Датчик для определения аммиака в газе Советский патент 1982 года по МПК G01N27/02 

(54) ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМШ1АКА В ГАЗЕ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании приборов для газового анализа, в частности датчиков для определения аммиак Известен датчик для измерения концентрации аммиака, содержащий злектрохимический элемент, в котором находится потенцио метрический злектрод, чувствительный к ионам водорода, и злектрод сравнения, причем оба находятся в контакте со стандартным электролитом, а также фильтр, проницаемый только для аммиака. Аммиак изпробы проходит через данный фильтр в злектролит и влияет на активность ионов водорода в электролите. Определение концентрации аммиака предлагаемым датчиком основывается на потенциометрическом измерении изменения значения рН, вызванного диффузией аммиака в стандартный злектролит 1. Недостатком датчика является то, что он ненадежен в работе, сложен в изготовлении, имеет длительное время регенерации и обла его применения ограничена за счет его габаритов. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретеюио является датчик для определения аммкака в газе, содержащий подложку с полупроводниковым слоем и электроды 2. Даиньш элемент представляет собой стеклянную, пластину с нанесенными на нее тонким слоем карбонила селена (SeCO). Для этого на пластину напыляют тонкий слой: селена (Se) высокой чистоты, затем на него подают газообразную окись углерода (СО) в течеиие 10 мин при 70° С. В результате взаимодействия селена с окисью углерода на поверхности селеновой пленки образуется мономолекулярный слой карбонила селена, к которому присоединяют элeктpoдьt. Измерение содержания аммиака проводят при температуре чувствительного элемента от 25° до 100°С, необходимой для взаимодействия карбонила селена с аммиаком. Между электродами прикладывают напряжение лостоянного тока 100 В и, облучая полупровод3. 9 никрвый слой чувствительного элемента воль фрамовой лампой, получают фоновый фототок 0,5 мА, который фиксируется амперштром. Затем на элемент подают аммиак. При взаимодействин аммиака с чувствительным слоем элемента (SeCO) на поверкности этого слоя происходит следующая реакция SeCO2NH -ч SeHj NHi-CO-NUa; (i) 5ei,Ha603A,x|5e После этого полупроводниковый слой об-, лучают и замеряют.полученный фототок. С увеличением концентрации подаваемого-аммиака увеличивается величина фо1отока. Для повторного использования чувствитель ного элемента необходимо регенерировать полупроводниковый слой, для этого его обрабатывают окисью углерода нри 70° С в течение 10 мин, где снова происходит образование SeCO по реакции /2) Se + СО Минимальная концентрация аммиака, которая может быть измерена предлагаемым л датчиком, составляет 2 г/м (3,8 Торр). Верх няя граница измеряемых концентраций состав ляет 50 г/м (53,8 Торр). Известный датчик имеет небольшие габариты за счет использования в качестве основы чувствительного элемента ползшроводнико вого слоя, что создает удобство при работе с ним. Однако данный датчик обладает рядом недостатков, в частности: -процесс изготовления чувствительного элемента заключается в сложности получения мономолекулярного слоя карбоНила селена; -- определение аммиака ведут постоянно при повьпиенной температуре; - пол)гчение фототок;а услоядаяется необходимостью облучения, для чего надо постоянно поддерживать параметры вольфрамовой лампы; -сложность регенерации полупроводникового слоя чувствительного элемента; -датчик работает в узком диапазоне измеряемых концентраций от 2 г/м до 50 г/м что соответствует интервалу давлений от 2,15 до 53,8 Торр. Это объясняется тем, что сорбционная емкость мономрлекуЛярного слоя полупроводникового элемента огра ничена. Цель изобретения - расширение интервала юмеряемых концентраций аммиака. Поставленная цель достигается тем, что в датчике для определения аммиака в газе. содержащем подложку с полупроводниковым слоем и электроды, полупроводниковый слой выполнен из материала, который представляет собой смесь 9- (парадиметиламиностирил) -10-этилакридшштиодида с полиметилметакрилатом в весовом соотношении 1:2,5. Было установлено, что поликристаллические пленки соединения 9- (парадиметиламиностирил)-10-этш1акридинийиодида,относяшегося к классу акридиновых красителей, обладают высокой чувствительностью к присутствию аммиака, который изменяет его электропроводность, поэтому их употребляют для изготовления полупроводникового слоя, Одиако при взаимодействии данного акридионового красителя с аммиаком происходит необратимое изменение структуры пленки красителя, что приводит к плохой воспроизводимости результатов йри измерении электропроводности. Аморфные же пленки данно- , го акридинового красителя являются неравновесными, т.е. переходят постепенно в поликристаллические. Чтобы этого не происходило,. необхрдимо закрепить молекулы этого соединения, распределив их в аморфном веществе, которое не переходат в кристаллическое состояние. Лучще всего для этой цели подходят полимеры, так как они имеют довольно стабильную структуру, а также из них легко можно приготовить пленки. В качестве полимера был выбран полиметилметакрклат, так как исследование растворимости акридинового красителя 9- (парадаметиламиностирил) 10-этилакридинитиодида и различных полимеров в различных растворителях доказало, что пблиметилметакрилат и акридиновый кра:си1:ель обладает высокой растворимостью в хлороформе, что позволяет приготовить композицию с высокой крнцентращей красителя в полимере. Выполнение полупроводникового слоя из материала, который представляет собой смесь 9-(параметиламиНостирил)- 0-этилакридинитиодида с полиметилметакрилатом в весовом соотношении 1:2,5 облегчает процесс изготовления полупроводникового слоя, так как его получают в виде пленки обычным центрифугированием из раствора. Кроме того, весовое соотношение 1:2,5 дает наиболее чувствительный полупроводниковый слой. г. Процесс определения аммиака предлагаемым датчиком более прост по сравнению с известным, так как он проходит при нормальных условиях. - Это объясняется тем, что при взаимодействии аммиака с молекулами акридинового красителя, входящего в состав материала, из которого выполнен полупроводниковый слой элемента, происходит образование комплекса,. в результате чего меняются