I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 ,   No .   3 ,  J u n e   201 7 ,   p p .   1154 ~ 1 1 6 0   I SS N:  2088 - 8708 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 7 i 3 . p p 1 1 5 4 - 1160           1154       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   I m pro v e m en t  o n  Alco ho l Brea th - A na ly z er E thano l  Bio sens o r  b a sed o n Ros elle - Chitos a n Blend       Ah m ed  M .   S.  E lj a li 1 ,   I rw a na   Na ing g o la n 2 ,   Sh a hrir  H a s him 3 ,   T ul us   I kh s a n Na s utio n 4   1, 3 P o ly m e r  En g in e e rin g   De p a rtm e n t,   F a c u lt y   o f   Ch e m ica l  En g in e e ri n g ,   Un iv e rsiti   T e k n o lo g i  M a lay si a ,   8 1 3 0 0 ,   S k u d a i,   Jo h o r   Ba h ru ,   M a lay sia   2 S c h o o l  o f   M a teria ls  En g in e e ri n g ,   Un iv e rsity   M a la y sia   P e rli s,  P e rli s,  M a lay si a   4 P h y sic s De p a rt m e n t,   F a c u lt y   o f   M a th e m a ti c   a n d   Na tu ra l  S c ien c e ,   Un iv e rsitas   S u m a ter a   Uta ra ,   M e d a n   2 0 1 5 5 ,   S u m a tera   Uta ra ,   In d o n e sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed     Sep   1 8 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   No v   6 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   No v   2 0 ,   2 0 1 6       T h is  p a p e r  p re se n ts   a   stu d y   o n   d e sig n in g   o f   a   b re a th - a n a ly z e r  e th a n o l   b i o se n so r   th ro u g h   v a p o riza ti o n   tec h n o l o g y .   A  ro se ll e   e x trac t  a n d   c h it o sa n   sm a rt  g e l  w e re   u se d   to   f a b rica te  th e   b io - se n si n g   m a t e rial.   S o l - g e l  e lec tro c h e m ica l  d e p o siti o n   m e th o d   w a s  u se d   to   c o a t  a   th in   f i lm   o f   th e   se n sin g   m a teria l  b len d   o n   p a tt e r n e d   g o ld e n   su rf a c e   p rin ted   c ircu it   b o a rd .   Dif fe re n ti a ti o n ,   re sp o n se   ti m e   a n d   re p e a tab il it y   p ro p e rti e s  w e re   stu d ied   b y   e x p o sin g   1 0 0 p p m ,   5 0 p p m   a n d   2 5 p p m   o f   e th a n o l  v a p o r  to   t h e   b re a th - a n a ly z e r.   T h e   a c c u ra c y   o f   th e   b re a th - a n a ly z e r   w a s  tes ted   b y   u sin g   I - V   e lec tri c a l  tes ti n g .   T h e   a n a l y z e d   d a ta  d e m o n stra ted   th a t   th e   b re a th - a n a ly z e r  e th a n o l  b io se n so r  is  c a p a b le  o f   id e n ti fy in g   th e   c o n c e n tratio n   o f   e th a n o l  v a p o r  a t   ro o m   tem p e ra tu re   su c c e ss f u ll y ,   w h ich   c a n   b e   u se d   a s  a n a ly z e r  o f   a lco h o l  c o n c e n tratio n   w h e n   th e   se n so r  e x p o se d   t o   th e   e x h a le  b re a th .   T h e   ro se ll e - c h it o sa n   f il m   se n so rs  h a v e   sh o w n   th e   c h a ra c teristic   o f   a   re li a b le  se n so r  i. e .   g o o d   se n siti v it y ,   s e lec ti v e ,   re p e a tab le,  a b le  to   re c o v e r  a n d   sta b le .   K ey w o r d :   B io s en s o r   B r ea th - a n al y ze r   C h i to s an - r o s elle  b le n d   E th an o l     Co p y rig h t  ©   2 0 1 7   In stit u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .     Al l  rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ah m ed   M.   S.  E lj ali,   P o ly m er   E n g in ee r i n g   Dep ar t m en t,    Facu lt y   o f   C h e m ical  E n g in ee r in g ,     Un i v er s iti T ek n o lo g i M ala y s ia ,     8 1 3 0 0 ,   Sk u d ai,   J o h o r   B ah r u ,   Ma la y s ia.   E m ail: a h m ed . elj aj i2 @ y ah o o . co m       1.   I NT RO D UCT I O N   I n to x icatio n   p r o b lem s   s u ch   a s   g as  e m is s io n   a n d   in f la m m ab le  g as  lea k ag e s   p r o v id e  th e  i m p etu s   f o r   f u n d a m en ta l  an d   ap p lied   r ese ar ch   in   en v ir o n m e n tal  ar ea s .   Fo r   th e  s a k e  o f   en v ir o n m e n t al  m o n ito r in g   an d   co n tr o l  o f   ch e m ical  p r o ce s s e s ,   m an y   e f f o r t s   to   d ev elo p   s i m p le,   in ex p en s i v e,   an d   r eliab le   s en s o r s   h a v e  b ee n   m ad e.   I t  is   also   k n o w n   t h at  ce r tain   ch e m ical  s p ec ies,  ev e n   a t  lo w   v alu e s   ca n   b e  to x ic  to   h u m a n s   [ 1 ] .  Du e  to   th e  v o lati le  n at u r e  o f   eth a n o l,   th e  m o s t  s i g n i f ica n t  r o u te  o f   ex p o s u r e  is   li k el y   to   b e  b y   i n h ala tio n .   E th a n o l   m an u f ac t u r in g   is   co n tin u o u s ,   en clo s ed   p r o ce s s es  w it h   co n tr o lled   o cc u p atio n al  ex p o s u r es.  P o ten tial  ex p o s u r es   ca n   o cc u r   d u r i n g   o p er atio n s   a s   s a m p le  co llectio n ,   m ai n te n a n ce   o f   eq u ip m e n t,  a n d   lo ad in g   o f   tr u c k s   a n d /o r   r ail  ca r s .   Occ u p atio n al  e x p o s u r e  li m its   i n   t h e  US A   a n d   t h e  m ain   E u r o p ea n   co u n tr ies  ar e  in   th e  r a n g e  5 0 0 -   1 0 0 0   p p m   ( 1 9 0 0   m g / m ³) ,   w h e r ea s   in   Ger m an y   t h e  li m it  i s   5 0 0   p p m .   I n   t h e  UK,   De n m ar k ,   an d   th e  US A  th e   o cc u p atio n al  e x p o s u r e  l i m it  i s   ab o u t  1 9 0 0   m g / m 3   1 0 0 0   p p m .   Vo latile   o r g a n ic  co m p o u n d s   ( VOC s )   in   h u m a n   b r ea th   h ad   b ee n   id e n ti f ied   as  ea r l y   as  1 9 7 0   as  a  n o n i n v a s iv e  in d icato r   o f   h ea lt h   i n   an   in d iv id u al.   E m i s s io n s   f r o m   h u m an s   i n cl u d e  h y d r o ca r b o n s ,   alco h o ls ,   k eto n es,  a n d   ald eh y d es   at  p p b   to   p p m   le v el s   [ 2 ] .   T h e  b r ea th   o f   h ea lt h y   i n d iv id u als  co n s i s ts   o f   ab o u t  ( 1 3 – 1 0 0 0   p p b )   o f   eth an o l  g a s   [ 3 ] .V OC s   g as  s e n s o r s   b ased   o n   n o n - b io m ater ia l  h a v e  b ee n   u s ed   ex ten s i v el y   to   d etec t  th e  g a s es  f o r   th eir   e f f icie n c y   a n d   b r o ad   ap p licab ilit y .   Ho w e v er ,   th e  m aj o r   p r o b lem s   ass o ciate d   w it h   t h ese  g as  s e n s o r s   ar e  th eir   u n s atis f ac to r y   s elec tiv it y   a n d   lo n g - 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I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       I mp r o ve men t o n   A lc o h o l B r ea th - A n a lyzer   E th a n o l  B io s en s o r   b a s ed   o n   ….   ( A h med   M.  S .   E lja li )   1155   ter m   s tab ilit y .   I n   o r d er   to   i m p r o v e  th eir   p r o p er ties ,   m a n y   ef f o r t s   h a v e  b ee n   f o cu s ed   o n   th e  m o d if icat io n   o f   s e m ico n d u cto r   g as  s en s o r s   b y   d o p in g   w it h   ele m e n t s   o r   m etal  o x id e.   A p ar t  f r o m   d o p in g   s e n s o r s ,   s o m e   co u p lin g   w i th   m e tal  o x id e  h a v e  also   b ee n   r ep o r ted   to   b e  p r o m is in g   a s   s en s iti v e  a n d   s e lecti v e  g as   s e n s o r s .   T h e   ad d itio n   o f   a   s ec o n d   co m p o n e n t  a s   a  s u r f ac e  m o d if ier   is   u s e d   b o th   as  ac tiv e   s ite s   f o r   r ed o x   p r o ce s s es   an d   to   p r o m o te  f r ee   c h ar g e  ca r r ier s   t o   in cr ea s e  th e  elec tr o n ic  co n d u ctan ce   o f   th e  o x id e  f il m s   [ 4 ] .   As  a  r eq u ir e m e n t  f o r   a  r eliab le  b io - b r ea th - a n al y ze r   f ab r icati o n   th a t  ac h iev e s   all  th e   s e n s o r   p r o p er ties   an d   ab le  to   o v er co m e  th e  p r o b lem s   as  s tated   ab o v e  in cl u d in g   t h e  co s tl y   m ater ial s   u s e d   in   co n v e n tio n a l   s en s in g   m et h o d s   a n d   en h an ce   th e  s en s i n g   p r o p er ties .   B len d in g   is   o n e  o f   t h e  u s e f u l  m eth o d s   to   en h a n ce   t h e   s en s in g   p r o p er ties .   I n   t h i s   s t u d y   r o s elle  o r   J a m aica   s o r r el  w h ich   w as   b len d ed   w it h   c h ito s a n   g el  h as  t h e  s a m e   f u n ctio n al  g r o u p   as  ch ito s an   also ,   its   ch e m ical  an d   p h y s ic al  p r o p er ties   g iv e  it  a  g r ea t  p o s s ib ilit y   to   b e  an   attr ac tiv e  b le n d in g   m ater ial   to   en h an ce   ch ito s an   s o l - g el  s en s in g   p r o p er ties .   R o s elle   is   p lan t ed   f o r     co m m er cial   p u r p o s es  i n   w e s t  Af r ica,   Ma la y s ia   a n d   n ei g h b o r in g   co u n tr ies,  as   it  is   p r o m o ted   b y   t h e  d ep ar t m e n ts   o f   ag r icu l tu r e  to   b e  u s ed   i n   f o o d   an d   co s m etic  i n d u s tr ies  [ 5 ] ,  [ 6 ] .  R ec en tl y   R o s elle  w a s   u s ed   as  p H  s en s i n g   m ater ial  i n   an   o p tical  s e n s o r   d u e  to   th e  n a tu r al  r ed d is h   co lo r   in   r o s elle  ca l y x   [ 7 ] .   C u r r en tl y ,   th e  d etec t io n   a n d   s en s i n g   o f   et h a n o l  g a s   i s   i m p o r tan t  f o r   a  v ar iet y   o f   p u r p o s es   in cl u d in g   eth an o l  p r o d u ctio n ,   i n d u s tr ia l  ch e m ical  p r o ce s s i n g ,   f u e l  p r o ce s s in g   a n d   u s e,   s o cieta l   ap p licatio n s ,   an d   p h y s io lo g ical  r e s ea r ch   o n   alc o h o lis m   [ 8 ] .   Var io u s   k i n d s   o f   g as   d etec ti n g   tech n iq u es  ar e  av ailab le  i n   m ar k et   m o s t  o f   t h e m   s u f f er   f r o m   t h e  h ig h   f ab r icatio n   co s t,  li m itatio n   i n   s a m p li n g   a n d   an a l y t ical  t ec h n ica l  ex is t    [ 9 ] .  L atel y ,   h ig h   s en s iti v it y / s elec tiv it y   s en s o r s   an d   a n al y ze r s   ar e  li m i ted   to   th e   lab o r ato r y .   C o n v en tio n al   tech n iq u es   u s ed   to   d etec t  v o la tile  o r g a n ic  co m p o u n d   g ase s   s u ch   as  m eta l  o x id e  s e m ico n d u cto r s   h a v e  to   d ea l  w it h   t h e  p r o b lem   o f   p o o r   s en s itiv it y   at  r o o m   te m p er atu r e.   O p tical  m eth o d s   a n d   ca r b o n   n an o tu b es  tec h n iq u es   ar e  also   s u f f er   f r o m   t h e  d is ad v an ta g e s   o f   h i g h   co s t,  n ee d   f o r   tr ain ed   p er s o n n el  an d   d if f ic u ltie s   in   f ab r icatio n   an d   ac h ie v i n g   th e  s e n s o r   p r o p er ties   [ 1 0 ] ,  [ 1 1 ] .   T h er ef o r e,   a  d ev elo p ed   an d   r eliab le  g as  a n al y ze r   is   n ee d ed   to   m o n ito r   a n d   d etec t  th e  e x is te n ce   o f   et h a n o l  g as  in   w o r k p lace s   an d   m ea s u r e  th e  co n ce n t r atio n   o f   et h an o l  i n   h u m a n   b r ea th   to   p r ev en t  u n w a n ted   ill n ess ,   a n d   r aise  th e   a w ar en e s s   o f   alco h o l  co n s u m er s   an d   h e lp   th e   au th o r itie s   to   m o n ito r   alco h o l o u tla w   co n s u m er s .   T h e  g as - a n al y ze r   s en s o r   ca n   b e  u s ed   in   m a n y   ap p licatio n s   s u c h   as  t h e  d etec tio n   o f   to x ic  an d   co m b u s t ib le  h az ar d o u s   et h a n o l  g a s ,   t h e  m o n ito r in g   o f   e m i s s io n s   f r o m   ch e m ica l  f ac to r ies  a n d   o th er   co m b u s t io n   p r o ce s s es,  b r ea t h e  an al y s i s   f o r   m ed ical   d ia g n o s is   a n d   q u alit y   co n tr o l  in   th e  ch e m ical,   f o o d   an d   co s m etic s   in d u s tr ie s .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D       C o n v en t io n al  tec h n iq u es  o f   g as  s en s in g   u s ed   to   f o c u s   o n   m u lt i  g a s es  d etec tio n ,   w h i ch   d etec t   d if f er e n t  k i n d   o f   g ase s   r eg ar d less   o f   th e  g a s   co n ce n tr atio n .   T h e  g as  co n ce n tr atio n   s h o u ld   n o t  b e  n eg lecte d   as   th e  g as  co n ce n tr at io n   p la y s   a n   i m p o r tan t  r o le  i n   t h e  g as   an al y zin g   tech n o lo g ie s .     Har ia n to   et  al,   s u cc es s f u ll y   d esig n ed   n e u r al  n et w o r k   m u lt i - d etec tio n   s y s te m   w it h o u t  v a r y in g   t h e  co n ce n tr atio n   o f   ea c h   g a s   [ 1 2 ] .   Ki m   et   al,   d esig n ed   a  m e tal - o x id e  ch e m o r esis t iv e  g as   s e n s o r   to   d etec t  eth a n o l  at  d i f f er e n t   p p m   v alu e s .   Ya n g   et  al ,   in v e s ti g ated   t h e  s en s i n g   m ec h an is m   o f   Z n O   b ased   n a n o m at er ials   to w ar d s   et h a n o l  g as  [ 1 0 ] ,  [ 1 3 ] .   Ho w ev er ,   b o th   tech n o lo g ies   s u f f er   f r o m   th e  h ig h   o p er atin g   te m p er atu r e  ( 2 0 0 º   to   5 0 0 º C ) .   Hem m at i   et  al,   s y n t h es ized   n an o s tr u ct u r ed   Sn     - Z n O   as  s el ec tiv e  eth a n o l  g as  s e n s o r   m ate r ials   to   d etec t  eth an o l  g as  co n ce n tr atio n   as  lo w  as 1 0 0 p p m   [ 4 ] .    P r o b lem s   s ta ted   ab o v e,   ca n   b e  s o lv ed   b y   i m p r o v i n g   t h e  a n al y ze r   s et u p   an d   t h e  s e n s i n g   p r o p er ties   o f   th e  s e n s in g   m ater ial.   I n   o r d er   to   i m p r o v e  t h e  s e n s i n g   p r o p er ties ,   b len d in g   m et h o d   w a s   u s ed   i n   t h is   w o r k   to   b len d   ch ito s a n   w ith   r o s elle  e x tr ac t,  th e n   d ep o s itin g   th e  b l en d   o n   a  g o ld en   s u b s tr ate  to   p r o d u ce   a  th in   f il m   s en s in g   m ater ial.   I n   c u r r en t  w o r k   a   clas s i f ied   g a s   s e n s o r   s etu p   w a s   u s ed   to   a n a l y ze   th e  co n ce n tr atio n   o f   eth an o l  i n   h u m an   b r ea th   b ase d   o n   an   i m p r o v ed   s en s i n g   m at er ial.   Mo r eo v er ,   th is   w o r k   ai m s   to   d etec t  eth an o l   p ar ticle  at  lo w er   p p m   le v el s .     2 . 1 .   Chito s a n - ro s elle  F o r m a t io n   C h i to s an   p o w d er   o f   p ar ticle   g r ad e  s y n th e s ized   f r o m   cr ab   s h ell s   w a s   s u p p lied   b y   S ig m a – Ald r ich   an d   u s ed   as   a  s e n s in g   m ater ial.   T h e  p ar ticle  g r ad e  ch i to s an   p o w d er   w it h   9 9 %  p u r it y   w a s   d is s o lv ed   in   m i x t u r e  o f   d is till ated   w a ter   an d   ac etic  ac id   2 %  th en   s tirr ed   u s i n g   a  m ag n et ic  b ar   f o r   2 4   h o u r s   at  r o o m   te m p er atu r e  to   p r ep ar e  th e  tr an s p ar en t  ch ito s an   s m ar t  g el.   T h e  s o lu t io n   was  th e n   f i lter ed   u s i n g   a  s i n ter ed   g lass   cr u c ib le  to   r e m o v e  an y   u n d is s o lv ed   m at ter .   T o   o b tain   a  f r esh   r o s elle ,   f lo w er s   w er e  cu t  a n d   clea n ed ,   an d   th en   th eir   u n w an ted   s ee d s   w er e  r e m o v e d .   T h e  r o s elle  f lo w er s   w er e   wash ed   t h e n   d r ied   in   o v en   at  4 0 °C   to   r e m o v e  w ater   s p o ts .   T h ey   w er e  n ex t  b len d e d ,   th en   s q u ee ze d   an d   f ilter ed   u s i n g   a  ch ee s ec lo th   b ag .   T o   g et  th e  ex tr ac t  r o s elle  a  s p ec if ic   a m o u n t  o f   m et h a n o l  w as  ad d ed   in to   th e  e x tr ac t,  an d   s tirr ed   u s i n g   m a g n etic  s ti r r e r   f o r   3   h o u r s   a t   s p ee d   o f   4 0 0   r p m   [ 1 4 ] .   T h e  f in al  ex tr ac ted   r o s elle  s o l u tio n   w a s   b len d ed   w it h   c h ito s a n   g e l  w it h   a  p er ce n ta g e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  7 ,   No .   3 ,  J u n e   2 0 1 7   :   1 1 5 4   –   1 1 6 0   1156   o f   5 %  v /v .   T h e  b len d ed   ch ito s an - r o s elle  s o lu t io n   w as  s t ir r ed   u s in g   m a g n e tic  b ar   f o r   3 0   m i n u te s   to   g e t   h o m o g en o u s   ch i to s an - r o s elle   b len d ed   s o lu tio n .   T h e  elec tr o n ic  id en ti f icatio n   s y s te m   w a s   m ad e  b y   t h e   f o llo w in g   p r o ce s s   w h ic h   in cl u d es  p r in ted   cir cu i t  b o ar d   p a tter n ,   ch ito s an - r o s elle  b le n d   d ep o s itio n   f i n all y ,   test i n g   c h a m b er   d esi g n   [ 1 5 ] .      2 . 2 .   P CB   P a t t er nin g   a nd   D epo s it io n  P ro ce s s   Fo r   P C B   p atter n in g ,   g o ld en   P C B   s u b s tr ate  w a s   c u t  i n to   s ize s   o f   1 0 m m   b y   2 0 m m ,   f o llo w e d   b y   P C B   w a s h i n g   u s i n g   ac e to n e  a n d   d eio n ized   w a ter   to   clea n   t h e  g o ld   s u r f ac e  an d   r e m o v e  a n y   p ar ti cles th a t  m a y   a f f ec t   th e  co n d u ct iv i t y   a n d   d ep o s itio n   p r o ce s s .   T h e  P C B   w as t h e n   clea n ed   ag ai n   u s i n g   ac eto n e  a n d   d r ied .     T h e  ch ito s a n - r o s elle  b len d   g e l   w as  co ated   o n to   th e  p atter n e d   g o ld   s u r f ac e  u s i n g   a n   elec tr o ch e m ical   d ep o s itio n   tech n iq u e  as   it   s h o w n   i n   Fi g u r e  1 .   T h e  tech n iq u e  w as  s elec ted   b ec au s e  i t  co s t s   les s   co m p ar ed   t o   o th er   tech n iq u es.  E lec tr o ch e m ical   d ep o s itio n   w h ic h   is   a ls o   k n o w n   a s   t h e   So l - g el   m eth o d ,   is   co n d u cted   b y   d ep o s itin g   la y er s   o f   t h in   f il m   t h r o u g h   ch e m ica l  r ea ctio n s   s u c h   as  h y d r o l y s i s   an d   co n d en s ati o n   [ 1 6 ] .   C h ito s a n - r o s elle  b len d   d ep o s itio n   o n to   th e  elec tr o d e  is   i n   r esp o n s e  t o   th e  p o ten t ial  v o ltag e   it ’ s   a  co m b i n atio n   o f   t w o   ef f ec ts .   F ir s t  c h ito s a n   h as  a   p o s iti v e  ch ar g e  i n   ac id ic  co n d it i o n s ,   w h ich   w ill  f o r ce   it  to   a s s e m b le  o n t o   ca t h o d e  elec tr o d e  s u r f ac e  [ 1 7 ] .   Seco n d l y ,   ch ito s an   i s   in s o lu b le  u n d er   b asic  f o r m   b u t  wate r - s o l u b le  in   ac id ic  f o r m .   T h er ef o r e,   h y d r o g e n   ev o l u tio n   r ea ctio n   o f   th e  ca t h o d e  s u r f ac e  i n cr ea s e s ,   if   th e  lo ca l  p H  in cr ea s e s .   As  a  r esu lt,  ch ito s a n   w il l b ec o m e  in s o lu b le  t h en   d e p o s ited   o n   th e  s u r f ac e  o f   t h e  el ec tr o d e.       Fig u r e  1 .   E lectr o ch e m ical  d ep o s itio n   p r o ce s s       2 . 3 .   T esting   C ha m b er   D esig n   A   clas s i f ied   ch a m b er   w as  d es ig n ed   to   h an d le  t h e  I - V  test i n g   as  it  s h o w n   i n   Fi g u r e  1 .   T h e  p r o p o s ed   P C B   w as  eq u ip p ed   w it h   p o s it iv e  an d   n eg at iv e  co n tacts  a n d   p lace d   in   th e  c h a m b er   t h en   co n n ec ted   to   v o lta g e   r eso u r ce .   T h e  s u p p lied   v o lta g e  w a s   f i x ed   at  3   v o lt s .   T h e  o u tp u t   v o lta g e   w as   d is p la y ed   as  m V  b y   h i g h   r eso lu tio n   v o lta m m eter .   R ea d in g   w a s   r ec o r d ed   ev er y   3 0   s ec o n d s ,   f o r   f iv e  m i n u te s   co n ti n u o u s l y .   Dev elo p ed   ex p o s in g   tec h n iq u e  w as  u s ed   to   ex p o s e  d if f er e n t  co n ce n tr at io n s   o f   et h a n o l  g as  to   t h e  b r ea th - an al y ze r   s e n s o r   in   o r d er   to   d eter m i n e  t h e  s en s o r   p er f o r m a n ce   a n d   it s   p r o p er ties   s u c h   as   s e n s itiv it y ,   r ec o v er y ,   r ep ea tab ilit y   an d   s tab ilit y .   T h e  elec tr ical  test i n g   o f   th e  b r ea th - a n al y ze r   p r o p er ties   w as  i n   ac co r d an ce   to   th e  ex p er i m e n tal  s et u p   d iag r a m   as  s h o w n   in   Fig u r e  2   [ 1 8 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       I mp r o ve men t o n   A lc o h o l B r ea th - A n a lyzer   E th a n o l  B io s en s o r   b a s ed   o n   ….   ( A h med   M.  S .   E lja li )   1157     Fig u r e  2 .   T h e  b r ea th - an al y ze r   s etu p       3.   RE SU L T S  A ND  AN AL Y SI S   I n   th i s   s t u d y ,   s o l - g e l  d ep o s itio n   m et h o d   w a s   u s ed   s in ce   it   o f f er s   a  s i m p li f ied   f ab r icatio n   p r o ce s s .   P atter in g   w as  d eter m in ed   b y   th e  tr ac e  cr ea ted   b y   t h e  elec t r o d e,   u s in g   r eliab le  f ab r icati o n   tech n iq u e s .   T h e  g o ld en   elec tr o d e  w as  n e g ati v el y   b iased   to   d r aw   t h e  ch ito s an   ( w i th   a  n et  p o s iti v e  ch ar g e  d u e  to   th e  am i n e   g r o u p s )   o u t  f r o m   t h e  s o l - g e l .   T h e  cu r r en t  f lo w i n g   th r o u g h   th e  e lectr o l y te  r aised   t h e  p H  at  th e  ca th o d e,   allo w i n g   ch ito s a n - r o s elle  p a r ticles  to   b e  elec tr o d ep o s ited   o n   th e  s e n s o r   s u r f ac e.   T h e  ch ito s an - r o s el le  p ar ticles   w er e  p o s iti v el y   ch ar g ed   in   ac i d ic  co n d itio n s ,   w h ic h   allo w   t h e m   to   as s e m b le  o n to   th e  g o ld en   s u r f ac e,   to   f o r m   r o s elle - c h ito s a n   th in   f il m   [ 1 9 ] .   T o   ev alu ate  th e  s e n s in g   ab ilit y   o f   t h e  b r ea th   a n al y ze r   eth an o l  b io s en s o r   s en s o r ,   d if f er en t  co n ce n tr atio n s   o f   eth a n o l  v ap o r   w er e  f l o w ed   in s id e  t h e  test i n g   ch a m b er   as  s h o w n   i n     Fig u r e  2 .   T h e  q u a n tit y   o f   ea c h   co n ce n tr atio n   w a s   co n tr o lle d   b y   r eg u l ati n g   v alv e s .   T h en ,   th e  b r ea th - a n al y ze r   s en s o r   w as  p lace d   in s id e  th e  t esti n g   ch a m b er   w h ic h   co n n ec ted   to   th er m o m eter   an d   h u m i d it y - m eter   to   d etec t  th e  te m p er at u r e  an d   h u m id   ch an g e s   in s id e  th e  c h a m b er   d u r i n g   t h e  I - V  test i n g .         Fig u r e  3 .   T h e  r esp o n s e  o f   th e  b r ea th - a n al y ze r   to   n o r m al  air   an d   d if f er e n t c o n ce n tr atio n s   o f   eth a n o l g a s       Fig u r e  3 ,   s h o w s   th e   r esp o n s e  o f   t h e  b r ea th - a n al y ze r   s e n s o r   ex p o s ed   to   n o r m al   air   a n d   d if f er e n t   co n ce n tr atio n   o f   eth a n o l  v ap o r .   T h e  v ar iatio n s   o f   eth a n o l  v a p o r   w er e  1 0 0 p p m ,   5 0 p p m   a n d   2 5 p p m .   As  ca n   b e   clea r l y   s ee n   t h e  b r ea th - an al y z er   ex h ib ited   v er y   s m al l  r esp o n s e  w h en   it s   s u r f ac e  w as  e x p o s ed   to   n o r m al  air   w h er e,   t h e  a v er ag e  r e s p o n s e  v alu e s   f o r   t h r ee   ti m es   m ea s u r e m en t s   w er e  w it h in   t h e  r an g e  o f   0 . 0 0 1 1   µA   to   0 . 0 0 1 3   µ A .   Fro m   t h e  p lo tted   g r ap h ,   th e  b r ea t h - a n al y ze r   s h o w ed   a  h ig h er   Mic r o - a m p er e  p ea k s   r esp o n s e  i n   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  7 ,   No .   3 ,  J u n e   2 0 1 7   :   1 1 5 4   –   1 1 6 0   1158   p r esen ce   o f   h i g h er   co n ce n tr at io n   o f   e th a n o l  v ap o r   w h ile  lo w er   p ea k s   w er e  o b s er v ed   w h en   t h e  a n al y ze r   w as   ex p o s ed   to   a  lo w er   p p m   o f   et h an o l v ap o r .   T h e  b r ea th - an al y ze r   w as  h i g h l y   s e n s iti v e  to   et h an o l  g as  a t  1 0 0 p p m   co n ce n tr atio n   w it h   0 . 0 3 6   µA   r esp o n s e  v al u e,   w h i le  at  5 0 p p m   a n d   2 5 p p m   th e  o u tco m e  r esp o n s e s   w er e  ab o u t  0 . 0 2 7   an d   0 . 0 1 8   µA ,   r esp ec tiv el y .   T h en ,   o n ce   t h e  v ap o r   o f   et h an o l  g as  w as  e v ac u ated   f r o m   t h e   ch a m b er ,   t h e  e lectr ical  r esp o n s e  v al u es   f o r   all  d if f er e n t  co n ce n tr at io n s   co n d itio n s   d ec r ea s ed   to   th e  o r ig in al  v alu e  i n   4   m in ,   as  s h o w n   b y   th e  d r o p   in   th e  p lo tted   g r ap h .   T h is   i m p li es  t h at  t h e   b r ea th - an al y ze r   et h an o l   b io s en s o r   p r o d u ce d   in   th is   w o r k   s h o w ed   a   g o o d   r es p o n s e,   a n d   ex h ib it  a   f ast  r ec o v er y .   T h e  r esp o n s e   ti m e  o f   t h e  b r ea th - a n al y ze r   is   d ef i n ed   as  th e   in itial   ti m e   th at   r eq u ir ed   b y   th e   s e n s o r   to   s e n s e  t h e   p r esen ce   o f   th e  tar g et  m o lec u les   o n   i ts   s u r f ac e,   w h ic h   w as   ap p r o x im a tel y   le s s   t h a n   f i v e  m i n u te s   f o r   ea ch   co n ce n tr atio n .           Fig u r e  4 .   T h e  ch an g e  o f   te m p e r atu r e  ( a)   an d   th e  ch a n g e  o f   h u m id it y   ( b )   in s id e  th e  te s ti n g   c h a m b er         Mo r eo v er ,   th e  p lo tted   g r ap h   illu s tr ates  t h at  t h e  b r ea th - a n al y ze r   s h o w ed   g o o d   r ep ea t ab ilit y   a n d   s tab ilit y   a s   t h e  m ea s u r e m e n t s   w er e  tak e n .   Stab ilit y   w as  in d icate d   b y   th e  ce a s eles s   in cr ea s e  in   r esp o n s e   w it h o u t  a  s i g n i f ica n t  s ig n al  f lu ctu atio n   i n   t h e  g r ap h .   Fi g u r e  4 ( a)   an d   ( b ) ,   co n f ir m s   th e  s tab il it y   o f   t h e  an al y ze r   w h e n   th e  m ea s u r e m e n ts   w er e   tak en ,   w h er e  th e  i n ter n al  te m p er atu r e  w as  i n   r an g e  o f   2 6 C º   to   3 1 C º   w h ile  t h e   h u m id it y   p er ce n ta g e  i n s id e  t h e  test i n g   c h a m b er   w a s   b et w ee n   4 5 %  to   6 0 %.  A lt h o u g h   t h e  m ea s u r e m e n t s   w er e  r ep ea ted   th r ee   tim e s   u n in ter r u p ted ly ,   t h e  alco h o l  b r ea th - a n al y ze r   s h o w ed   al m o s t  t h e  s a m e  r esp o n s e  v al u es  f o r   ea ch   ex p o s i n g   t i m e  w h ic h   w as   5   m i n u tes  f o r   ea ch   p ea k .     FT I R   an al y s is   w as  ca r r ied   o u t  to   i n v esti g ate  th e  in ter ac ti o n   b et w ee n   p u r e  ch ito s a n   a n d   ch ito s a n - r o s elle  b len d   a s   s h o w n   i n   Fi g u r e.   6 ,   as   th e   ch ar ac ter i s tic  o f   N - H   an d   OH  g r o u p s   in   ch ito s an - r o s el le  b len d   ar e  th e  m a in   co m p o n en t i n   t h e  th i n   f i l m   s tr u ct u r e  to   s en s e  th e  et h an o l  g as p ar ticles.    I n   th e   s p ec tr a  o f   t h e  p u r e  c h ito s a n   d ef o r m atio n   p ea k   ap p ea r ed   at  3 2 4 2 . 1 0 cm -     .   T h e  b an d s   at  2 9 2 1 . 6 6   an d   2 1 6 6 . 8 2 cm -     ar e   ass ig n ed   to   C - H  s tr etc h in g .   T w o   f u n ctio n al  g r o u p   p ea k s   w er e  o b s er v ed   in   th e   s p ec tr u m   o f   p u r e  c h ito s a n   wh ich   w er e  th e   C =O   s tr etc h in g   v ib r atio n   o f   - NH C O -   a n d   th e  N - H  b e n d in g   v ib r atio n   o f   - N       ap p ea r in g   at  1 6 3 4 . 8 1 cm -     an d   1 5 4 2 . 1 6 cm -     [ 2 0 ] .    T h e  F T I R   s p ec tr u m   o f   th e  ch ito s a n - r o s el le  b len d   d is p lay s   a  v er y   b o ar d   b an d   at  3 7 4 9 . 0 2 cm -     co r r esp o n d in g   to   t h e  s tr etch i n g   v ib r atio n   o f   a m i n e  a n d   h y d r o x y l  g r o u p s ,   w h ile   b an d   at  3 2 3 5 . 0 6 cm -     is   r elate d   to   th e  O - H  v ib r atio n .   T h e  b an d   at  2 9 2 4 . 1 0 cm -     is   ass i g n ed   t o   th e  C       as y m m e tr ic  s tr etch i n g .   B an d s   at  2 1 6 2 . 4 4   an d   2 0 3 1 . 6 3 cm -     ar e  r elate d   to   C ≡C st r etc h i n g .   A   ca r b o x y l ic  ac id   f u n ctio n al  g r o u p   C =    s tr etch i n g   i s   ap p ea r ed   at  1 7 7 5 . 4 5 cm -   .   B an d s   at  1 3 8 0 . 1 4   an d   1 2 2 9 . 5 8 cm -     ar e  att r ib u ted   to   th e  C - H  an d   C - O  s tr etch i n g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2088 - 8708       I mp r o ve men t o n   A lc o h o l B r ea th - A n a lyzer   E th a n o l  B io s en s o r   b a s ed   o n   ….   ( A h med   M.  S .   E lja li )   1159   r esp ec tiv el y ,   a n d   th o s e  at  1 1 5 2 . 3 3 ,   1 0 6 2 . 5 9   an d   1 0 2 3 . 7 3 cm -     ar e  in d icativ e  o f   th e  C - O  s tr etc h in g   v ib r atio n s ,   w h ile  at  8 9 7 . 5 1 cm -     is   ass i g n ed   to   C - H  s tr etc h in g .             Fig u r e  6 .   T h e  F T I R   s p ec tr a  o f   p u r e  ch ito s a n   ( a)   an d   ch ito s a n -   r o s elle  b len d   ( b )       4.   CO NCLU SI O N   T h is   s tu d y   h a s   s h o w n   t h e  e f f e ctiv e n ess   o f   u s i n g   t h e  c h ito s a n - r o s el le  b len d   to   en h an ce   t h e   s en s in g   o f   th e  A lco h o l  b r ea th - an al y ze r   b i o s en s o r   t h r o u g h   s o l - g el  d ep o s itio n   m et h o d .   T h e  b r ea th - an al y ze r   ex h ib ited   h ig h   s en s iti v it y   a n d   s elec ti v it y   to war d s   eth an o l  g as  w it h   lo w   d et ec tio n   li m i t  w h ic h   ca n   d etec t  as  lo w   as  2 5 p p m   o f   eth an o l  p ar ticles.  I t  is   ca p ab le  to   d eter m in e  t h e  co n ce n tr at io n   v al u e  o f   eth a n o l  g as  w h ic h   ca n   b e  f ea tu r ed   an d   u s ed   i n   alco h o l  b r ea t h   te s ti n g   d ev ices .   T h e  d ep o s ited   r o s elle - ch ito s an   t h e  f il m   o n   th e   g o ld en   s u r f ac e  P C B   h as   s h o w n   b etter   p r o p er ties ,   g o o d   r esp o n s e  ti m e,   an d   e x ce lle n t  r ec o v er y   an d   r ep ea tab ilit y   p r o p er ties ,   w h ic h   ar e   in d ee d   p r o m is i n g   to   i m p r o v is e  th e   s e n s iti v it y   o f   alco h o l  b r ea th - a n al y ze r .   T h o s e  r es u lts   w er e  v alid ated   b y   FT I R   s p ec tr a  w h ic h   s h o w n   t h at  th e   ch e m ical   in ter ac tio n   b e t w ee n   c h ito s a n   a n d   r o s elle  e x tr ac t  w h ic h   m ad e  a   h o m o g en o u s   ch ito s a n - r o s elle  s en s in g   m ater ial  b len d .       RE F E R E NC E S    [1 ]   El jali  A M S ,   Na in g g o lan   I,   Ha sh im  S ,   " Na su ti o n   T I.   Hig h ly   Re s p o n se   a n d   S e n si ti v e   Co p p e r  S e n so rs  Ba se d   o n   Ch it o sa n   F il m s" ,   Ad v   M a ter   Res ,   2 0 1 5 ;   1 1 2 5 :   2 5 5 – 25 9.   [2 ]   He a lt h   Co u n c il   o f   th e   Ne th e rlan d s,   " Et h a n o l  (e th y l  a lco h o l);   Ev a lu a ti o n   o f   th e   He a lt h   E ff e c ts   f ro m   Oc c u p a ti o n a l   Ex p o su re " ,   T h e   Ha g u e :  He a lt h   Co u n c i l  o f   th e   Ne th e rlan d s,   2 0 0 6 .   [3 ]   F e n sk e   JD ,   P a u lso n   S E,   " Hu m a n   Bre a th   Em issio n s o f   V OCs " ,   J A i r  W a ste   M a n a g e   As so c .   1 9 9 9 ;   4 9 :   5 9 4 – 59 8.   [4 ]   He m m a ti   S ,   A n a ra k i  F iro o z   A ,   K h o d a d a d i  A A ,   M o rtaz a v i  Y,   " Na n o stru c tu re d   S n O 2 – Z n O se n so rs:  Hig h ly   s e n siti v e   a n d   se lec ti v e   to   e th a n o l" ,   S e n s o rs A c tu a to rs B  Ch e M ,   2 0 1 1 ;  1 6 0 :  1 2 9 8 - 1 3 0 3 .   [5 ]   Eslam in e jad   T ,   Zak a ria  M ,   " M o rp h o lo g ica l  C h a ra c t e risti c s  a n d   P a t h o g e n icity   o f   F u n g i  A ss o c iate d   w it h   Ro se ll e   (Hib isc u s S a b d a rif fa )  Dise a s e s in   P e n a n g ,   M a lay sia " ,   M icr o b   Pa th o ,   2 0 1 1 ;   5 1 :   3 2 5 – 3 3 7 .   [6 ]   Ho p k in s  AL ,   L a m m   M G ,   F u n k   J L ,   Rit e n b a u g h   C,   Hib isc u s  S a b d a riff a   L ,   " In   th e   T re a t m e n t  o f  H y p e rten sio n   a n d   H y p e rli p id e m ia:  A   Co m p re h e n siv e   Re v ie w   o f   A n i m a l  a n d   Hu m a n   S tu d ies " ,   Fi to ter a p ia ,   2 0 1 3 ;  8 5 :   8 4 – 9 4 .   [7 ]   Ka ri m   NH A ,   A h m a d   M ,   He r m a n   M O,  M o k h tar  A M ,   " Op ti c a l  S e n sin g   M a teria l  f o r  p H  De tec ti o n   b a se d   o n   th e   Us e   o f   Ro se ll e   Ex trac t" ,   S a in s M a l a y sia n a ,   2 0 0 8 ;   37   :5 9 – 6 3 .   [8 ]   Zh a n g   D,   " M u lt i - w a ll e d   Ca rb o n   Na n o t u b e   F il m   S e n so r  f o r  Et h a n o l  G a s  De tec ti o n " ,   T EL KOM NIKA  In d o n e s  J   El e c tr  En g .   2 0 1 3 ;   11 :   6 1 2 0 – 6 1 2 6 .   [9 ]   S riv a sta v a   A K,   " De tec ti o n   o f   V o latil e   Org a n ic  Co m p o u n d s  (V OC s)  u sin g   S n O2   G a s - S e n so r  A rra y   a n d   A rti f ici a l  Ne u ra l  N e tw o rk " ,   S e n so rs   Actu a t o rs ,   B  C h e m ,   2 0 0 3 ;   9 6 :   24 – 3 7 .   [1 0 ]   Kim   ID,  Ro th sc h il d   A ,   T u ll e r  HL,   " A d v a n c e s  a n d   Ne w   Dire c ti o n s  in   G a s - S e n sin g   De v ice s " ,   Acta   M a ter ,   2 0 1 3 ;   61:   974 – 1 0 0 0 .   [1 1 ]   Jia n g   Z,   W a n g   J,  M e n g   L ,   Hu a n g   Y,  L iu   L ,   " A   Hi g h l y   Eff icie n t  Ch e m ica l  S e n so r  M a te rial  f o r  Et h a n o l:   A l2 O3 /G ra p h e n e   Na n o c o m p o sites   F a b rica ted   f ro m   G r a p h e n e   O x id e ",   Ch e m  Co mm u n   ( Ca mb ) ,   2 0 1 1 ;   4 7 :     6 3 5 0 – 6 3 5 2.   [1 2 ]   Riv a i  M ,   P u rw a n to   D,   " I m p le m e n tatio n   o f   El e c tro n ic   No se   in   O m n i - d irec ti o n a l  Ro b o t" ,   In t  J   El e c tr  Co mp u t  E n g .  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E    Vo l.  7 ,   No .   3 ,  J u n e   2 0 1 7   :   1 1 5 4   –   1 1 6 0   1160   2 0 1 3 ;   3:   3 9 9 – 4 0 6 .   [1 3 ]   Ya n g   Z,   Hu a n g   Y,  Ch e n   G ,   G u o   Z,   Ch e n g   S ,   Hu a n g   S ,   " Et h a n o l  G a s  S e n so r  b a se d   o n   A l - d o p e d   Zn O  Na n o m a t e rial  w it h   m a n y   G a s Di ff u sin g   Ch a n n e ls ",   S e n so rs   Actu a to rs ,   B  Ch e m ,   2 0 0 9 ;   1 4 0 :   5 4 9 – 5 5 6 .   [ 1 4 ]   Yu rd ian sy a h   A ,   S u h a rtan ti   D,   " T e st  Activiti e s  An ti fu n g a l  M e th a n o l  Extra c t  Red   Fl o we rs   Ro se ll a   Ca lyx   (   Hib isc u s  sa b d a riff a   L   . )  o n   C a n d id a   a l b ica n s  ,   As  In   Vi tro   ,   a n d   S c re e n in g   Ph y to c h e mic a ls ",   P ro c e e d i n g   o f   t h e   In tern a ti o n a l   Co n f e re n c e   o n   G re e n   W o rld   in   B u sin e ss   a n d   T e c h n o lo g y   (IC - G WBT 2 0 1 2 ).   2 0 1 2 ;  1 1 6 – 1 2 2 .   [1 5 ]   A p h irak c h a tsa k u n   W ,   A n g k a n a p o rn   K,  Kij p a rk o rn   S ,   " T h e   E ff e c t  o f   Ro se ll e   (Hib i c u s  sa b d a rif f a   L in n . )  c a ly x   a s   A n ti o x id a n t  a n d   A c id if ier  o n   G ro w th   P e rf o rm a n c e   in   P o stw e a n in g   P ig s ",   Asia n - Au str a la si a n   J   An im   S c i ,   2 0 0 8 ;   2 1 :   574 – 5 8 1 .   [1 6 ]   Ki a n i  M J,  S a m a d i  J,  Ya g h o u b y a n   S H,   " Hig h   S e n sit iv it y   O f   T in   Ox id e   S e n so r  b y   S o l - G e l  M e th o d ",   I n t  J   N a n o   De v ice s,  S e n so rs   S y st,   2 0 1 2 ;   1:   46 – 5 2 .   [1 7 ]   He n in i  M ,   " Ha n d b o o k   o f   T h in - F il m   D e p o siti o n   P r o c e ss e s an d   T e c h n iq u e s" ,   v o l.   3 1 .   2 0 0 0 .   [1 8 ]   Na su ti o n   T I,   Na in g g o lan   I,   Hu tag a lu n g   S D,  A h m a d   KR,  A h m a d  ZA ,   " T h e   S e n sin g   M e c h a n ism   a n d   De tec ti o n   o f   lo w   Co n c e n tratio n   A c e to n e   u sin g   Ch it o sa n - b a se d   S e n so rs,   S e n so rs   Actu a t o rs ,   B  C h e m ,   2 0 1 3 ;   1 7 7 :   5 2 2 – 52 8 .     [1 9 ]   M a rtí n e z - Hu it le  CA ,   Ja ra   CC,  Ce rro - L o p e z   M ,   Qu iro z   M A ,   " Ch it o sa n - M o d if ied   G las s y   C a rb o n   E lec tro d e s:   Ele c tro c h e m ica l  Be h a v io u r  a s  a   F u n c ti o n   o f   th e   P re p a ra ti o n   M e th o d   a n d   P h " ,   C a n   J   A n a l   S c i   S p e c tro sc .   2 0 0 9 ;   5 4 :   53 – 6 2 .   [2 0 ]   Ro sh id a   M ,   Irw a n a   N,  T u lu z   Ik h sa n   N,  K h a irel  Ra f e z i  A ,   Na z r e e   D,   " Ro se ll e   Blen d   F il m   S e n so r  (  RB F S   )   f o r   De tec ti n g   F e rti li z e r  Co n c e n trat i o n   o f   G ra p e   T r e e " ,   Ap p l  M e c h   M a ter .   2 0 1 5 ;  7 5 4 – 7 5 5 :  6 0 6 – 6 1 1 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.