Способ определения содержания молекул в газовой среде

 

СПОСОБ ОПРВДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ МОЛЕКУЛ Б ГАЗОВОЙ СРЕДЕ, заключающийся в измерении кинетики проводимости полупроводникового чувствительного элемента, помещенного в анализируемую среду и в поперечное электрическое поле, отличающи йс я тем, что, с целью обеспечения возможности селективного определения химически инертных молекул и молекул с изотопозамещенными атомами, дополнительно проводят измерение кинетики проводимости при температуре, отличной от температуры первого измерения находят характеристические времена нолуспада проводимости при этих температурах и вычисляют энергию наиболее высокочастотных колебательных мод адсорбированных молекул, по которой судят о типе молекул.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU

4(5!) G 01 N 27 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3574915/24-25 (22) 07.04.83. (46) 07.04.85. Бюл. Р 13 (72) В.Ф. Киселев, С.Н, Козлов и Н.Л. Левшин (71) ИГУ нм. H.В. Ломоносова (53) 543.274(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N - 592246» кл. G 01 N 27/02, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 862684, кл. G 01 N 27/02, 1982 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ МОЛЕКУЛ В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ, заключающийся в измерении кинетики проводимости полупроводникового чувствительного элемента, помещенного в анализируемую среду и в поперечное элект. рическое поле, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения возможности селективного определения химически инертных молекул и молекул с изотопозамещенными атомами, дополнительно проводят измерение кинетики проводимости при температуре, отличной от температуры первого измерения,. находят характеристические времена полуспада проводимости при этих температурах и вычисляют энергию наиболее высокочастотных колебательных мод адсорбированных молекул, по которой судят о типе молекул.

i 1491 >3 т r.

». )! »>i I < I. .»)1 ,с{<с ;,, I!(II!i><г;>Е1, с с > О< г;с-1!

» с

ВРРХНОС -13. . бi> 3 3 О>«1, !

"<ЗОбрЕТЕНИЕ ОТНОСИТСЯ К тЕХНИЧЕ

КОИ <<>ИЗИКЕ, В Чc7C !" HOC".!"Ff К ИСС>7<а;т,ованию соста!3а Веществ путем измерения электрического сопротивления матер!>а{лов, и пэедназначенО д((»я примРне н<)-я в с:(стe!.laic анализа и контроля .=.<з 0,.Р!Л»:.

<(.;вест;:- способ анализа газовой

<-леды« осьовa>I(<ый на изменении при адL(oобции донорных и акцепгорных

; l(>)1аК <Л I!PОВОДI ÌОИ ТИ «ÎХ{УПРОI30,(НИКО .00;> чув ствител > HO Ho зле" Icнта, 1,.-,. ! .)it накО „Сола> <ая в рядР c»(у«(ае(3 т —.;«,>(а ВЫ {>(» 01! т(УВ>СТ!3т<ТЕ {1 НГ>{" } «!О

Т.1 <т):, ; r ..) т г}., К.!,:„-; —.; Н .(Я с) (С;i 1{1 C O! НОТ 1:,0

Г С. >(., с;!! i . Н-, .Pr«)...1 j ИО -;) Oj(FI F!Е т, <". >ВО. r!(ВТ 0(0 1 ;*И<ОС 13!(Я а ".ап>1:3 ХIIМИ

К!1: Г . - i) / НЬ.Х I!»:с с .",.,, i *

1> . с i- " .б !»I I. j М «О 1 (.:", -с и<1 с К< сй

>Г:{НО<>I>< Oi!i!<() Ян i i<>Ч C CH;>-. т >г и;l!- - « I т- т .. !0 <<>;;;:- <0! Т(-<:,>». с,:.,(с. t т: >«j !с" {3 и! !j},ro!>I!

<:с с т;: т«с

Р гс" «I 1) ;, -;;0; :,.<:;r < ..;,с- та ) Т . C. !". (i> с г<) т<) г> c \! н ч !i I > с «с тт ) рт< >«г«1: а

}i )r . t>< (т "-t O fi >1- ч! <„ 1«i>>>«t ° !I Р<>ст, состояния (MC) . При при7ожении к поверхности кристалла погеречного электрического поля наблюдается изменение пэоводимости образца h{) которое посте7енно уменьшается за

cчет перезаряпки »1С. Характеристическим временем этого релаксационkioÃ0 процесса является ВРличи. ".а время полу спада прОВОди>.lости т.е. Время, через которое ((роводимость кристалла будет отличаться с на ве»7ичкну <}О! > от своего первоначального -"начения, „,. зависит от темпе » ратуры Т

1 t C: ) 1 . - .!1« >1 ИЯ актi(па>(И(; Р< „саКСа—

i;iIC.>II!Oт О! i;O»0>j .:С< а!!Остоянная;

»

:.) Oi " . С ЯI!!<с).Я .О:IЬ (> -!»>На, .3! i =.ПГ«jj «В(>ДР IIi(333»7>FCЯ Е 1 КТ =) Х «ХH». Г»1 НС (ИТРЛ<- 1! >!. >»1 На "1{ . РаС х(>;1 «от я ".;а =130 бу:j<).t(»1<ие кО 7 в(Лат "-.,!ь ! I !Х МОП с}((С01) би))РВАН«.(г(Х В б)IH{3 и (»}С .„«с г. Р К У „: („< (Р Р Г H;I; К ч И В а -, (т И >3 Ь(!3 а,(» а Е т —. .Я,оо-<-1<ОИ C Hòf("М

,! =- (,: —. < ) + г) т

i.! (: -- ) — разность - !<оргий между

3!OH>>!; («:Q в» Л(тт <0» -! H

;»-Р») )3:(< I c Д;11! t;1;1<-;-. тел LI»H!! -1(> 3 ал со: биво—

j3,rIH -:Ы,". i б.ч.-;":.Ij 1(<., МОЛ»Е1(У;(»

<.. i iC {" t 0 О< «i!II(- T!3: <Не Т(i! < ". Р>), :7<>11(«.; м

1<с.:Мт(ЗЯК) » НЕ«Ffjку .IpC» ((j!,:C>C и (,(,-) с. O,,. . <1,< «j . >«Р;;<". 1У ) r PC> Гт ) ".01!

I с,-.—.с -. -! lit=;OF, 1: О ((т > C (с) 1)Т <Э > <в Но ГО ЭЛЕ--,..-,-;,; «Е)-"< q -(0tj 11Ей "т::1»ЕМ с;0; I I> > < .:;(с, 1 С эле КТ>)н -(е СЕ(с Г > ПОЛЯ, .За

-<" I. М 1)РОНОГ<Я I,И Е ОДПО ИЗМЕРBHHF КИНЕ" H1C.i !. p!3 . p "" >r> 1 "Е! (((врат < p(0""с ЛИЧНОЙ

c <(ттс 1> с "т;» «3>>, II Р рв гт <) ).там Рв е;-; ° т,—, т

Ij -=..::, (аг ВЫСОКООМ!<ЫХ обр»3ЗПОВ ГЕрI(>(H; HtHI )(0 1<ис т)С!>j!

»т т

-.> ) ; гз(<, 1 0->.(;>М Г I»0>» Ч<. Cqjf тат>- »(ТО ." с

>с), (> ., -. )) Э>г>»

»Hат(Е1(И»»с .1 О> j1<)>> Hr! >7C! ; ИТ«, F(Pn—

ВОДЯ V !МЕРС НИЯ Вт)ЛИ

СО О: >3eтс ТВ q!C!JHZ, (эст>«М !»аз)(И 11!!ЫМ ТЕМПЕра } ";раМ Т с H 1 с

1149153

К Т<Т> 4У„(e) = — В„ -0,25 . (31

Т2 Т1 Ь1lt!

О эВ (йЕ-0,25), эВ

Рдсорбированные молекулы

- 20

О, 41-0, 45 О, 45+0 05

0,31-0,34 0,22+0,05

Н О

020

Оь33+Ов05

0,37-0,38

С,Н„

Составитель В. Екаев

Редактор О. Юрковецкая Техред С.Легеза Корректор Е. Сирохман

Заказ 1871/29 Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

По величинам с. можно судить о том, какие молекулы адсорбировались на поверхности; h 6) — единственная специфическая характеристика данной молекулы, позволяющая реализовать абсолютную избирательность.

В таблице приведены значениями Q для молекул Н 0, D 0, С 6Н м, а также экспериментально полученные величины (hE — 0,25) эВ, 1

Из результатов, приведенных в таблице, видно, что предложенный способ позволяет определять наличие 30 на поверхности недиссоциирующих.химически инертных молекул (С6Н „), а также молекул с изотопозамещенными атомами (Н О, В О).

Дальнейшее повышение чувствитель- 3g ности этого метода возможно путем выбора оптимальной концентрации адсорбционных центров на поверхности полупроводниковых чувствительных элементов,, а также применением устройств, обеспечивающих накопление исследуемого газа (например, цеолитами) с последующим напуском его в камеры, содержащие чувствительные элементы. Повышение селективности предлагаемого способа (по отношению к молекулам с одинаковыми. величинами и„, например C6H(4 и СН4) может осуществляться путем применения различных мембран, фильтрующих молекулы в зависимости от их размеров. Дчя многоком понентных газовых смесей может применяться система фильтров, позволяющая проводить напуск компонент на различные датчики.

Предлагаемый способ газового анализа является микроэлектронным аналогом ИК-спектроскопии. Его преимуществами по сравнению с ИК-спектросколией, хроматографией и другими способами являются малые размеры дат. чика и отсутствие дорогостоящего оборудования в конструкции датчика.

Чувствительность способа (без усовершенствований) приблизительно на порядок выше, чем у способа ИК-спектроскопии. Так, достаточно адсорбции молекул в пределах нескольких десятых долей монослоя (для метода ИКспектроскопии необходима адсорбция нескольких монослоев молекул),