Датчик концентрации аммиака

 

Сущность изобретения: датчик содержит подложку, на которой расположены электроды и чувствительный слой. Чувствительный слой выполнен из сорбента, в котором равномерно распределено активирующее вещество, в качестве которого использовано гетерополисоединение состава Ce₂P₂Mo₁₈O₆₂, при этом его содержание в слое сорбента составляет 1 - 70 мас.%. 2 ил.

Изобретение относится к аналитическому приборостроению, а именно к датчикам состава газа.

Предлагаемый датчик предназначен для определения концентрации аммиака в газовых средах.

Известен датчик концентрации аммиака, изготовленный на основе тонких пленок фталоцианинов переходных металлов, нанесенных на подложку из двуокиси кремния [1].

К недостаткам такого датчика относятся зависимость его отклика от предварительно сорбированного на поверхности чувствительного слоя молекулярного кислорода и влияние коэффициента диффузии аммиака на постоянную времени датчика.

Известен также датчик концентрации аммиака, в качестве материала чувствительного слоя которого используются пленки органических проводящих полимеров, нанесенных на подложку из Аl₂О₃ методом электрополимеризации [2].

К недостаткам такого датчика относятся трудность проведения процесса электрополимеризации, а также недостаточная селективность датчика по отношению к аммиаку.

В качестве прототипа выбран датчик аммиака, содержащий подложку с металлическими электродами, на которую нанесен чувствительный слой, состоящий из полиметилметакрилата и органического вещества, растворенного в нем, причем в качестве органического вещества используют комплекс с переносом заряда на основе производных хинолина общей формулы 1-алкил-2-стирилхинолиний йодида + 2-(n-диметиламиностирил)-хинолина [3].

К недостаткам такого датчика относятся его недостаточные чувствительность и селективность по отношению к аммиаку.

Технический эффект от использования изобретения заключается в том, что датчик концентрации аммиака, содержащий подложку, на которой расположены электроды и чувствительный слой, выполненный на основе сорбента, в котором равномерно распределено активирующее вещество, в качестве которого использовано гетерополисоединение (ГПС) состава Се₂Р₂Мо₁₈О₆₂, содержащееся в слое в количестве 1-70 мас.%, позволяет с высокой чувствительностью и селективностью определять концентрацию аммиака в исследуемой атмосфере.

В предлагаемом датчике концентрации аммиака чувствительный слой выполнен из пористого сорбента (например, кремнезема), в котором размещается активирующее вещество, в качестве которого использовано ГПС состава Се₂ Р₂ Мо₁₈ О₆₂.

Принцип действия датчика основан на зависимости электрофизических (диэлектрическая проницаемость, проводимость) характеристик чувствительного слоя при его взаимодействии с аммиаком.

Увеличение чувствительности и селективности датчика по отношению к аммиаку достигается за счет протекания протолитической реакции иона Се (III), сдвига равновесия в сторону большей устойчивости гидроксокомплекса церия (IV) и окислительно-восстановительной реакции пары Се (IV)/Ce (III) с анионом 18-молибдо-2-фосфорной кислоты. Суммарная реакция процесса выражается уравнением [Ce^III(H₂O)_x]₂P₂Mo₁₈^VIO₆₂ + 2nNH₃= =[Ce^IV(H₂O)_x-n(OH)_n] ₂(NH₄)₂P₂Mo^VI_18-2nMo_2n^VO₆₂.

На фиг.1 и 2 представлена конструкция датчика концентрации аммиака.

Датчик концентрации аммиака состоит из диэлектрической подложки 1, выполненной, например, из ситалла или сапфира, на поверхность которой нанесены металлические (платина, никель, золото) гребенкообразные электроды 2,3, поверх которых располагается чувствительный слой 4 на основе пористого сорбента (например, SiО₂), в котором равномерно распределено активирующее вещество, в качестве которого использовано ГПС состава Се₂Р₂Мо₁₈О₆₂. Кроме того, в конструкции датчика предусмотрена возможность размещения на подложке пленочного нагревателя 5.

Получение пленок пористого сорбента, в которых в качестве активирующего вещества размещается ГПС состава Сe₂Р₂Мо₁₈О₆₂, осуществляли методом гидролитической поликонденсации растворов, в которые вводились эти ГПС в количестве 1-70 мас.%. При этом в качестве основы сорбента могут быть использованы кремнеземы SiО_х (х≅2), оксиды титана, тантала и др. Термообработку, необходимую для удаления растворителя и продуктов гидролиза из пленки сорбента, проводили при температуре до 300^оС.

Таким образом, по сравнению с прототипом предложенный датчик концентрации аммиака имеет более высокую чувствительность и более высокую селективность по отношению к аммиаку.

Формула изобретения

ДАТЧИК КОНЦЕНТРАЦИИ АММИАКА, содержащий подложку, на которой расположены электроды и чувствительный слой, отличающийся тем, что чувствительный слой выполнен из сорбента, в котором равномерно распределено активирующее вещество, в качестве которого использовано гетерополисоединение состава Ce₂P₂Mo₁₈O₆₂, при этом его содержание в слое сорбента составляет 1 - 70 мас. %.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2