.; Sotzing, G.A.; Stitzel, S.E.; Vaid, T.P.; Walt, D.R. Cross-Reactive Chemical Sensor Arrays. Chem. Rev. 2000, 100, 2595-2626. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Munoz, B.C.; Steinthal, G.; Sunshine, S. Conductive polymer-carbon black composites-based sensor arrays for use in an electronic nose. Sens. Rev. 1999, 19, 300-305. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Briglin, S.M.; Freund, M.S.; Tokumaru, P.; Lewis, N.S. Exploitation of spatiotemporal information and geometric optimization of signal/noise performance using arrays of carbon black-polymer composite vapor detectors. Sens. Actuator B Chem. 2002, 82, 54-74. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Partridge, A.C.; Jansen, M.L.; Arnold, W.M. Conducting polymer-based sensors. Mater. Sci. Eng. C 2000, 12, 37-42. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Bai, H.; Li, C.; Chen, F.; Shi, G. Aligned three-dimensional microstructures of conducting polymer composites. Polymer 2007, 48, 5259-5267. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Bai, H.; Shi, G. Gas Sensors Based on Conducting Polymers. Sensors 2007, 7, 267-307. otwiera się w nowej karcie
- Gebicki, J.; Kloskowski, A.; Chrzanowski, W.; Stepnowski, P.; Namiesnik, J. Application of Ionic Liquids in Amperometric Gas Sensors. Crit. Rev. Anal. Chem. 2016, 46, 122-138. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Gebicki, J. Application of ionic liquids in electronic nose instruments. In Analytical Applications of Ionic Liquids; otwiera się w nowej karcie
- Koel, M., Ed.; World Scientific Publishing Europe Ltd.: London, UK, 2016; pp. 339-360. otwiera się w nowej karcie
- English, J.T.; Bavana, A.D.; Freund, M.S. Biogenic amine vapour detection using poly (anilineboronic acid) films. Sens. Actuator B Chem. 2006, 115, 666-671. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Li, B.; Santhanam, S.; Schultz, L.; Jeffries-EL, M.; Iovu, M.C.; Sauve, G.; Cooper, J.; Zhang, R.; Revelli, J.C.; Kusne, A.G.; et al. Inkjet printed chemical sensor array based on polythiophene conductive polymers. Sens. Actuator B Chem. 2007, 123, 651-660. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Wang, F.; Yang, Y.; Swager, T.M. Molecular recognition for high selectivity in carbon nanotube/ polythiophenechemiresistors. Angew. Chem. 2008, 120, 8522-8524. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Lipatov, A.; Varezhnikov, A.; Wilson, P.; Sysoev, V.; Kolmakov, A.; Sinitskii, A. Highly selective gas sensor arrays based on thermally reduced grapheneoxide. Nanoscale 2013, 5, 5426-5434. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Zito, C.A.; Perfecto, T.M.; Volanti, D.P. Impact of reduced graphene oxide on the ethanol sensing performance of hollow SnO 2 nanoparticles under humid atmosphere. Sens. Actuator B Chem. 2017, 244, 466-474. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Tasaltin, C.; Basarir, F. Preparation of flexible VOC sensor based on carbon nanotubes and gold nanoparticles. Sens. Actuator B Chem. 2014, 194, 173-179. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Castro, M.; Kumar, B.; Feller, J.F.; Haddi, Z.; Amari, A.; Bouchikhi, B. Novel e-nose for the discrimination of volatile organic biomarkers with an array of carbon nanotubes (CNT) conductive polymer nanocomposites (CPC) sensors. Sens. Actuator B Chem. 2011, 159, 213-219. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Kumar, B.; Castro, M.; Feller, J.F. Poly(lactic acid)-multi-wall carbon nanotube conductive biopolymer nanocomposite vapour sensors. Sens. Actuator B Chem. 2012, 161, 621-628. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Athawale, A.A.; Bhagwat, S.V.; Katre, P.P. Nanocomposite of Pd-polyaniline as a selective methanol sensor. Sens. Actuator B Chem. 2006, 114, 263-267. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Santhanam, K.S.V.; Sangoi, R.; Fuller, L. A chemical sensor for chloromethanes using a nanocomposite of multiwalled carbon nanotubes with poly (3-methylthiophene). Sens. Actuator B Chem. 2005, 106, 766-771. otwiera się w nowej karcie
- Sharma, S.; Nirkhe, C.; Prthkar, S.; Athawale, A.A. Chloroform vapour sensor based on copper/polyaniline nanocomposite. Sens. Actuator B Chem. 2002, 85, 131-136. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Sayago, I.; Fernandez, M.J.; Fontecha, J.L.; Horrilli, M.C.; Vera, C.; Obieta, I.; Bustero, I. Surface acoustic wave gas sensors based on polyisobutylene and carbon nanotube composites. Sens. Actuator B Chem. 2011, 156, 1-5. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Penza, M.; Antolini, F.; Antisari, M.V. Carbon nanotubes as SAW chemical sensors materials. Sens. Actuator B Chem. 2004, 100, 47-59. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Sayago, I.; Fernandez, M.J.; Fontecha, J.L.; Horillo, M.C.; Vera, C.; Obieta, I.; Bustero, I. New sensitive layers for surface acoustic wave gas sensors based on polymer and carbon nanotube composites. Sens. Actuator B Chem. 2012, 175, 67-72. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Viespe, C.; Grigoriu, C. Surface acoustic wave sensors with carbon nanotubes and SiO 2 /Si nanoparticles based nanocomposites for VOC detection. Sens. Actuator B Chem. 2010, 147, 43-47. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Crawford, M.; Stewart, G.; McGregor, G.; Gilchrist, J.R. Design of a portable optical sensor for methane gas detection. Sens. Actuator B Chem. 2006, 113, 830-836.
- Goncalves, V.C.; Balogh, D.T. Optical chemical sensors using polythio-phene derivatives as active layer for detection of volatile organic compounds. Sens. Actuator B Chem. 2012, 162, 307-312. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Elosua, C.; Arregui, F.J.; Zamarreño, C.R.; Bariain, C.; Luquin, A.; Laguna, M.; Mati, I.R. Volatile organic compounds optical fiber sensor based on lossy mode resonances. Sens. Actuator B Chem. 2012, 173, 523-529. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Nizamidin, P.; Yimit, A.; Abdurrahman, A.; Itoh, K. Formaldehyde gas sensor based on silver-and-yttrium-co doped-lithium iron phosphate thin film optical waveguide. Sens. Actuator B Chem. 2013, 176, 460-466. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Martínez-Hurtado, J.L.; Davidson, C.A.B.; Blyth, J.; Lowe, C.R. Holographic detection of hydrocarbon gases and other volatile organic compounds. Langmuir 2010, 26, 15694-15699. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Wales, D.J.; Parker, R.M.; Quainoo, P.; Cooper, P.A.; Gates, J.C.; Grossel, M.C.; Smith, P.G.R. An integrated optical Bragg grating refractometer for volatile organic compound detection. Sens. Actuator B Chem. 2016, 282, 595-604. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Khot, L.R.; Panigrahi, S.; Lin, D. Development and evaluation of piezoelectric-polymer thin film sensors for low concentration detection of volatile organic compounds related to food safety applications. Sens. Actuator B Chem. 2011, 153, 1-10. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Si, P.; Mortensen, J.; Komolov, A.; Denborg, J.; Møller, P.J. Polymer coated quartz crystal microbalance sensors for detection of volatile organic compounds in gas mixtures. Anal. Chim. Acta 2007, 597, 223-230. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Rizzo, S.; Sannicolo, F.; Benincori, T.; Schiavon, G.; Zecchin, S.; Zotti, G. Calix[4]arene-functionalized poly-cyclopenta[2,1-b;3,4-b]bithiophenes with good recognition ability and selectivity for small organic molecules for application in QCM-based sensors. J. Mater. Chem. 2004, 14, 1804-1811. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Chang, J.B.; Liu, V.; Subramanian, V.; Sivula, K.; Luscombe, C.; Murphy, A.; Liu, J.; Fréchet, J.M.J. Printable polythiophene gas sensor array for low-cost electronic noses. J. Appl. Phys. 2006, 100, 14506-14507. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Liao, F.; Yin, S.; Toney, M.F.; Subramanian, V. Physical discrimination ofamine vapor mixtures using polythiophene gas sensor arrays. Sens. Actuator B Chem. 2010, 150, 254-263. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Andersson, M.; Bastuck, M.; Huotari, L.; Lloyd Spetz, A.; Lappalainen, J.; Schütze, A.; Puglisi, D. SiC-FET Sensors for Selective and Quantitative Detection of VOCs Down to Ppb Level. Procedia Eng. 2016, 168, 216-220. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Bur, C.; Bastuck, M.; Puglisi, D.; Schütze, A.; Lloyd Spetz, A.; Andersson, M. Discrimination and quantification of volatile organic compounds in the ppb-range with gas sensitive SiC-FETs using multivariate statistics. Sens. Actuator B Chem. 2015, 514, 225-233. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Pandya, H.J.; Chandra, S.; Vyas, A.L. Integration of ZnO nanostructures with MEMS for ethanol sensor. Sens. Actuator B Chem. 2012, 161, 923-928. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Pohle, R.; Weisbrod, E.; Hedler, H. Enhancement of MEMS-based Ga 2 O 3 Gas Sensors by Surface Modifications. Procedia Eng. 2016, 168, 211-215. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Kilinc, N.; Cakmak, O.; Kosemen, A.; Ermek, E.; Ozturk, S.; Yerli, Y.; Ozturk, Z.Z.; Urey, H. Fabrication of 1D ZnO nanostructures on MEMS cantilever for VOC sensor application. Sens. Actuator B Chem. 2014, 202, 357-364. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Williams, M.L. Monitoring of exposure to air pollution. Sci. Total. Environ. 1995, 168, 169-174. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Strang, C.R.; Levine, S.P.; Herget, W.F. A preliminary evaluation of the Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer as a quantitative air monitor for semiconductor manufacturing process emissions. Am. Ind. Hyg. Assoc. J. 1989, 50, 70-77. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Weryfikacja:
- Politechnika Gdańska
wyświetlono 199 razy