Химический газовый сенсор на основе гидроксиапатита



Химический газовый сенсор на основе гидроксиапатита
H03H3/007 - для изготовления электромеханических резонаторов или цепей
G01N29/00 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2678771:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий" (ФГБОУ ВО "ВГУИТ") (RU)

Изобретение относится к области анализа газовых и воздушных сред. Раскрыт химический сенсор на основе гидроксиапатита, изготовленный из пьезокварцевого резонатора ОАВ-типа с серебряными электродами с частотой колебаний 8-30 МГц, на электроды которого наносят методом УЗ-суспензирования ацетоновые взвеси нанодисперсного гидроксиапатита (Cа5(PO4)3OH) так, чтобы после удаления растворителя путем высушивания при температуре 50 °С в течение 20 минут масса фазы составляла 2-4 мкг. Сенсор характеризуется временем жизни не менее двух лет с числом актов сорбции-десорбции не менее 3000 циклов, а также обладает высокой чувствительностью и регулируемой селективностью к основным органическим и неорганическим легколетучим соединениям. 1 ил., 1 пр.

 

Предназначен для применения в анализе газовых и воздушных сред как элемент оборудования и устройств (газоанализатор, анализатор газов).

Известны химические сенсоры на основе пьезокварцевых резонаторов объемных акустических волн с чувствительными покрытиями на электродах из полимерных, вязких, твердых структур [Проблемы аналитической химии / Научный совет по аналитической химии ОХНМ РАН. – М. : Наука, 2010. - . Т.14: Химические сенсоры / пол ред. Ю.Г. Власова. – 2011. – 2011. – 399 с., точнее С. 153]. Недостатком сенсоров с полимерными покрытиями является малое время жизни, преимуществом – высокая селективность. Для других твердотельных покрытий (наноструктурированных электродных материалов) недостатком является низкая селективность, а преимуществом является большое время жизни сенсоров.

Технической задачей изобретения является разработка химического сенсора на основе гидроксиапатита из пьезокварцевых микровесов с большим временем жизни, высокой чувствительностью и регулируемой селективностью.

Для решения технической задачи предложен химический сенсор на основе гидроксиапатита, изготовленный из пьезокварцевого резонатора ОАВ-типа с серебряными электродами с частотой колебаний 8-30 Мгц, на электроды которых наносят методом УЗ-суспензирования ацетоновые взвеси нанодисперсного гидроксиапатита (Cа5(PO4)3OH) так, чтобы после удаления растворителя путем высушивания при температуре 50 °С в течение 20 минут, масса фазы составляла 2-4 мкг.

Фигура 1 Селективность (S) микровзвешивания относительно паров воды (а - сенсор с большой массой гидроксиапатита (4 мкг); б - с малой массой гидроксиапатита (2 мкг)).

Техническим результатом изобретения является разработка химического сенсора на основе гидроксиапатита, изготовленный из пьезокварцевого резонатора ОАВ-типа, электроды которых покрыты нанодисперсной фазой гидроксиапатита (Cа5(PO4)3OH), проявляющего высокую чувствительность и регулируемую селективность к основным органическим и неорганическим легколетучим соединениям: к воде, аминам, алкилацетатам и характеризуются временем жизни не менее двух лет с числом актов сорбции-десорбции не менее 3000 циклов.

Техническое решение реализуется следующим образом.

Промышленный пьезокварцевый резонатор объемных акустических волн с базовой частотой колебаний 8-30 МГц распаивают из вакуума и обезжиривают в ацетоне, сушат. Готовят суспензию нанодисперсного гидроксиапатита Cа5(PO4)3OH в ацетоне в ультразвуковой ванне. Обезжиренный пьезокварцевый резонатор погружают в суспензию, высушивают и оценивают массу покрытия, которая должна составлять 2-4 мкг.

Преимущества и свойства химического сенсора на основе гидроксиапатита подтверждаются следующим примером.

Пример.

Для изготовления химического сенсора на основе гидроксиапатита применяется гидроксиапатит Cа5(PO4)3OH, из которого готовят суспензию в ацетоне, используют УЗ-ванну мощностью 90 Вт в течение 2 мин. Обезжиренный в ацетоне пьезокварцевый резонатор частотой 10 МГц, которую точно фиксируют на частотомере (F1, Гц) погружают в суспензию на 5-10 сек, высушивают при температуре 50 °С в течение 20 минут, охлаждают, вновь измеряют частоту колебаний на частотомере (F2, Гц) и оценивают массу покрытия mпл, которая должна составлять от 2-4 мкг, по известному уравнению Зауэрбрея: mпл = .

Оценивали селективность приготовленных по описанной методике химических сенсоров на основе гидроксиапатита массой 2 и 4 мкг к основным легколетучим органическим соединениям. Так, химический сенсор с малой массой гидроксиапатита наиболее селективен к парам метиламина, бензиламина, амилацетата, уксусной кислоты, а с большой массой гидроксиапатита к парам ацетона, пентанола, этанола, диэтиламина, амилацетата.

После 1000 актов сорбции-десорбции относительное изменение масс покрытий при нанесении минимальной (2,15 мкг) и максимальной (4,03 мкг) массы гидроксиапатита Cа5(PO4)3OH не превышает 2-5 %.

Изменение природы растворителя (замена ацетона на хлороформ, толуол, спирты, воду) не позволяет получить однородную устойчивую мелкодисперсную суспензицию. Нанесение фазы гидроксиапатита другой структуры (Cа10(PO4)6(OH)2) приводит к получению химических сенсоров с другими, менее приемлемыми эксплуатационными свойствами. Нанесение покрытия меньше 2 или более 4 мкг приводит к уменьшению чувствительности, сокращению времени жизни и невелированию селективности.

Достоинствами химического пьезокварцевого сенсора на основе гидроксиапатита является высокая стабильность во времени - большое время жизни (не менее 2 лет), высокая чувствительность по массе и регулируемая селективность определения легколетучих органических соединений.

Химический сенсор на основе гидроксиапатита, изготовленный из пьезокварцевого резонатора ОАВ-типа с серебряными электродами с частотой колебаний 8-30 МГц, на электроды которого наносят методом УЗ-суспензирования ацетоновые взвеси нанодисперсного гидроксиапатита (Cа5(PO4)3OH) так, чтобы после удаления растворителя путем высушивания при температуре 50 °С в течение 20 минут масса фазы составляла 2-4 мкг.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области биотехнологии и может быть использовано при оптимизации процессов, связанных с производством живых сухих вакцин, содержащих остаточную влажность.

Изобретение относится к защите окружающей среды в нефтяной отрасли и может быть использовано при исследовании и анализе диспергентов для очистки и поддержании в надлежащем состоянии поверхности открытых водоемов в условиях Арктики и Крайнего Севера путем определения их химических или физических свойств.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к технике безопасности и охране труда при разработке полезных ископаемых, и может быть использовано для определения интенсивности пылеотложения.

Изобретение относится к области физической химии, а именно исследованию термоокислительной деструкции смазочных масел и образованию высокотемпературных отложений на поверхностях теплонагруженных деталей двигателей.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в ракетной, авиационной и других областях техники, в которых применяются системы, включающие баки с рабочей жидкостью, к которым предъявляются повышенные требования по содержанию механических загрязнений.

Изобретение относится к области сельского и лесного хозяйств, а также к экологическому мониторингу. Способ включает выделение участка пойменного луга с испытуемым травяным покровом.

Изобретение относится к способу для применения в печи-анализаторе, а именно к способу анализа содержания влаги в анализаторе. В одном из вариантов осуществления способа помещают образец в анализатор и определяют его первоначальный вес.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам систем безопасности. Способ многокритериальной оценки комфортности рабочей зоны производственных помещений, заключается в определении концентрации аэродисперсных примесей и параметров микроклимата объема воздуха, сначала определяют запыленность воздуха рабочей зоны как первый критерий ее комфортности.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам систем безопасности. .

Изобретение относится к области контроля качества нефтепродуктов, в частности определению содержания и уровня концентрации воды в нефтепродуктах. .

Изобретение относится к технологии производства нитратов целлюлозы (НЦ), а именно к оценке качества промышленного измельчения пироксилинов на различных измельчительных аппаратах.

Использование: для ультразвуковой дефектоскопии рельсов. Сущность изобретения заключается в том, что система ультразвуковой дефектоскопии рельсов включает в себя, по меньшей мере, один ультразвуковой излучатель-приемник, установленный на держателе для присоединения к раме транспортного средства для проведения дефектоскопии рельсов.

Изобретения могут быть использованы в системах (100) водяного охлаждения с открытой циркуляцией воды для борьбы с образованием отложений. Устройство включает основную часть (1) и вспомогательную часть (2), внутри которых перемещается вода (5), при этом вспомогательная часть (2) выполнена в виде обходной линии.

Устройство (308) сконфигурировано для исследования пульсирующего потока для получения на основе исследуемого потока спектральных характеристик и для определения на основе полученных характеристик, какой один или более сердечных циклов следует выбрать в качестве репрезентативных для исследуемого потока.

Использование: для измерения акустического импеданса среды. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют поочередное погружение акустического блока, выполненного в виде пьезопластины, возбуждающей колебания, в исследуемую и эталонную среды, расчет продольного и сдвигового акустических импедансов на основе численных значений коэффициентов для эталонной и исследуемой сред.

Использование: для акустического импедансного метода неразрушающего контроля многослойных материалов и изделий. Сущность изобретения заключается в том, что регулируемый совмещенный преобразователь импедансного дефектоскопа содержит корпус регулируемого совмещенного преобразователя, контактный элемент, контактирующий с контролируемым объектом, излучающий пьезоэлемент с уравновешивающей массой и приемный пьезоэлемент.
Изобретение относится к сфере космических исследований и технологий и может быть использовано для экспериментальной отработки технологии улучшения условий атмосферной видимости при посадке спускаемого аппарата на поверхность Марса.

Использование: для диагностики многослойных изделий из композиционных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что для имитации дефекта непроклея в многослойных конструкциях, состоящих из сотового заполнителя и обшивок, выполняют занижение смежной грани или граней ячеек сотового заполнителя с созданием замкнутого контура, периметр которого образован гранями целых ячеек, и склеивание его с обшивками посредством клеевой пленки, предварительно удалив ее по периметру, образованному гранями целых ячеек.

Импульсно-Кодовое Гидропрослушивание (ИКГ) представляет собой комплексное решение задачи межскважинного гидропослушивания и претендует на существенное расширение применимости традиционного гидропрослушивания на практике.

Использование: для бесконтактной проверки состояния транспортируемого на производственной линии металлургического литого изделия. Сущность изобретения заключается в том, что проверка литого изделия основывается на ультразвуковой технике, соответственно, устройство имеет ультразвуковое приспособление, с помощью которого обеспечивается возможность бесконтактной проверки состояния литого изделия.

Изобретение относится к области анализа газовых и воздушных сред. Раскрыт химический сенсор на основе гидроксиапатита, изготовленный из пьезокварцевого резонатора ОАВ-типа с серебряными электродами с частотой колебаний 8-30 МГц, на электроды которого наносят методом УЗ-суспензирования ацетоновые взвеси нанодисперсного гидроксиапатита 3OH) так, чтобы после удаления растворителя путем высушивания при температуре 50 °С в течение 20 минут масса фазы составляла 2-4 мкг. Сенсор характеризуется временем жизни не менее двух лет с числом актов сорбции-десорбции не менее 3000 циклов, а также обладает высокой чувствительностью и регулируемой селективностью к основным органическим и неорганическим легколетучим соединениям. 1 ил., 1 пр.

Наверх