Agarose gel coated glass substrate for formaldehyde sensing application

• Autorzy: Jali Mohd Hafiz , Faisal Nur Nadira Malek , Rahim Hazli Rafis Abdul , Johari Md. Ashadi Md. , Ahmad Aminah , Baharom Mohamad Faizal , Zain Huda Adnan , Harun Sulaiman Wadi

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.08.18

Warianty tytułu

PL

Szklane podłoże pokryte żelem agarozowym do stosowania w czujnikach formaldehydu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper demonstrated an intensity modulation detection system employing agarose gel coated on the glass substrate for formaldehyde sensing application. The objectives of this work is to develop a simple and low cost formaldehyde sensor using commercially available microscope glass substrate, coating material and data acquisition unit. The glass substrate was coated with agarose gel using low temperature synthesis method which has superiority in term of high porosity and capable to absorb molecule around it. The formaldehyde detection is based on the change in refractive index (RI) of the agarose gel as a coating material. The RI change of the coating materials will modulate the output light intensity when the concentration level of the formaldehyde varies. This is due to the intensity of the light weakening by absorption and scattering when light propagated through the sensing material. A significant response to formaldehyde concentrations was observed with the output voltage reduced linearly from 1.1V to 0.4V. The sensitivity and the linearity of the proposed sensor improve by a factor of 1.02 and 1.03 respectively as compared to uncoated glass substrate. Moreover, it performs better in term of stability, hysteresis and time response. The proposed formaldehyde sensor avoid utilization of costly optical sensor setup based on laser source which are not feasible for large scale production. Based on the experiment results, the proposed sensor has a good potential as a formaldehyde sensor which is essential for food, health and environmental sector.

PL

W pracy przedstawiono system detekcji modulacji intensywności wykorzystujący żel agarozowy pokryty szklanym podłożem do zastosowania w czujnikach formaldehydu. Celem tej pracy jest opracowanie prostego i taniego czujnika formaldehydu przy użyciu dostępnego na rynku podłoża szklanego mikroskopu, materiału powłokowego i jednostki akwizycji danych. Podłoże szklane pokryto żelem agarozowym metodą syntezy niskotemperaturowej, która ma przewagę pod względem dużej porowatości i jest w stanie absorbować otaczające ją cząsteczki. Wykrywanie formaldehydu opiera się na zmianie współczynnika załamania światła (RI) żelu agarozowego jako materiału powlekającego. Zmiana RI materiałów powłokowych będzie modulować natężenie światła wyjściowego, gdy zmienia się poziom stężenia formaldehydu. Wynika to z intensywności osłabienia światła przez absorpcję i rozpraszanie podczas propagacji światła przez materiał czujnika. Zaobserwowano istotną odpowiedź na stężenia formaldehydu przy liniowo obniżonym napięciu wyjściowym z 1,1V do 0,4V. Czułość i liniowość proponowanego czujnika poprawiają się odpowiednio o współczynnik 1,02 i 1,03 w porównaniu z niepowlekanym podłożem szklanym. Ponadto działa lepiej pod względem stabilności, histerezy i odpowiedzi czasowej. Proponowany czujnik formaldehydu pozwala uniknąć kosztownych układów czujników optycznych opartych na źródle laserowym, które nie są możliwe do zastosowania w produkcji na dużą skalę. W oparciu o wyniki eksperymentu, proponowany czujnik ma dobry potencjał jako czujnik formaldehydu, który jest niezbędny w sektorze spożywczym, zdrowotnym i środowiskowym.

Słowa kluczowe

EN

formaldehyde; agarose gel; glass substrate

PL

formaldehyd; żel agarozowy; podłoże szklane

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 8
• Strony: 95--99
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Jali Mohd Hafiz

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Hang Tuah Jaya, 76100 Durian Tunggal, Melaka, Malaysia

• https://orcid.org/0000-0002-2894-7285

autor

Faisal Nur Nadira Malek

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Hang Tuah Jaya, 76100 Durian Tunggal, Melaka, Malaysia

autor

Rahim Hazli Rafis Abdul

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Hang Tuah Jaya, 76100 Durian Tunggal, Melaka, Malaysia

• https://orcid.org/0000-0002-6001-0230

autor

Johari Md. Ashadi Md.

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Hang Tuah Jaya, 76100 Durian Tunggal, Melaka, Malaysia

autor

Ahmad Aminah

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Hang Tuah Jaya, 76100 Durian Tunggal, Melaka, Malaysia

• https://orcid.org/0000-0002-1393-6663

autor

Baharom Mohamad Faizal

• Universiti Teknikal Malaysia Melaka, Hang Tuah Jaya, 76100 Durian Tunggal, Melaka, Malaysia

• https://orcid.org/0000-0003-2887-3922

autor

Zain Huda Adnan

• University of Malaya, Kuala Lumpur 50603, Malaysia

autor

Harun Sulaiman Wadi

• University of Malaya, Kuala Lumpur 50603, Malaysia

Bibliografia

• [1] F. Nowshad, M. N. Islam, and M. S. Khan, "Concentration and formation behavior of naturally occurring formaldehyde in foods", Agriculture & Food Security, vol. 7, pp. 1-8, 2018.
• [2] Z. Ye, H. Tai, T. Xie, Z. Yuan, C. Liu, and Y. Jiang, "Room temperature formaldehyde sensor with enhanced performance based on reduced graphene oxide/titanium dioxide", Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 223, pp. 149-156, 2016.
• [3] A. Hempel-Jorgensen, S. K. Kjærgaard, L. Molhave, and K. H. Hudnell, "Sensory eye irritation in humans exposed to mixtures of volatile organic compounds", Archives of Environmental Health: An International Journal, vol. 54, pp. 416-424, 1999.
• [4] L. Zhang, J. Zhao, J. Zheng, L. Li, and Z. Zhu, "Shuttle-like ZnO nano/microrods: Facile synthesis, optical characterization and high formaldehyde sensing properties", Applied Surface Science, vol. 258, pp. 711-718, 2011.
• [5] W. H. Organization, "WHO guidelines for indoor air quality:selected pollutants," 2010.
• [6] M. A. M. Johari, A. Al Noman, M. A. Khudus, M. Jali, H. Yusof, S. Harun, et al., "Microbottle resonator for formaldehyde liquid sensing", Optik, vol. 173, pp. 180-184, 2018.
• [7] Y.-n. Zhang, T. Zhou, B. Han, A. Zhang, and Y. Zhao, "Optical bio-chemical sensors based on whispering gallery mode resonators", Nanoscale, vol. 10, pp. 13832-13856, 2018.
• [8] V. M. Passaro, B. Troia, M. La Notte, and F. De Leonardis, "Photonic resonant microcavities for chemical and biochemical sensing", RSC Advances, vol. 3, pp. 25-44, 2013.
• [9] J. Wu and M. Gu, "Microfluidic sensing: state of the art fabrication and detection techniques", Journal of biomedical optics, vol. 16, p. 080901, 2011.
• [10] M. Pospíšilová, G. Kuncová, and J. Trögl, "Fiber-optic chemical sensors and fiber-optic bio-sensors", Sensors, vol. 15, pp. 25208-25259, 2015.
• [11] N. Sabri, S. Aljunid, M. Salim, R. Ahmad, and R. Kamaruddin", Toward optical sensors: Review and applications", in Journal of Physics: Conference Series, 2013, p. 012064.
• [12] M. Batumalay, S. Harun, F. Ahmad, R. Nor, N. Zulkepely, and H. Ahmad, "Study of a fiber optic humidity sensor based on agarose gel", Journal of Modern Optics, vol. 61, pp. 244-248, 2014.
• [13] A. Umar, B.-K. Kim, J.-J. Kim, and Y. Hahn, "Optical and electrical properties of ZnO nanowires grown on aluminium foil by non-catalytic thermal evaporation", Nanotechnology, vol. 18, p. 175606, 2007.
• [14] H. R. B. A. Rahim, S. Manjunath, H. Fallah, S. Thokchom, S. W. Harun, W. S. Mohammed, et al., "Side coupling of multiple optical channels by spiral patterned zinc oxide coatings on large core plastic optical fibers", Micro & Nano Letters, vol. 11, pp. 122-126, 2016.
• [15] M. H. Jali, H. R. A. Rahim, S. S. Hamid, M. A. M. Johari, H. H. M. Yusof, S. Thokchom, et al., "Microfiber loop resonator for formaldehyde liquid sensing", Optik, vol. 196, p. 163174, 2019.
• [16] K. Tian, B. Tudu, and A. Tiwari, "Growth and characterization of zinc oxide thin films on flexible substrates at low temperatureusing pulsed laser deposition", Vacuum, vol. 146, pp. 483-491, 2017.
• [17] A. Araújo, A. Pimentel, M. J. Oliveira, M. J. Mendes, R. Franco, E. Fortunato, et al., "Direct growth of plasmonic nanorod forests on paper substrates for low-cost flexible 3D SERS platforms", Flexible and Printed Electronics, vol. 2, p. 014001, 2017.
• [18] C. Zhang, Q. Luo, H. Wu, H. Li, J. Lai, G. Ji, et al., "Roll-to-roll micro-gravure printed large-area zinc oxide thin film as the electron transport layer for solution-processed polymer solar cells", Organic Electronics, vol. 45, pp. 190-197, 2017.
• [19] C. Fung, J. Lloyd, S. Samavat, D. Deganello, and K. Teng, "Facile fabrication of electrochemical ZnO nanowire glucose biosensor using roll to roll printing technique", Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 247, pp. 807-813, 2017.
• [20] H. H. M. Yusof, S. W. Harun, K. Dimyati, T. Bora, K. Sterckx, W. S. Mohammed, et al., "Low-cost integrated zinc oxide nanorod-based humidity sensors for arduino platform" IEEE Sensors Journal, vol. 19, pp. 2442-2449, 2018.
• [21] P. C. Zieger, "Effects of relative humidity on aerosol light scattering," ETH Zurich, 2011.
• [22] S. Azad, E. Sadeghi, R. Parvizi, A. Mazaheri, and M. Yousefi, "Sensitivity optimization of ZnO clad-modified optical fiber humidity sensor by means of tuning the optical fiber waist diameter", Optics & Laser Technology, vol. 90, pp. 96-101, 2017.
• [23] H. H. M. Yusof, S. W. Harun, K. Dimyati, T. Bora, W. S. Mohammed, and J. Dutta, "Optical dynamic range maximization for humidity sensing by controlling growth of zincoxide nanorods", Photonics and Nanostructures-Fundamentals and Applications, vol. 30, pp. 57-64, 2018.
• [24] S. Azad, E. Sadeghi, R. Parvizi, and A. Mazaheri, "Fast response relative humidity clad-modified multimode optical fiber sensor with hydrothermally dimension controlled ZnO nanorods", Materials Science in Semiconductor Processing, vol. 66, pp. 200-206, 2017.
• [25] M. Q. Lokman, H. R. Bin Abdul Rahim, S. W. Harun, G. L. Hornyak, and W. S. Mohammed, "Light backscattering (eg reflectance) by ZnO nanorods on tips of plastic optical fibres with application for humidity and alcohol vapour sensing", Micro & Nano Letters, vol. 11, pp. 832-836, 2016.
• [26] H. H. M. Yusof, M. H. Jali, M. A. M. Johari, K. Dimyati, S. W. Harun, M. Khasanah, et al., "Detection of formaldehyde vapor using glass substrate coated with zinc oxide nanorods", IEEE Photonics Journal, vol. 11, pp. 1-9, 2019.
• [27] P. Ptak, K. Górecki, and J. Heleniak, "Wpływ trybu pracy lampy LED typu HUE na jej parametry elektryczne i optyczne", Przegląd Elektrotechniczny, vol. 96, pp. 102-105, 2020.
• [28] K. Sterckx, "Analysis of Op Amp based transimpedance photoreceivers: a comprehensive practical approach", Proc. ICEVLC, 2015.
• [29] M. H. Jali, H. R. A. Rahim, M. A. M. Johari, U. Ali, S. H. Johari, H. Mohamed, et al., "Formaldehyde sensor with enhanced performance using microsphere resonator-coupled ZnO nanorods coated glass", Optics & Laser Technology, vol. 139, p. 106853, 2021.
• [30] M. H. Jali, H. R. A. Rahim, M. A. M. Johari, A. Ahmad, H. H. M. Yusof, S. H. Johari, et al., "Integrating microsphere resonator and ZnO nanorods coated glass for humidity sensing application", Optics & Laser Technology, vol. 143, p. 107356, 2021.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).