Датчик концентрации аммиака

 

Использование: в аналитическом приборостроении. Сущность изобретения: датчик включает подложку, на которой расположены электроды и чувствительный слой. Чувствительный слой состоит из полианилина, содержащего легирующую добавку. В качестве легирующей добавки использованы комплексы переходных металлов или комплексы конденсированных ароматических соединений. 1 ил.

Изобретение относится к аналитическим приборам, а именно к датчикам состава газа.

Предлагаемый датчик предназначен для определения концентрации аммиака в парогазовых средах и может быть использован в химической, нефтехимической, металлургической, электронной и других отраслях промышленности.

Известен датчик концентрации аммиака, в котором чувствительный слой выполнен из полипиррола [1] При взаимодействии с аммиаком сопротивление полипиррола увеличивается пропорционально концентрации аммиака в газовой фазе.

К недостаткам такого датчика относится его невысокие чувствительность и селективность к аммиаку.

Известен датчик концентрации аммиака на основе полипиррола, содержащего тетрафторборатный ион [2] Этот датчик имеет те же недостатки, что и упомянутый ранее.

Известен датчик концентрации аммиака на основе пленок полианилина, легированного никельсодержащими анионами [3] К недостаткам такого датчика следует отнести его невысокие чувствительность и селективность по отношению к аммиаку.

Техническим эффектом изобретения является повышение чувствительности и селективности датчика к аммиаку в его смеси с другими газами.

Это достигается тем, что в датчике концентрации аммиака, включающем подложку, на которой расположены электроды и чувствительный слой на основе полианилина, содержащего легирующую добавку, в качестве легирующей добавки использованы комплексы переходных металлов или комплексы конденсированных ароматических соединений.

В качестве легирующей добавки используют либо комплексы переходных металлов, например галогенидные, хлоридные или бромидные комплексы меди, ацетилацетонатные комплексы кобальта и железа, либо комплексы конденсированных ароматических соединений, например ализаринового красного С или пурпурина.

На чертеже представлен один из вариантов конструкции датчика концентрации аммиака.

Датчик концентрации аммиака состоит из диэлектрической подложки 1, выполненной, например, из ситалла, сапфира или окисленного кремния, на поверхности которой расположены металлические (никель, золото) гребенкообразные электроды 2,3, поверх которых наносится слой сорбента 4.

Принцип действия датчика основан на изменении электрофизических характеристик (сопротивление) слоя сорбента при его взаимодействии с аммиаком.

Процесс изготовления датчика аммиака реализуется следующим образом. На отмытую в стандартном процессе (например, перекисно-аммиачном) подложку из ситалла, сапфира или окисленного кремния проводят напыление слоя металла (в качестве которого можно использовать Ni, Cr, Al, Au, Pt и т.п.). После этого методом фотолитографии и последующего химического или плазмохимического травления формируют конфигурацию электродов. Затем из раствора, содержащего анилин, гидрохлорид, соляную кислоту и воду, методом окислительной электрополимеризации наносят слой сорбента на всю поверхность подложки. Легирующие добавки вводят в чувствительный слой на основе полианилина либо непосредственно во время его электроосаждения на поверхность подложки, либо путем последующей обработки в кисловодном растворе, содержащем данную легирующую добавку.

П р и м е р. С помощью датчиков, конструкция которых представлена на чертеже, выполненных на ситалловых подложках размером 7,5 х 5,0 мм, на поверхность которых нанесены золотые гребенкообразные электроды толщиной 0,25 мкм, с чувствительным слоем на основе полианилина, содержащего хлоридный комплекс меди в качестве легирующей добавки, проводили измерения сопротивления в режиме импульсной подачи 25 и 150 ррm аммиака и 150 ррm сероводорода в воздухе. Расстояние между соседними зубцами электродов и ширина электродов составляли 40 мкм. Необходимый уровень концентрации активных газов в газовой смеси задавали с помощью экспериментального стенда, реализованного по схеме динамического смесителя и позволяющего задавать в измерительной термостатируемой камере определенную концентрацию активных газовых компонентов. Электрофизические характеристики датчиков в режиме определения концентрации аммиака и сероводорода измеряли на постоянном токе с помощью цифрового вольтметра типа В7-27.

При наличии в анализируемой смеси аммиака происходило резкое изменение измеряемых параметров датчика. При наличии в анализируемой смеси сероводорода изменений показаний датчика не наблюдалось.

Таким образом, предложенный датчик концентрации аммиака обладает следующими преимуществами: более высокая чувствительность по отношению к аммиаку; более высокая селективность по отношению к аммиаку.

Формула изобретения

ДАТЧИК КОНЦЕНТРАЦИИ АММИАКА, включающий подложку, на которой расположены электроды и чувстительный слой на основе полианилина, содержащего легирующую добавку, отличающийся тем, что в качестве легирующей добавки использованы комплексы переходных металлов или комплексы конденсированных ароматических соединений.

РИСУНКИ

Рисунок 1