Tóm tắt: Bài báo trình bày việc thiết kế và thử nghiệm một mạch đo dòng điện nhỏ cho thiết bị điện hóa cầm tay, có tích hợp truyền thông không dây Bluetooth Low Energy (BLE) và lưu trữ dữ liệu trên thẻ nhớ SD. Thiết bị có khả năng đo dòng điện trong dải rộng từ vài chục nanoampe (nA) đến khoảng 1 miliampe (mA), cho phép ứng dụng trong nhiều phép đo điện hóa. Kết quả thử nghiệm cho thấy thiết bị hoạt động ổn định, độ nhiễu thấp, độ phân giải dòng điện đạt khoảng 100 nA, với sai số đo lường dưới 4% so với thiết bị thương mại. Thiết bị có thể vận hành độc lập bằng pin, truyền dữ liệu không dây qua BLE và lưu trữ kết quả trên thẻ SD. Nội dung bài báo bao gồm mô tả kiến trúc phần cứng và các khối chức năng chính (khuếch đại chuyển đổi dòng-áp TIA, bộ chuyển đổi DAC/ADC, mô-đun BLE, lưu trữ thẻ SD), thuật toán phần mềm và lưu đồ hoạt động, phương pháp và kết quả thử nghiệm (sử dụng mạch giả, dung dịch chuẩn K₃Fe(CN)₆ và phép đo ion Hg²⁺), so sánh với các thiết bị tương tự, và thảo luận về khả năng ứng dụng của hệ thống.
Từ khóa: thiết bị điện hóa cầm tay; đo dòng điện nhỏ; Bluetooth Low Energy; phát hiện kim loại nặng
Abstract: This paper presents the design and experimental evaluation of a small-current measurement circuit for a portable electrochemical device with integrated Bluetooth Low Energy (BLE) wireless communication and SD card data storage. The device can measure electric currents over a wide range from a few tens of nanoamperes (nA) up to around 1 milliampere (mA), enabling its use in various electrochemical analyses. Experimental results demonstrate stable operation with low noise and a current resolution of about 100 nA. The measurement accuracy is high, with errors under 2% compared to a commercial potentiostat. The device operates standalone on battery power, transmits data wirelessly via BLE, and logs data to an onboard SD card. The paper covers the hardware architecture and key functional blocks (transimpedance amplifier TIA, DAC/ADC converters, BLE module, SD storage), the software algorithm and flowchart, experimental methods and results (using a dummy cell, standard K₃Fe(CN)₆ solution, and Hg²⁺ ion detection), comparison with similar devices, and a discussion on the application potential of the system.
Keywords: portable electrochemical device; low-current measurement; Bluetooth Low Energy; heavy metal detection
TÀI LIỆU THAM KHẢO
- Ainla, A., Mousavi, M.P.S., Tsaloglou, M.-N., Redston, J., Bell, J.G., Fernández-Abedul, M.T., Whitesides, G.M. (2018). Open-Source Potentiostat for Wireless Electrochemical Detection with Smartphones. Analytical Chemistry. 90(10): 6240-6246.
- Dryden, M.D.M., Wheeler, A.R. (2015). DStat: A versatile, open-source potentiostat for electroanalysis and integration. PLoS ONE. 10(10): e0140349.
- Krorakai, K., Klangphukhiew, S., Kulchat, S., Patramanon, R. (2021). Smartphone-based NFC potentiostat for wireless electrochemical sensing. Applied Sciences. 11(1): 392.
- Setiyono, R., Lestari, T.F.H., Anggraeni, A., Hartati, Y.W., Bahti, H.H. (2023). UnpadStat design: portable potentiostat for electrochemical sensing measurements using screen printed carbon electrode. 14(2): 268.
