Датчик сероводорода Советский патент 1993 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании приборов газового анализа, в частности приборов, определяющих степень загрязнения воздуха сероводородом. Такой прибор должен обладать высокой чувствительностью и обеспечивать определение измеряемого компонента при малых его концентрациях в воздухе на уровне ПДК и ниже.

Известен датчик газа, позволяющий определять сероводород в воздухе. Он представляет собой диэлектрическую подложку с нагревателе м и металлическими электродами, на которые нанесен чувствительный к сероводороду полупроводниковый слой,состоящий из Sn02, ZnO, Рв20з и . Для повышения чувствительности к сероводороду полупроводниковая пленка сверху покрыта тонким слоем каталитически активного металла Pt. При 280°С датчик обладает высоким быстродействием и селективностью к сероводороду. Недостаток

датчика - низкая чувствительность при работе датчика без нагрева и высокая стоимость, обусловленная необходимостью применения драгоценного металла Pt с целью повышения чувствительности датчика.

Наиболее близким к предлагаемому является высокочувствительный датчик N02, основанный на использовании безметалль- ных и металлсодержащих фталоцианиновых пленок, нанесенных на диэлектрическую подложку с металлическими электродами. Датчик обладает хорошей чувствительностью к двуокиси азота и хлору. Его рабочая температура - 100 - 170°С. Недостаток этого датчика в.том, что его чувствительность к сероводороду даже при концентрации последнего в воздухе, равной 5;0 ррт (7,2 мг/м3), очень низкая (менее 20% изменения электропроводности). Это не позволяет использовать данный датчик для обнаружения сероводорода в воздухе на уровне ПДК рабочей зоны (10 мг/м3) (3).

ел

с

V4 00 О Ю

СЛ

Цель изобретения - повышение чувствительности датчика к сероводороду в области его малых концентраций, равных ПДК рабочей зоны.

Указанная цель достигается тем, что в известном датчике, содержащем диэлектрическую подложку, на которой расположены подключенные источнику измерительного напряжения,лгизщритеяю тока металлические электроды и нанесенный на эти электроды полупроводниковый слой, последний выполнен из частично галогенированного безметалльного или содержащего переходный металл фталоцианина, причем галоге- нирование используемого фталоцианина выполнено до замещения атомами галогена (CI, Вг, I) 50-75% периферических атомов водорода,-входящих в изоиндольные группировки фталоцианинового макрокольца.

Сущность предлагаемого технического решения, таким образом, состоит в выборе легированного атомами галогена (CI, Вг, I) для использования в датчике в качестве чувствительного слоя безметалльного или содержащего один из переходных металлов фталоцианина и выборе такой степени лёгй- рбвания, когда атомами легирующего галогена (С1, Вг, I) замещается 50-75% атомов водорода, входящих в изоиндольные группировки фталоциэнинового макрокольца.

На фиг. 1 показан датчик, включенный в измерительную цепь; на фиг. 2 - молекула частично легированного фталоцианина; на фиг. 3 - график, показывающий изменение сопротивления датчика (в относительных единицах) при воздействии сероводорода на уровне ПДК рабочей зоны. Кривая 1 - для датчика с использованием негалогениро- . ванного безметалльного фталоцианина, кривая 2 - для датчика по данному изобретению после его галогенирования (в данном случае - хлорирования).

Пример.

Диэлектрическая подложка 1 выполнена из ситалла марки СТ-50. Металлические электроды 2 выполнены из серебра методом вакуумного напыления с последующей фотолитографией. В качестве источника измерительного напряжения 3 используется стабилизатор напряжения постоянного тока типа П4105, а в качестве измерителя тока 4 - измеритель малых токов ИМТ-05, Полупроводниковый слой 5 наносился возгонкой

в вакууме порошка фтэлоциаиина с последующим легированием в парах галогена. Га- логенированная частично молекула фталоцианина показана на фиг. 2. Степень

галогенирования варьировалась временем и температурой процесса обработки в парах галогена и была установлена экспериментально (50-75% замещения периферических атомов водорода), исходя из условий

оптимального соотношения двух параметров - чувствительность датчика к сероводороду в области его малых концентраций и длительности периода восстановления датчика после его экспонирования в среде, содержащей сероводород.

Датчик работает следующим образом. Включается источник 3 питания и измерителем 4 измеряется величина тока через образец. При помещении датчика в среду,

содержащую сероводород, его электрическое сопротивление падает (ток в цепи растет). На графике фиг. 3 показано изменение сопротивления датчика при воздействии на него сероводорода с концентрацией 10

мг/м3 (ПДК рабочей, зоны). Кривая 1 - для датчика с использованием негалогениро- ванного безметалльного фт-алоцианина, кривая 2 - для датчика по данному изобре- с тению после его хлорирования. Из графика

видно, что после галогенирования полупроводниковой пленки изменилась и величина реакции на сероводород (она стала в 4 раза больше) и характер реакции датчика (под воздействием сероводорода сопротивление

датчика стало уменьшаться, а до галогенирования - возрастало).

Технические преимущества предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом состоят в повышении чувствительности датчика к сероводороду в области его малых концентраций в 4 раза. Это позволяет повысить надежность приборов контроля за содержанием сероводорода в воздухе.

Использование предлагаемого изобретения для контроля воздуха на предприятиях/выпускающих или использующих сероводород или продукты на его основе, а также на предприятиях по добыче и переработке нефти и газа позволяет улучшить технику безопасности, повысить качество выпускаемой продукции и улучшить охрану окружающей среды.

Формула изобретения Датчик сероводорода, содержащий диэлектрическую подложку, на которой распо- ложены металлические электроды, подключенные к источнику измерительного напряжения и измерителю тока, и нанесенный на эти электроды полупроводниковый слой, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности датчика в области микроконцентраций сероводорода, близких к ПДК, полупроводниковый слой выполнен из безметального или содержащего переходный металл фталоцианина, частично галогенированного до замещения атомами галогена (CI, В г. I) 50-75% периферических атомов водорода, входящих в изо- индольные группировки фталоцианинового макрокольца.

Использование: измерительная техника в приборах газового анализа, в частности в приборах, определяющих степень загрязнения воздуха сероводородом. Сущность изобретения: полупроводниковый слой датчика выполнен из частично галогёнированного безметального или содержащего переходной металл фталоцианина, причем галогени- рование используемого фталоцианина выполнено до замещения атомами галогена (CI, Вг. I) 50-75% периферических атомов водорода, входящих в изоиндольные группировки фталоцианинового макрокольца. 3 ил.

лх

)

нДчУчХ ьХ Л .Ця, f / металлы /Кхи-У .

Фнг.2 Rjb ВОЗДУХ ВОЗДУХ+HZS

лх

4)

003АУХ