Способ формирования индикаторного материала для определения содержания аммиака

 

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способу получения электропроводящих индикаторных материалов в газовых и газовоздушных смесях. Сущность изобретения состоит в нанесении путем термовакуумного напыления биядерного комплекса 3d переходного металла с основанием Шиффа. 2 табл.

Изобретение относится к способам получения электропроводящих индикаторных материалов для определения химических соединений в газовых и газовоздушных смесях и может быть использовано для изготовления чувствительных элементов газовых датчиков определения микроконцентраций аммиака путем измерения величины сопротивления.

Потребность в таких датчиках практически неограничена, т.к. аммиак применяется в технологических процессах многих предприятий народного хозяйства и контроль его возможных утечек позволит улучшить технику безопасности с целью защиты персонала и окружающей среды от отравления.

Известен способ формирования индикаторного материала для определения аммиака в газе, содержащий подложку с полупроводниковым слоем и электроды. В качестве электропроводящего слоя используется мономолекулярный слой карбонила селена, получаемый путем напыления слоя селена на стеклянную пластинку с последующей подачей окиси углерода в течение 10 мин при 70^оС.

Недостатком известного датчика является тот факт, что измерение содержания аммиака проводят при повышенной температуре чувствительного элемента (от 25 до 100^оС) в узком диапазоне измеряемых концентраций от 2 до 50 г/м³, ограниченном адсорбционной емкостью мономолекулярного слоя полупроводникового элемента.

Известен способ формирования индикаторного материала для определения аммиака с более широким интервалом измеряемых концентраций аммиака (от 1,9 до 670 г/м³), в котором используется полупроводниковый материал в виде аморфной пленки, формируемый методом центрифугирования из раствора смеси 9-(парадиметиламиностирил)-10-этилакри- динитиодид (1) с полиметилметакрилатом.

Недостатком известного метода является использование сложных органических соединений, в том числе значительного количества растворителя - хлороформа.

Наиболее близким по исходному составу к заявляемому является индикаторный материал, формируемый из комплексов 3d переходного металла (Cu, Ni, Co, Zn) с симметричным основанием Шиффа общей формулы где Ме-3d переходный металл, выбранный из группы.

Соответственно известный способ формирования индикаторного материала для датчика по определению содержания аммиака в воздухе заключается в приготовлении раствора путем растворения комплексного соединения в технологическом растворителе (диметилформамид), нанесении полученного раствора с помощью капилляра на поверхность кварцевой пластины и прогревания пьезокварцевого резонатора с нанесенным раствором индикаторного материала при температуре 110-120^оС в течение 10 мин для полного удаления растворителя.

Диапазон определяемых датчиком концентраций аммиака составляет 0,01-10 мг/л, время определения составляет соответственно от 5 до 25 мин.

Недостатком известного способа является сложность метода формирования индикаторного материала и значительное увеличение времени определения содержания аммиака с ростом его концентрации и воздушной смеси, невозможность контролировать толщину чувствительного слоя по всей поверхности.

Целью изобретения является упрощение способа и обеспечение возможности из веществ с низкой проводимостью получать высокоэффективные в работе материалы с повышенной проводимостью.

Предлагаемый способ формирования материала для чувствительных элементов датчиков индикации аммиака в газовых и газовоздушных смесях (паро-газовоздушных) заключается в нанесении путем термовакуумного напыления биядерного комплекса 3d переходного металла с основанием Шиффа общей формулы где М-3d переходный металл.

Толщина наносимой пленки контролируется.

Использование метода возгонки в вакууме для формирования чувствительных элементов датчиков на основе биядерного комплекса Шиффа имеет ряд преимуществ по сравнению с известным: из веществ, обладающих низкой проводимостью, формируется электропроводящая система высокой чувствительности, что свидетельствует о приобретении исходным веществом новых свойств в процессе возгонки; упрощается процесс формирования проводникового слоя, т.к. исключается из метода нанесения на подложку проводящего вещества растворителя и соответственно последующий процесс их удаления с поверхности проводящего слоя; формируется высокочувствительный устойчивый проводящий слой, позволяющий сократить в несколько раз время определения содержания аммиака в смесях сложных газов и расширить концентрационный диапазон определения аммиака.

П р и м е р 1. Для получения индикаторного электропроводящего материала биядерный комплекс 3d переходного металла Со с основанием Шиффа, в кварцевом тигельке помещается в камеру для напыления стандартной установки ВУП-5. При вакууме 10^-5 мм рт.ст. с и нагреве до температуры плавления напылением исходное вещество наносится на подложку из слюды с нанесенными на нее предварительно контактами серебра. Толщину пленки определяем эллепсометрическим методом. Толщина пленки составляет 170 . Полученный элемент помещается в испытательную ячейку и на чувствительную его поверхность постоянно подается воздух со скоростью 5 л/ч. Сопротивление цепи (R) составляет 400 МОм.

П р и м е р 2. На помещенную в испытательную ячейку пленку, сформированную по методике, описанной в примере 1. подается паровоздушная смесь, полученная барботажем воздуха через дистиллированную воду. В период до 1 мин сопротивление цепи составило 260 МОм. Через 1 мин после подачи сухого воздуха сопротивление составило 400 МОм.

П р и м е р 5. Для формирования индикаторного материала применяют метод прототипа. Исходное вещество - биядерный комплекс 3d переходного металла Со с основанием Шиффа, где R-Ce.

Проверка элемента проводится аналогично примеру 3. В течение 10 мин сопротивление цепи составило 60 МОм.

Данные о чувствительности, сформированного по предлагаемому методу индикаторного материала, по отношению к аммиачным смесям, приведенные в табл. 1, свидетельствуют о том, что содержание аммиака в пароаммиачной смеси определяется по изменению электропроводности чувствительного элемента в течение 1 мин.

В табл. 2 сравнена электропроводность чувствительных элементов индикации аммиака, сформированных по предлагаемому и известному способам.

Предлагаемый способ формирования индикаторного материала позволяет упростить получение чувствительных покрытий, позволяет контролировать их толщину, дает возможность формировать электропроводящие материалы из материалов с низкой проводимостью, а также дает возможность сделать технологический процесс экологически чистым, так как для получения чувствительного слоя не используются органические растворители.

Формула изобретения

СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИНДИКАТОРНОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ АММИАКА в газовых и парогазовых средах, включающий нанесение пленки из комплекса 3d переходного металла с основанием Шиффа, отличающийся тем, что нанесение осуществляют термовакуумным напылением на электропроводящие контакты биядерного комплекса 3d переходного металла с основанием Шиффа общей формулы где М = 3d переходный металл из ряда Cu, Ni, Co, Mn; R=Cl^-, Br^-, Y^-, NO₂^-.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2