Датчик для определения аммиака в газе

 

(72) Авторы изобретения

Л. Г. Пахомов, Я. А. Фель, Э. И. Соборовер ин

Научно-исследовательский институт химии при Го государственном иверситете им. Н.И.ЛобачевскоЖ

1 (7I ) Заявитель (S4) ДАТЧИК:ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АММИАКА В ГАЗЕ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании приборов для газового анализа, в частности датчиков для определения аммиака

Известен датчик для измерения концентрации аммиака, содержащий электрохимический элемент, в котором находится потенциометрический электрод, чувствительный к ионам водорода, и электрод сравнения, причем оба находятся в контакте со стандартным электролитом, а также фильтр, проницаемый только для аммиака. Аммиак из пробы проходит через данный фильтр в электролит и влияет на активность ионов водорода в электролите. Определение концентрации аммиака предлагаемым датчиком основывается на потенциометрическом измерении изменения значения рН, вызванного диффузией аммиака в стандартный электролит (1).

Недостатком датчика является то, что он ненадежен в работе, сложен в изготовлении, имеет длительное время регенерации и область

его применения ограничеиа за счет его габаритов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является датчик для определения аммиака в газе, содержащий подложку с нолупроводниковым слоем и электроды 12).

Данный элемент представляет собой стеклянную пластину с нанесенными на нее тонким слоем карбонила селена (SeC0). Для этого на пластину напыляют тонкий слой, селена (Se) высокой чистоты, затем на него подают газообразную окись углерода (СО) в течение 10 мин при 70 С; В результате взаимодействия селена с окисью углерода на поверхности селеновой пленки образуется мономолекулярный слой карбонила селеиа, к которому присоединяют электроды. Изме- рение содержания аммиака проводят при температуре чувствительного элемента от

25 до 100 С, необходимой для взаимодействия карбонила селена с аммиаком. Между электродами прикладывают напряжение лостоянного тока 100 В и, облучая полупровод3 . 9!1289 пиковый слой чувствительного элемента вольфрамовой лампой, получают фоновый фототок 0,5 мА, который фиксируется амперметром. Затем на элемент подают аммиак.

При взаимодействии аммиака с чувствительным слоем элемента (SeCO) на поверхности этого слоя происходит следующая реакция

Se + СО - SeCO (2) После этого полупроводниковый слой об-, лучают и замеряют полученный фототок. С увеличением концентрации подаваемого аммиака увеличивается величина фототока.

Для повторного использования чувствительного элемента необходимо регенерировать . полупроводниковый слой, для этого его обрабатывают окисью углерода при 70 С в течение 10 мин, где снова происходит образование SeCO rio реакции

Минимальная концентрация аммиака, которая может быть измерена предлагаемым, датчиком, составляет 2 г/мз (3,8 Торр). Верхняя граница измеряемых концентраций составляет 50 г/м (53,8 Торр).

Известный датчик имеет небольшие габариты за счет использования в качестве основы-чувствительного элемента полупроводникового слоя, что создает удобство при работе с ним..

Однако данный -датчик обладает рядом недостатков, в частности: — процесс изготовления чувствительного элемента заключается в сложности получения мономолекулярного слоя карбонила селена; — определение аммиака ведут постоянно. при повышенной температуре; — получение фототока усложняется необходимостью облучения, для чего надо постоянно поддерживать параметры вольфрамовой лампы; — сложность регенерации полупроводникового слоя чувствительного элемента; датчик работает в узком диапазоне измеряемых концентраций от 2 г/м до 50 г/м что соответствует интервалу давлений от

2,15 до 53,8 корр. Это объясняется тем, что адсорбционная емкость мономолекулярного слоя полупроводникового элемента ограничена.

Цель изобретения — расширение интервала измеряемых концентраций аммиака.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике для определения аммиака в газе, содержащем подложку с полупроводниковым слоем и электроды, полупроводниковый слой выполнен из материала, который представляет собой смесь 9-(парадиметиламиностирил)-10-этилакридинитиодида с лолиметилметакрилатом в весовом соотношении 1:2,5.

Было установлено, что поликристаллические пленки соединения 9-(парадиметиламиностирил)-10 -этилакридинийиодида, относяшего10 ся к классу акридиновых красителей, обла. дают высокой чувствительностью к присутствию аммиака, который изменяет его электро" проводность, поэтому их употребляют для изготовления полупроводникового слоя. Од- нако при взаимодействии данного акридионового красителя с аммиаком происходит необратимое изменение структуры пленки . красителя, что приводит к плохой воспроизводимости результатов при йзмерении элект,26 ропроводности. Аморфные же пленки данного акридинового красителя являются неравновесными, т.е. переходят постепенно .в попикристаллические. Чтобы этого не происходило, необходимо закрепить молекулы этого соединения, распределив их в аморфном

25 веществе, которое не переходит в кристаллическое состояние. Лучше всего для этой цели подходят полимеры, так как они имеют довольно. стабильную структуру, а также из них легко можно приготовить пленки. В качестве полимера был выбран полиметилметакрилат,. так как исследование растворимости акридинового красителя 9- (пара диметиламиностирил) 10- этилакридинитиодида и различных полимеров в различных растворителях показало, что полиметилметакрилат и акридиновый краситель обладает высокой растворимостью в хлороформе, что позволяет приготовить композицию с высокой концентрацией красителя в полимере. Выполнение полупроводникового слоя из материала, который представляет собой смесь 9- (параметиламиностирил) -10-этилакридинитиодида с полиметнлметакрилатом в весовом соотношении 1:2,5 облегчает процесс

45 изготовления полупроводникового слоя, так как его получают в виде пленки обычным центрифугированием из раствора. Кроме того, весовое соотношение 1:2,5 дает наиболее чувствиз тельный полупроводниковый слой.

1 I

Процесс определения аммиака предлагаемым датчиком более. прост ло сравнению с известным, так как он проходит при нормальных условиях. Это объясняется тем, что при взаимодействии аммиака с молекулами акридинового красителя, входящего в состав материала, из которого выполнен полупроводниковый слой элемента, происходит образование комплекса, в. результате чего меняются

911289

5 межзеренные сопротивления в пленке, величина тока растет с- ростом давления или концентрации аммиака над пленкой и по величине тока можно судить о наличии аммиака. Описанный процесс проходит при

S нормальных условиях.

Процесс регенерация полупроводникового слоя чувствительнбго элемента до первоначальных парамЕтров проходит в течение одного и, того же времени 10 мин, по сравнению с из- 1о вестным, но в более легких условиях, так как комплексы, образованные в полупроводниковом слое при нагревании чувствительного элемента до 50 — 60 С в течение 10 мин легко распадаются и пленка переходит в исходное состояние.

Датчик, включающий чувствительный элемент, в котором полупроводниковый слой выполнен нз предлагаемого материала, по сравнению с известным датчиком работает в более широком интервале измеряемых концентраций аммиака от 1,9 г/м до 760г/м, сто соответствует давлению от 2 до

750 Торр. Это возможно за счет того, что аморфная полимерная пленка полупровод- д пикового слоя чувствительного элемента обладает большой адсорбционной емкостью, т.е. обладает значительной проницаемостью по отношению к аммиаку, что обеспечивает

его доступ к молекулам акридинового красителя и способствует взаимодействию большой концентрации аммиака с ним.

Предлагаемый датчик состоит из подложки, на которой нанесен полупроводниковый слой из . смеси 9- (парадиметиламиностирил) -103S

-этилакридинкгиодида и полиметилметакрилата. К смеси, взятой в соотношении 1:2,5 подсоединены электроды. . Датчик работает следующим образом, Испытывался датчик с чувствительным

4О элементом, состоящим из полупроводникового слоя, нанесенного на изолирующую подлож-. ку, и присоединенными к нему электродами.

Полупроводниковый слой выполнен из материала, который представляет собой смесь

9- (парадиметиламиностирил) -10-этилакридини»

45 тиодида с полиметилметакрилатом в весовом соотношении 1:2,5.

Для изготовления такого полупроводникового слоя готовился раствор 9-(парадиметиламиностирил)-10-этилакридинитиодида в хлороформе с последующим добавлением полиметилметакрилата. Количество хлороформа составляет 375 вес.ч. На ситаловую подложку с контактами из никеля или хрома центрифугированием наносили пленку из приВНИИПИ Заказ 1110/29

d готовленного раствора, которую затем высуши вали. Для испытания полученного чувствительного элемента его помещали в измерительную ячейку, прикладывая постоянное напряжение 50 В и подавали аммиак. Концентрацию аммиака изменяли в интервале от 1,9 г/м до 700 г/мз, что соответствует давлению от 2 до 760 Торр. Ток соответственно- менялся в пределах 10 з-10 .

После каждого замера концентрации аммиака полупроводниковый слой чувствительного элемента регенерировали путем нагревания его до 50 — 60 С в течение 10 мин на воздухе, в результате восстанавливались его полупроводниковые свойства.

Таким образом, выполнение полупроводнико. вого слоя чувствительного элемента датчика из материала, который представляет собой смесь. 9- (парадиметиламиностирил) -10-этилакридинитиодида с полиметилметакрилатом в весовом соотношении 1:2,5 позволило по сравнению с известным способом, упростить процесс изготовления нолупроводникового слоя; упростить процесс определения аммиака за счет исключения высокой температуры процесса и облучения; упростить процесс регенерации полупроводникового слоя чувствительного элемента и расширить интер-. вал измеряемых концентраций аммиака от

1,9 г/м до 700 г/м .

Использование предлагаемого техническо.го решения для контроля на предприятиях, выпускающих аммиак и продукты на его основе, при хранении и транспортировке их и при охране окружающей среды позволит улучшить технику безопасности на предприятиях, повысить качество выпускаемой продукции и улучшить контроль за окружающей сРедой.

Формула изобретения

Датчик для определения аммиака в газе, содержащий подложку, с полупроводниковым слоем и электроды, о т л и ч а юшийся тем, что с целью расширения интервала измеряемых концентраций аммиака, полупроводниковый слой выполнен из материала, который представляет собой смесь

9- (парадиметиламиностирил) -10 — этилакридиннтиодида и полиметилакрилата в весовом соотношении !: 2,5.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1; Патент США У 3830718, кл. С 01 и 27/46, опублик. 1974.

2. Патент Японии Р 50-10756, кл. С 01 N 27/02, опублик. 1975 (прототип).

Тираж 883 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, улЛ!роекпия.4