Чувствительный элемент для измерения концентрации паров этанола Советский патент 1982 года по МПК G01N27/02 

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано при разработке и эксплуатации приборов для измерения микрокоицентраций этанола. Известно устройство для измерения концентраций этанола, в котором используется пьезосорбционный чувствительный элемент, выполненный в виде резонатора, покрытого спе1щальной 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 надежност стабильностью и недостаточной коррозионной стойкостью. Наиболее близким по технической сущнос к изобретению является чувствите) элемент для измерения концентраций паров этанола, выполненный в виде пьезокварцеВОЙ 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 при 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 подвертается 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 влагопоглощающих мембран или осу1иительных устройств. Цель изобретения - повышение точности, стабильности, увеличение срока службы, обеспечение селективности измерения, коррозионной стойкости ч}гвствительных элементов и упрощение аппаратурного оформления анал заторов для измерения, например, микроконцентраций паров этанола. Поставленная цель достигается тем, что в чувствительном элементе, для измерения концентраций паров зтаНола, выполненном в виде пьезокварцевой пластины с электродами, на которую нанесена газоч)пвствительная пленка, последняя выполнена из ксерогеля полиметилсилоксана. На фиг. 1 приведен чувствительньш 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 (ДР) 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 газочувствительная пленка 4, выполненная из ксерогеля полиметилсилоксана. Чувствительньш элемент работает следующим образом. При его включении в схему электронного генератора, пьезокварцевая пластина 1с электродами 2 и чувствительной к этанолу пленкой 4 совершают электромеханические колебания с высокой частотой, определяемой толщиной пластины и массой чувствител ного элемента. При сорбции чувствительной лленки паров этанола из анализируемого газа изменяется масса ч)гвствительного элемент и изменяется частота колебаний. Изменение частоты колебаний чувствительного элемента находится в функциональной зависимостн от массы паров ксерогеля полиметилсилоксана. Ч)ствительный элемент изготавливают путем нанесения на кварцевый резонатор чувст вительной к этанолу пленки ксерогеля полиметилсилоксана, например, методом распыления раствора сорбента в токе газа-носителя. Ксерогель полиметилсилоксана получен из метилтриэтоксисилгща методом гидролитической полкконденсации в органической среде. В результате реакций поликонденсации на кварцевой пластине образуется пространствен но-сшитый полимер. После нанесения чувствительной пленки при на кварцевую пластину, чувствительный элемент подвергают промывке в этиловом спирте и сушке при . Чувствительная пленка представляет собой гель с пространственной структурой. В вьгсушениом состоянии она представляет собой твердый гидрофобный пористый адсорбент с развитой поверхностью. Она не растворима в органических растворителях и не набухает в них. Ксерогель полиметилсилоксана - зто адсорбент с большим предельносорбционным объемом пор, удельной поверхностью 90-100 и радиусом пор 15-20А. Этим обусловливается большая чувствительность к парам этанола данного чувствительного элемента. Кроме того, ввиду высокой химической стбйкости ксерогеля полиметилсилоксана к различным растворителям чувствительный элемент обладает стабиль ностью показаний во времени, а, следовательно, и точностью показаний. Для изготовления чувствительного элемента использовался . кварцевый резонатор с частотой колебашо 9.000 кГц. Масса Чувствительной к этанолу пленки равна 80 мкг. Чувс1вительный 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 досгачь хорошей воспроизводимости чувствительных элементов. Предлагаемый чувствительный элемент можно использовать при разработке анализаторов паров этанола, особенно микроконцентраций. Использование чувствительного элемента для измерения микроконцентраций этанола позволит получить положительный эффект, заключающийся в повышении точности, надежНости и стабильности показаний чувствительный элемйпгов анализаторов паров этанола, в увеличении коррозионной стойкости, а значит и срока службы чувствительных элементов, в 5гвеличении избирательной способности чувствительного элемента к парам этанола. Кроме того, упрощается аппаратурное оформление анализаторов этанола, ввиду исключения из них устройств для осушки анализируемого газа, так как пленка ксерогеля полиметилсипоксана является гидрофобной. Формула изобретения Чувствительный элемент для измерения концентрации паров этанола, выполненный в виде пьезокварцевой пластины с электродами, на которую нанесена газочувствнтельная пленка, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и обеспечения селективности измерения, газочувствительная пленка выполнена из ксерогеля полиметилсилоксана.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Y

9П2906

1.Патент Франции N 1429269, кл. G 01 N 27/02. опублик. 1967.

2.Патент США К 3266291, кЯ. 73-23, опублик. 197Q (прототип).