Чувствительный элемент для измерения концентрации паров этанола

 

В, -М. Баженов, В. E. Иващенко, И. А. Рудых, И. M. Самодумова,"

И. Б. Слинякова и Ж. В. Черненко

3

1 " щУ (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ

ПАРОВ ЭТАНОЛА

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быль использовано при разработке и эксплуатации приборов для измерения микроконцентраций этанола.

Известно устройство для измерения концентраций этанола, в котором используется пьезосорбционный чувствительный элемент, выполненный в виде резонатора, покрытого специальной пленкой, чувствительной к парам этанола, Чувствительный элемент покрыт солью натрия сульфированного полистирола (1).

Однако устройство очень сложно в аппаратурном оформлении. Соль натрия сульфированного полистирола обладает малой коррозионной устойчивостью к органическим растворителям, вследствие чего чувствительный элемент обладает пониженной надежностью, стабильностью и недостаточной коррозионной стойкостью.

26

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является чувствительный элемент для измерения концентраций паров этанола, выполненный в виде пьезокварце2 вой пластины с электродами, на которую нанесена газочувствительная пленка. Пленку получают из раствора ацетилцеллюлозы (2).

Существенными недостатками данного устройства является химическая нестойкость к . анализируемому веществу — этанолу, так как нри воздействии на ацетилцеллюлозу этилового спирта она постепенно разрушается. Вследствие этого уменьшается срок службы чувствительного элемента. Кроме того, вследствие химического взаимодействия чувствительной пленки с этанолом пленка подвергается химическим изменениям, результатом которого является понижение точности измерения микроконцентраций этилового спирта. Кроме того, чувствительная пленка из ацетилцеллюлозы активно поглощает из анализируемой среды влагу до 13 — 15%, что приводит к понижению избирательной способности и к дополнительной погрешности чувствительного элемента. Это влечет за собой усложенение аппаратурного оформления приборов для измерения концентраций парой этанола, вследствие применения влаго91129

3 поглощающих мембран или осушительных .устройств, Цель изобретения — повышение точности, стабильности, увеличение срока службы, обеспечение селективности измерения, коррозионной стойкости чувствительных элементов и упрощение аппаратурного оформления анализаторов для измерения, например, микроконцентраций паров этанола.

Поставленная цель достигается тем, что в. 10 чувствительном элементе для измерения концентраций паров этанола, выполненном в виде пьезокварцевой пластины с электродами, на которую нанесена газочувствительная пленка, последняя выполнена из ксерогеля полиметилсилоксана.

На фиг. 1 приведен чувствительный элемент, общий вид;в разрезе; на фиг. 2— его сорбционно-частотная характеристика, где на оси абсцисс показана концентрация паров этанола в млн объемных (с), а по оси ординат — изменение частоты (ЬЕ) в гЦ, кварца частотой 9 мГц, масса пленки

30 кГц.

Чувствительный элемент состоит из пьезокварцевой пленки 1 с серебряными электро.дами 2, к которым припаяны токоотводы 3.

На пластину нанесена газочувствнтельная пленка 4, выполненная из ксерогеля полиметилсилоксана.

Чувствительный элемент работает следующим образом.

При его включении в схему электронного генератора, пьезокварцевая пластина 1 с электродами 2 и чувствительной к этанолу пленкой 4 совершают электромеханические .колебания с высокой частотой, онределяемой толщиной пластины и массой чувствительного элемента. При сорбции чувствительной пленки паров этанола из анализируемого газа изменяется масса чувствительного элемента и изменяется частота колебаний; Изменение частоты колебаний чувствительного элемента находится в функциональной зависимости от массы паров ксерогеля полиметилсилоксана.

Чувствительный элемент изготавливают путем нанесения на кварцевый резонатор чувст-. вительной к этанолу пленки ксерогеля поли. метилсилоксана, например, методом распыления раствора сорбента в токе газа-носителя.

Ксерогель нолиметилсилоксана получен из 50 метилтриэтоксисилана методом гидролитической поликонденсации в органической среде.

В результате реакций поликонденсации на кварцевой пластине образуется пространствен-, но-сшитый полимер. После нанесения чувствительной пленки при 60+5 С на кварцевую пластину, чувствительный элемент подвергают. промывке в этиловом спирте и сушке при

120 +5 С. Чувствительная пленка представляет собой гель с пространственной структурой.

В высушенном состоянии она представляет собой твердый гидрофобный пористый адсорбент с развитой поверхностью. Она не растворима в органических растворителях и не набухает в них. Ксерогель полиметилси- . локсана — это адсорбент с большим предельносорбционным обьемом пор, удельной поверхностью 90 — 106 м /г и радиусом пор

15 — 20А. Этим обусловливается большая чувствительность к парам этанола данного чувствительного элемента. Кроме того, ввиду высокой химической стойкости ксерогеля полиметилсилоксана к различным растворителям- чувствительный элемент обладает стабиль ностью показаний во времени, а, следовательно, и точностью нокаэаний. Для изготовления чувствительного . элемента использовался кварцевый резонатор с частотой колебаний

9.000 кГц. Масса чувствительной к этанолу пленки равна 80 мкг.

Чувствительный элемент обладает хорошей чувствительностью к измеряемому компоненту — этанолу (фиг. 2). Нанесение чувствительной пленки производится на специальной установке с помощью распыления; пленкообразующего раствора в токе газа-носителя на вращающийся кварцевЫй резонатор, что позволяет достичь хорошей воспроизводимости чувствительных элементов.

Предлагаемый чувствительный элемент можно использовать при разработке анализаторов паров зтанола, особенно микроконцентраций. Использование чувствительного элемента для измерения микроконцентрацнй этанола позволит, получить положительный эффект, заключающийся в повышении точности, надежности и стабильности показаний чувствительный элементов анализаторов паров этанола, в увеличении коррозионной стойкости, а значит и срока службы чувствительных элементов, в увеличении .избирательной способности чувствительного элемента к парам этанола.

Кроме того, упрощается ацпаратурное оформ- ление анализаторов этанола, ввиду исключения из них устройств для осушки анализируемого хаза, так как пленка ксерогеля полиметилсилоксана является гидрофобной..

Ф.ормула изобретения

Чувствительный элемент для измерения концентрации паров этанола, выполненный в виде пьезокварцевой пластины с электродами, на которую нанесена газочувствительная пленка, отличающийся тем,что,с целью повышения точности и обеспечения селективности измерения, газочувствитель5 ная пленка выполнена из ксерогеля полиметилсилоксана.

Источники информации, принятые во внимание при экснертиэе

911290 гоао

ggg 10p00 15000 МЮ

Фиг.2

ВНИИПИ Заказ 1110/29

Тираж 883 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæã0ð0ä, ул.Проектная,4

l. Патент Франция N 1429269, кл. G 01 N 27/02, опублик. 1967..

2. Патент CltlA У 3266291, кп. 73 — 23, опублик. 1970 (прототип).