сенсор паров ароматических углеводородов
Классы МПК: | G01N27/00 Исследование или анализ материалов с помощью электрических, электрохимических или магнитных средств G01N27/12 твердого тела в зависимости от абсорбции текучей среды, твердого тела; в зависимости от реакции с текучей средой |
Автор(ы): | Могилевский А.Н., Гречников А.А., Строганова Н.С., Галкина И.П., Мясоедов Б.Ф., Перченко В.Н., Калашникова И.С., Ледина Л.Е., Баранов В.В., Платэ Н.А. |
Патентообладатель(и): | Институт геохимии и аналитической химии им.В.И.Вернадского РАН, Институт нефтехимического синтеза им.А.В.Топчиева РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-12-10 публикация патента:
27.09.1998 |
Сенсор выполнен в виде кварцевого резонатора. На электродах нанесено пленочное сорбирующее покрытие. В качестве покрытия используется полимер из группы поливинилсиланов со структурой звена
![сенсор паров ароматических углеводородов, патент № 2119662](/images/patents/352/2119662/2119662t.gif)
где R1, R2, R3 - любые из -CH3, -C2H5. В качестве покрытия может использоваться поливинилтриметилсилан (ПВТМС). Сенсор позволяет измерять низкие концентрации паров ароматических углеводородов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
![сенсор паров ароматических углеводородов, патент № 2119662](/images/patents/352/2119662/2119662t.gif)
где R1, R2, R3 - любые из -CH3, -C2H5. В качестве покрытия может использоваться поливинилтриметилсилан (ПВТМС). Сенсор позволяет измерять низкие концентрации паров ароматических углеводородов. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Формула изобретения
1. Сенсор паров ароматических углеводородов, выполненный в виде кварцевого резонатора, на электродах которого нанесено пленочное сорбирующее покрытие, отличающийся тем, что в качестве материала покрытия использован полимер, выбранный из группы поливинилсиланов со структурой звена![сенсор паров ароматических углеводородов, патент № 2119662](/images/patents/352/2119662/2119662-4t.gif)
где R1, R2, R3 - одинаковые или различные, -CH3, -C2H5. 2. Сенсор по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала покрытия использован поливинилтриметилсилан (ПВТМС).
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано для определения концентрации паров ароматических углеводородов в атмосфере промышленных объектов и при экологическом контроле. Известен сенсор паров органических соединений, выполненный на основе линии задержки поверхностных акустических волн [1]. Сенсор представляет собой пьезокварцевую пластину, на одной плоскости которой имеются электроды. Между электродами нанесено сорбирующее покрытие (поли-бис-цианоаллилсилоксан). При сорбции определяемых соединений изменяется скорость распространения между электродами поверхностных акустических волн, что приводит к изменению частоты электронного генератора, в цепь которого включена линия задержки. Недостатком сенсора является высокий предел обнаружения, составляющий для бензола 216-401 мкг/л (180-335 ppm), для толуола 84-206 мкг/л (70-170 ppm), для ксилола 28-110 мкг/л (23-90 ppm). Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является сенсор паров ароматических углеводородов, выполненный в виде кварцевого пьезорезонатора, на электроды которого нанесено пленочное покрытие [2]. В качестве сорбирующего покрытия электродов резонатора применен фталоцианин меди. Недостатком известного сенсора является его низкая чувствительность при определении ароматических углеводородов и, следовательно, сравнительно высокий предел обнаружения. В частности, при чувствительности сенсора для бензола, толуола и о-ксилола соответственно 0,07, 0,2, 1,28 Гц/ppm и уровне шумов 10 Гц (по критерию 3![сенсор паров ароматических углеводородов, патент № 2119662](/images/patents/352/2119027/963.gif)
![сенсор паров ароматических углеводородов, патент № 2119662](/images/patents/352/2119662/2119662-3t.gif)
где
R1, R2, R3 - одинаковые или различные, -CH3, -C2H5. В частности, в качестве материала покрытия использован поливинилтриметилсилан (ПВТМС). На чертеже представлен общий вид сенсора в разрезе. Сенсор паров ароматических углеводородов содержит пластину 1 из пьезокварца, на которой помещены электроды 2 с нанесенными на них сорбирующими покрытиями 3. Работа сенсора протекает следующим образом. Сенсор с сорбирующим покрытием 3 на электродах 2 включают в схему высокочастотного генератора, частоту которого измеряют стандартным прибором. При наличии в атмосфере паров определенных веществ масса покрытия 3 увеличивается за счет сорбции. Это приводит к уменьшению собственной частоты сенсора и соответственно частоты генератора. Величина измерения частоты в первом приближении пропорциональна концентрации определяемых веществ. Измерения концентрационной зависимости сенсора проводят следующим образом. В замкнутом сосуде методом объемного разбавления создают известные концентрации паров ароматических углеводородов, изменяют собственную частоту сенсора в чистом воздухе и при помещении его в сосуд с парами ароматических углеводородов. Для нанесения сорбирующего покрытия 3 на электроды 2, в частности, используют 5%-ный раствор ПВТМС в толуоле. Покрытие 3 наносят шприцем или кисточкой непосредственно на электроды. Используется также погружение резонаторов в раствор. В последнем случае сорбирующее покрытие 3 занимает всю поверхность резонатора, а не только его электроды 2. Однако, как следует из принципа работы массочувствительных пьезорезонаторов, реальное воздействие вещества на частоту резонатора осуществляется только областью покрытия 3, находящейся над электродами 2. После нанесения покрытие высушивается при комнатной температуре в течение часа. Пример 1. Сорбирующее покрытие - ПВТСМ. Собственная частота сенсора 16 МГц (работа на первой гармонике, колебания вида "сдвиг по толщине"). Масса сорбента на электродах сенсора 71,3 мкг (изменение собственной частоты сенсора при нанесении сорбирующего покрытия 170 кГц). Определяемое вещество - пары бензола при температуре 20oC. Параметры сенсора, полученные при измерении концентрированной зависимости: чувствительность 0,40 Гц/ppm, предел обнаружения 8 ppm. Величина предела обнаружения вычислена методом линейной интерполяции и соответствует концентрации, при которой величина отклика в три раза превышает уровень шумов (для испытываемого сенсора уровень частоты шумов 3
![сенсор паров ароматических углеводородов, патент № 2119662](/images/patents/352/2119027/963.gif)
![сенсор паров ароматических углеводородов, патент № 2119662](/images/patents/352/2119139/8776.gif)
1. S.I.Patrash, E.T.Zellers. Characterization of polymeric surface acoustic wave sensor coatings and semiempirical models of sensors res- ponses to organic vapours. Analyt. Chem., 1993, v. 65, N 15, p. 2055-2066. 2. Sh. Kurosawa, N. Kamo, D.Matsui, Y.Kobatake. Gas sorbtion to plas- ma-polymerized copper phtalocyanine film formed on a piezoelectric crystal. Analyt. Chem., 1990, v. 62, N 4, p. 353-359 (прототип).
Класс G01N27/00 Исследование или анализ материалов с помощью электрических, электрохимических или магнитных средств
Класс G01N27/12 твердого тела в зависимости от абсорбции текучей среды, твердого тела; в зависимости от реакции с текучей средой