RU2038590C1

RU2038590C1 - Sensor of ammonia concentration

Info

Publication number: RU2038590C1
Authority: RU
Inventors: С.А. Крутоверцев; Я.А. Летучий; О.Ю. Антонова; С.И. Сорокин; В.Б. Кузнецов; С.А. Радин
Original assignee: Малое государственное предприятие "Практик-НЦ"
Priority date: 1992-09-24
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1995-06-27

Abstract

FIELD: analytical instrumentation. SUBSTANCE: sensor includes substrate which carries electrodes and sensitive layer. Sensitive layer is composed of polyaniline containing dopant. Complexes of transition metals or complexes of condensed aromatic compositions are used as dopant. EFFECT: improved operational efficiency and reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к аналитическим приборам, а именно к датчикам состава газа. The invention relates to analytical instruments, namely to gas composition sensors.

Предлагаемый датчик предназначен для определения концентрации аммиака в парогазовых средах и может быть использован в химической, нефтехимической, металлургической, электронной и других отраслях промышленности. The proposed sensor is designed to determine the concentration of ammonia in gas-vapor environments and can be used in chemical, petrochemical, metallurgical, electronic and other industries.

Известен датчик концентрации аммиака, в котором чувствительный слой выполнен из полипиррола [1] При взаимодействии с аммиаком сопротивление полипиррола увеличивается пропорционально концентрации аммиака в газовой фазе. A known ammonia concentration sensor in which the sensitive layer is made of polypyrrole [1] When interacting with ammonia, the resistance of polypyrrole increases in proportion to the concentration of ammonia in the gas phase.

К недостаткам такого датчика относится его невысокие чувствительность и селективность к аммиаку. The disadvantages of such a sensor include its low sensitivity and selectivity to ammonia.

Известен датчик концентрации аммиака на основе полипиррола, содержащего тетрафторборатный ион [2] Этот датчик имеет те же недостатки, что и упомянутый ранее. A known ammonia concentration sensor based on polypyrrole containing tetrafluoroborate ion [2] This sensor has the same disadvantages as mentioned above.

Известен датчик концентрации аммиака на основе пленок полианилина, легированного никельсодержащими анионами [3]
К недостаткам такого датчика следует отнести его невысокие чувствительность и селективность по отношению к аммиаку.A known concentration sensor of ammonia based on polyaniline films doped with nickel-containing anions [3]
The disadvantages of such a sensor include its low sensitivity and selectivity with respect to ammonia.

Техническим эффектом изобретения является повышение чувствительности и селективности датчика к аммиаку в его смеси с другими газами. The technical effect of the invention is to increase the sensitivity and selectivity of the sensor to ammonia in its mixture with other gases.

Это достигается тем, что в датчике концентрации аммиака, включающем подложку, на которой расположены электроды и чувствительный слой на основе полианилина, содержащего легирующую добавку, в качестве легирующей добавки использованы комплексы переходных металлов или комплексы конденсированных ароматических соединений. This is achieved by the fact that in the ammonia concentration sensor including a substrate on which electrodes and a sensitive layer based on polyaniline containing a dopant are located, transition metal complexes or condensed aromatic complexes are used as the dopant.

В качестве легирующей добавки используют либо комплексы переходных металлов, например галогенидные, хлоридные или бромидные комплексы меди, ацетилацетонатные комплексы кобальта и железа, либо комплексы конденсированных ароматических соединений, например ализаринового красного С или пурпурина. Either transition metal complexes, for example, halide, chloride or bromide complexes of copper, acetylacetonate complexes of cobalt and iron, or complexes of condensed aromatic compounds, for example, alizarin red C or purpurine, are used as an alloying additive.

На чертеже представлен один из вариантов конструкции датчика концентрации аммиака. The drawing shows one of the design options for the concentration sensor of ammonia.

Датчик концентрации аммиака состоит из диэлектрической подложки 1, выполненной, например, из ситалла, сапфира или окисленного кремния, на поверхности которой расположены металлические (никель, золото) гребенкообразные электроды 2,3, поверх которых наносится слой сорбента 4. The ammonia concentration sensor consists of a dielectric substrate 1 made, for example, of ceramic, sapphire or oxidized silicon, on the surface of which there are metal (nickel, gold) comb-like electrodes 2,3, over which a layer of sorbent 4 is applied.

Принцип действия датчика основан на изменении электрофизических характеристик (сопротивление) слоя сорбента при его взаимодействии с аммиаком. The principle of operation of the sensor is based on a change in the electrophysical characteristics (resistance) of the sorbent layer during its interaction with ammonia.

Процесс изготовления датчика аммиака реализуется следующим образом. На отмытую в стандартном процессе (например, перекисно-аммиачном) подложку из ситалла, сапфира или окисленного кремния проводят напыление слоя металла (в качестве которого можно использовать Ni, Cr, Al, Au, Pt и т.п.). После этого методом фотолитографии и последующего химического или плазмохимического травления формируют конфигурацию электродов. Затем из раствора, содержащего анилин, гидрохлорид, соляную кислоту и воду, методом окислительной электрополимеризации наносят слой сорбента на всю поверхность подложки. Легирующие добавки вводят в чувствительный слой на основе полианилина либо непосредственно во время его электроосаждения на поверхность подложки, либо путем последующей обработки в кисловодном растворе, содержащем данную легирующую добавку. The manufacturing process of the ammonia sensor is implemented as follows. A metal layer (metal, which can be used as Ni, Cr, Al, Au, Pt, etc.) is sputtered onto a substrate of glass, sapphire or oxidized silicon washed in a standard process (for example, peroxide-ammonia). After this, the configuration of the electrodes is formed by photolithography and subsequent chemical or plasma-chemical etching. Then, from a solution containing aniline, hydrochloride, hydrochloric acid and water, a layer of sorbent is applied to the entire surface of the substrate by the method of oxidative polymerisation. Alloying additives are introduced into the sensitive layer based on polyaniline either directly during its electrodeposition on the surface of the substrate, or by subsequent processing in an acidic solution containing this alloying additive.

П р и м е р. С помощью датчиков, конструкция которых представлена на чертеже, выполненных на ситалловых подложках размером 7,5 х 5,0 мм, на поверхность которых нанесены золотые гребенкообразные электроды толщиной 0,25 мкм, с чувствительным слоем на основе полианилина, содержащего хлоридный комплекс меди в качестве легирующей добавки, проводили измерения сопротивления в режиме импульсной подачи 25 и 150 ррm аммиака и 150 ррm сероводорода в воздухе. Расстояние между соседними зубцами электродов и ширина электродов составляли 40 мкм. Необходимый уровень концентрации активных газов в газовой смеси задавали с помощью экспериментального стенда, реализованного по схеме динамического смесителя и позволяющего задавать в измерительной термостатируемой камере определенную концентрацию активных газовых компонентов. Электрофизические характеристики датчиков в режиме определения концентрации аммиака и сероводорода измеряли на постоянном токе с помощью цифрового вольтметра типа В7-27. PRI me R. With the help of sensors, the design of which is shown in the drawing, made on glass substrates measuring 7.5 x 5.0 mm, on the surface of which gold comb-shaped electrodes with a thickness of 0.25 μm are applied, with a sensitive layer based on polyaniline containing copper chloride complex as dopants, resistance measurements were carried out in the mode of pulsed supply of 25 and 150 ppm ammonia and 150 ppm hydrogen sulfide in air. The distance between adjacent teeth of the electrodes and the width of the electrodes was 40 μm. The required level of active gas concentration in the gas mixture was set using an experimental bench implemented according to the dynamic mixer scheme and allowing to set a specific concentration of active gas components in a thermostatic measuring chamber. The electrophysical characteristics of the sensors in the mode of determining the concentration of ammonia and hydrogen sulfide were measured in direct current using a digital voltmeter type B7-27.

При наличии в анализируемой смеси аммиака происходило резкое изменение измеряемых параметров датчика. При наличии в анализируемой смеси сероводорода изменений показаний датчика не наблюдалось. In the presence of ammonia in the analyzed mixture, a sharp change in the measured parameters of the sensor occurred. If there was a change in the sensor readings in the analyzed mixture of hydrogen sulfide, no sensor readings were observed.

Таким образом, предложенный датчик концентрации аммиака обладает следующими преимуществами:
более высокая чувствительность по отношению к аммиаку;
более высокая селективность по отношению к аммиаку.Thus, the proposed ammonia concentration sensor has the following advantages:
higher sensitivity to ammonia;
higher selectivity with respect to ammonia.

Claims

AMMONIA CONCENTRATION SENSOR, comprising a substrate on which electrodes are located and a sensory layer based on polyaniline containing a dopant, characterized in that transition metal complexes or condensed aromatic complexes are used as the dopant.