Датчик для определения аммиака в газе

СОЮЗ (ХЕЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2389 11 Б 01 н 27 ЫТИИ ЕН ПИС ИЗОБ ТЕЛЬСТВУ ВТОРСИОМ(21) 8 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТК(71) Научно-исследовательский институт химии при Горьковском государственном университете им. Н.И. Лобачевского(56) 1, Патент Японии 11 50- 10756,кл. 6 01 М 27/12, опублик. 1975.2. Авторское свидетельство СССРИ 911289, кл. С 01 й 27/02, 1980(54)(57) ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АММИАКА В ГАЗЕ, содержащий диэлектрическую подложку, на которой закреплены электроды и нанесен слой полупроводника на основе полиметилметакрилата и органического вещества, растворенного в нем, о т л и ч а ю щ и й - .с я тем, что, с целью повыаенияточности определения, в качестве органического вещества, растворенногов полиметилметакрилате,.используюткомплекс с переносом заряда на ос.нове производнык хинолина общей Формулы 1-алкил-стирилхинолинийиодид+2-(и-диметиламиностирил)-хинолин в количестве, непревышающем мак"симальную растворимость комплексав полиметилметакрилате, где алкилметил, этил, пропил или бутил.1 10323Изобретение относится к измери"тельной технике и может быть использовано при создании приборов для газового анализа, в частности датчиков,определяющих степень загрязнения воз 5духа аммиаком (ЙН), для регулирования источников испускания газов, определения результатов их воздействия.на население и индивидуальных доздля биологических объектов, Такойприбор должен обладать целым рядомнеобходимых параметров, а именно высокой чувствительностью при большомдиапазоне измерения концентрации,безопасностью в обращении, малымигабаритами,Известен датчик для определенияаммиака, в котором чувствительный элемент изготовлен на основе полупроводникового соединения карбонила селена.(5 еСО). Чувствительный элемент представляет собой стеклянную пластинус нанесенным на нее томским слоем карбонила селена (ЬеСО), Для этого напластину напыляют тонкий слой селена(Ье)высокой чистоты, затем на негоподают газообразную окись углерода(СО) в течение 10 мин при 343 К.В результате взаимодействия селенас окисью углерода на поверхности се. леновой пленки образуется мономолекулярный слой карбонила селена, ккоторому присоединяют электроды, Измерение содержания аммиака проводятпри температуре чувствительного эле"мента 298-33 К, необходимой для 35взаимодействия карбонила селена с аммиаком. Между электродами прикладывают напряжение постоянного тока100 В и, облучая полупроводниковыйслой чувствительного элемента вольфрамовой лампой, получает фоновый фототок 0,5 мА, который фиксируется амперметром. Затем на элемент подаютаммиак. При взаимодействии аммиакас чувствительным слоем элемента (еСО) 45на поверхности этого слоя происходитреакция, После этого полупроводниковый слой облучают и замеряют полученный фототок; С увеличением концентрации подаваемого аммиака увеличивает" 0ся величина фототока. Для повторногоиспользования чувствительного элемента необходимо регенерировать полупроводниковый слой, для чего его обрабатывают окисью углерода при 343 К ув течение 10 мин, Минимальная концентрация аммиака, которая может. бытьизмерена, составляет 2 г/м (2 торр). 89 2 Верхняя граница измеряемых концентраций 50 г/м (54 торр),Указанный датчик имеет небольшиегабариты вследствие использования вкачестве основы чувствительного элемента полупроводникового слоя1,бднако процесс изготовления чувствительного элемента сложен из-за необходимости получения мономолекулярного слоя карбонила селена, Определение.аммиака ведут постоянно при повышенной температуре. Получение фототока усложняется необходимостью облучения, дпя чего надо постоянно под"держивать параметры вольфрамовой лампы, Сложно регенерировать полупроводниковый слой чувствительного элемента.Датчик работает в узком диапазонеизмеряемых концентраций 2-50 г/м,что соответствует интервалу давления2-54 торр. Это объясняется тем, чтомалая адсорбционная емкость мономолекулярного слоя элемента ограничена.Наиболее близким к предлагаемомуявляется датчик для определения. аммиака в газе, содержащий диэлектрическуюподложку, на которой закреплены электроды и нанесен слой полупроводникана основе полиметилметакрилата и органического вещества, растворенногов нем. Процесс определения аммиака этим датчиком осуществляется при нормальных условиях. Полная регенерация чувствительного элемента проходит в течение 10 мин путем его нагревания при 323-333 К. Датчик определяет аммиак в диапазоне концентраций 1,9- 70 г/м , чувствительность датчика в этом диапазона 0,12110 Ам г Г 21,Однако известный датчик обладает недостаточной чувствительностью,Цель изобретения - повышение точности измерения путем увеличения чувствительности в диапазоне концентраций аммиака 1,9-70 г/мПоставленная цель достигается тем, что в датчике для определения аммиака в газе, содержащем диэлектрическую подложку, на которой закреплены электроды и нанесен слой полупроводника на основе полиметилметакрилата и органического вещества, растворенного в нем, в качестве органического вещества, растворенного в полиметилметакрилате, используют комплекс с переносом заряда на основе произв е е е ав т е а е т ат е е е е е т е е е а т т т е Тираж 873 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, ЖРаушская наб д. 4/5Заказ 5394/49 е е а т е Ее тете а евфилиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 3 10323водных хинолина общей формулы 1-алкил-стирилхинолинийиодид+2-(и,диметил-.аминостирил)ехинолин в количестве,непревышающем максимальную растворимость комплекса в полиметилметакрилате, где алкил - метил, этил, пропилили бутил.П р и м е р 1. Выполнение датчика из органического полупроводникового композиционного материала, включающего комплекс с переносом заряда2(иедиметиламиностирил)-хинолин+1-этил-стирилхинолинийиодид и полиметилметакрилат в весовом соотношении 1:2.5Для изготовления такого полупро-.водникового слоя из органического материала готовят раствор хинолиновогокомплекса в хлороформе с последующимдобавлением полимера (полиметилметакрилат).,На ситаловую подложку с контактами из нихрома растрового типа центрифугированием наносят пленку из приготовленного раствора, которую затемвысушивают сначала при комнатной температуре (20-30 мин), затем при повышенной температуре 323333 К,Для испытания полученного .чувствиетельного элемента его помещают в изЗОмерительную ячейку, прикладывая постоянное напряжение 100 В и подавая.аммиак. Концентрацию аммиака изменяютв интервале. 1,9-70 г/м. Ток соотеветственно меняют в пределах 2,5 ф 1 К 5,610 1 фА. Чувствительность датчикав этом интервале концентраций равна8 10 . А г- м, что в 66 раз большечувствительности известного датчикав том же интервале концентрации,40Чувствительный слой регенерируют путем удаления из измерительной ячейкиаммиака (откачки)без его прогреваВремя измерения концентрации аммиакасоставляет не более 5 мин,П р и и е р 2, Для материала,45включающего полиметилметакрилат и1 этил 2 стирилхинолийиодид+2-(педи"метиламиностирил)ехинолин, получают 89 4дополнительные зависимости для соотношений компонентов. 2:0,9 и 2: 1,1.Иатериал с соотношением компонентов 2: 1 имеет максимальную чувствительность.П р и м е р 3. Композиционный органический полупроводниковый материалвыполняют из полиметилметакрилата и1-метил-стирилхинолинийиодид+2 в-(и-диметиламиностирил)"хинолина вавесовых соотношениях 1:0,9; 1:1 и1:1,1, Чувствительный слой готовят пометодике, описанной в первом примереИатериал с соотношением 1:1.имеетмаксимальную чувствительность,П р и м е р 4, Композиционный органический полупроводниковый материал выполняют из полиметилметакрилатаи 1-пропил-стирилхинолинийиодид+2(иедиметиламиностирил)"хинолинав весовых соотношениях 4,2:0,914,2: 1 и 4,2: 1,1 Чувствительный слойготовят как в первом примере. Иаксимальной чувствительностью обладаетматериал с соотношением полимер:комплекс 4,2:1Выполнение полупроводникового слоячувствительного элемента датчика изматериала, который представляет собойкомпозицию в оптимальном весовом со"отношении, позволяет значительно(в 60 раз) повысить чувствительностьдатчика в интервале концентраций аме,миака 1,970 г/м , упростить процессрегенерации полупроводникового слоячувствительного элемента, исключивнагревание полупроводникового слоя,и сократить время измерения концент"рации аммиака до 5 мин.Использование предлагаемого датчика для контроля на предприятиях, выт.пускающих аммиак и продукты на его основе, при хранении и транспортировкеих и при охране окружающей среды дает возможность улучшить технику безопасности на предприятиях, повыситькачество выпускаемой продукции иулучшить контроль эа окружающей средой.