[go: up one dir, main page]

RU2169359C1 - Chemical sensor for analysis of toxic gases and vapors - Google Patents

Chemical sensor for analysis of toxic gases and vapors Download PDF

Info

Publication number
RU2169359C1
RU2169359C1 RU99123283A RU99123283A RU2169359C1 RU 2169359 C1 RU2169359 C1 RU 2169359C1 RU 99123283 A RU99123283 A RU 99123283A RU 99123283 A RU99123283 A RU 99123283A RU 2169359 C1 RU2169359 C1 RU 2169359C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
polyaniline
complexes
analysis
vapors
Prior art date
Application number
RU99123283A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
П.В. Бурмистров
Original Assignee
Бурмистров Павел Валентинович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Бурмистров Павел Валентинович filed Critical Бурмистров Павел Валентинович
Priority to RU99123283A priority Critical patent/RU2169359C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2169359C1 publication Critical patent/RU2169359C1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: sensor can be cloth or any porous material soaked up with polyaniline that falls into class of conducting polymers doped with complexes of transition metals or with complexes of aromatic compounds. Principle of action of sensor is based on reversible change of color with contact with analyzed gas. Polyaniline utilized in sensor is synthesized in electroplating tank at potentials from -0.3 to +1.2 V on special graphite electrode or chromium-plated electrode under cyclic mode by method of electrochemical polycondensation in solution with subsequent dissolution in solvent used to soak up porous materials chemically inert both to polyaniline and to analyzed gaseous substance. EFFECT: reduced cost and labor input, no need in usage of measurement instruments, enhanced sensitivity and selectivity of sensor.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительных устройствах, а также и без них для контроля окружающей среды, измерения концентраций и нахождения течей вредных и дорогостоящих газов, контроля герметичности изделий, содержащих вредные химические вещества, и в других устройствах, применяемых в метрологии, в сельском хозяйстве, различных отраслях промышленности, в научных исследованиях. The invention relates to measuring equipment and can be used in measuring devices, as well as without them, for environmental monitoring, measuring concentrations and detecting leaks of harmful and expensive gases, monitoring the tightness of products containing harmful chemicals, and in other devices used in metrology , in agriculture, various industries, in scientific research.

Известны резистивные сенсоры концентрации токсических газов [1] на основе различных проводящих полимеров, легированные различными химическими добавками. При взаимодействии с газами электрическое сопротивление сенсоров, в зависимости от природы газа, уменьшается или увеличивается. Known resistive concentration sensors of toxic gases [1] based on various conductive polymers doped with various chemical additives. When interacting with gases, the electrical resistance of the sensors decreases or increases, depending on the nature of the gas.

К недостаткам таких сенсоров следует отнести невысокую чувствительность и селективность по отношению к анализируемому газу. The disadvantages of such sensors include low sensitivity and selectivity with respect to the analyzed gas.

Известен резистивный сенсор для анализа газообразных веществ [2], в основе которого лежит новый проводящий полимер - полисиланоанилин, модифицированный анионными комплексами металлов. Known resistive sensor for the analysis of gaseous substances [2], which is based on a new conductive polymer - polysilanoaniline, modified with anionic metal complexes.

К основным недостаткам данного сенсора следует отнести то, что полисиланоанилин является малоизученным полимером с множеством непонятных свойств с точки зрения современной химии, кроме того, исходным сырьем полимера является неизвестный мономер силаноанилин (кремневый анилин Si6 H5 NH2) [3], который не выпускает ни одно промышленное предприятие в мире.The main disadvantages of this sensor include the fact that polysilanoaniline is a poorly studied polymer with many obscure properties from the point of view of modern chemistry, in addition, the initial raw material of the polymer is the unknown monomer silanoaniline (silicon aniline Si 6 H 5 NH 2 ) [3], which is not produces no industrial enterprise in the world.

Известно устройство, по своей технической сущности наиболее близкое к изобретению, - резистивный датчик концентрации аммиака [4]. Работа такого датчика основана на изменении проводимости пленки полианилина, легированного комплексами переходных металлов или комплексами конденсированных ароматических соединений, при контакте с аммиаком. A known device, in its technical essence closest to the invention, is a resistive ammonia concentration sensor [4]. The operation of such a sensor is based on a change in the conductivity of a polyaniline film doped with transition metal complexes or complexes of condensed aromatic compounds in contact with ammonia.

К недостаткам такого датчика следует отнести повышенную чувствительность к влаге и температуре, что приводит к изменению электрофизических параметров, которые, в свою очередь, влияют на величины тех же параметров, что и при взаимодействии с исследуемым газом. The disadvantages of such a sensor include increased sensitivity to moisture and temperature, which leads to a change in electrophysical parameters, which, in turn, affect the values of the same parameters as when interacting with the test gas.

Датчик также недостаточно селективен, ложный сигнал могут давать такие газы, как гидразин и окислы азота, кроме того, датчик не годится для анализа других газов. The sensor is also not selective enough, gases such as hydrazine and nitrogen oxides can give a false signal, in addition, the sensor is not suitable for analysis of other gases.

Общим недостатком всех аналогов [1], [2], [4] является то, что основой таких датчиков и сенсоров является диэлектрическая подложка, которая может быть сделана из ситала, сапфира, окисленного кремния и т.д. Процесс изготовления таких подложек реализуется следующим образом. На отмытую в стандартном процессе (например, перикисно-аммиачным способом) подложку проводят напыление слоя металла. После этого методом фотолитографии и последующего химического или плазмохимического травления формируют конфигурацию электродов. A common drawback of all analogues [1], [2], [4] is that the basis of such sensors and sensors is a dielectric substrate, which can be made of glass, sapphire, oxidized silicon, etc. The manufacturing process of such substrates is implemented as follows. On the substrate washed in a standard process (for example, peroxide-ammonia method), the substrate is sprayed with a metal layer. After this, the configuration of the electrodes is formed by photolithography and subsequent chemical or plasma-chemical etching.

Данный метод достаточно дорогой и трудоемкий, требующий специального оборудования и специалистов. This method is quite expensive and time-consuming, requiring special equipment and specialists.

Метод нанесения полианилина на такую подложку также достаточно сложен. У аналога [4] он заключается в следующем: из раствора, содержащего анилин, гидрохлорид, соляную кислоту и воду, методом электрической полимеризации из раствора наносят слой сорбента на всю поверхность подложки. Легирующие добавки вводят в чувствительный слой либо непосредственно во время его электроосаждения на поверхность подложки, либо путем последующей обработки в кисловодном растворе, содержащем данную легирующую добавку. The method of applying polyaniline to such a substrate is also quite complicated. For the analogue [4], it consists in the following: from a solution containing aniline, hydrochloride, hydrochloric acid and water, a layer of sorbent is applied from the solution by the method of electric polymerization on the entire surface of the substrate. Alloying additives are introduced into the sensitive layer either directly during its electrodeposition on the surface of the substrate, or by subsequent processing in an acidic solution containing this alloying additive.

Еще одним общим недостатком сенсоров такого класса является невозможность использования их самостоятельно, т.е. без измерительных приборов. Another common drawback of sensors of this class is the inability to use them on their own, i.e. without measuring instruments.

Целью изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков. Поставленная цель достигается заменой подложки с металлическими электродами на пористые материалы, инертные к активным газам и к пропитывающему составу. The aim of the invention is to remedy the above disadvantages. This goal is achieved by replacing the substrate with metal electrodes with porous materials inert to active gases and impregnating composition.

Сущность состоит в следующем:
1. - стадия приготовления пропитывающего раствора;
2. - стадия пропитки с последующей просушкой.
The essence is as follows:
1. - stage of preparation of the impregnating solution;
2. - stage of impregnation followed by drying.

Первая стадия заключается в синтезе высокомолекулярного полианилина электрохимической поликонденсацией в растворе с последующим растворением в растворителе с легирующими добавками. The first stage consists in the synthesis of high molecular weight polyaniline by electrochemical polycondensation in solution, followed by dissolution in a solvent with dopants.

В гальванической ванне при потенциалах от -0,3 до +1,2 в на специальном графитовом или хромированном электроде в циклическом режиме осаждается в раствор пленка полианилина, которая сразу растворяется растворителем полимера (например, серной кислотой). In a galvanic bath at potentials from -0.3 to +1.2 V, a polyaniline film is deposited in a cyclic mode on a special graphite or chrome-plated electrode in a solution, which is immediately dissolved by a polymer solvent (for example, sulfuric acid).

Исходный раствор состоит из анилина, легирующей добавки, воды, растворителя и соляной кислоты. Полианилин переходит в жидкое состояние, не разрушаясь. Далее в раствор опускают рабочий пористый материал, и происходит процесс пропитки. The initial solution consists of aniline, a dopant, water, a solvent and hydrochloric acid. Polyaniline passes into a liquid state, without collapsing. Next, the working porous material is lowered into the solution, and the impregnation process takes place.

После того как материал полностью пропитается, его вытаскивают для просушки, и по мере высыхания в порах материала начинает высаживаться мелкодисперсный, легированный полианилин. Материал принимает в зависимости от добавки однородный цвет. After the material is completely impregnated, it is pulled out to dry, and as it dries in the pores of the material, finely dispersed, doped polyaniline begins to land. The material assumes a uniform color depending on the additive.

Пример. По вышеописанной методике изготовили сенсор аммиака. В качестве пористого материала была взята капроновая белая лента, а в качестве легирующей добавки хлорид никеля (II). После просушки лента приняла однородный желто-оранжевый цвет. Example. According to the above method, an ammonia sensor was manufactured. A capron white tape was taken as a porous material, and nickel (II) chloride as an alloying additive. After drying, the tape took a uniform yellow-orange color.

В ходе анодного циклирования рабочего электрода, где происходит синтез полианилина, происходит сразу легирование полимера - присоединение хлоридного комплекса [NiCl4]2-.During the anode cycling of the working electrode, where the polyaniline synthesis takes place, the polymer is immediately doped — the addition of the [NiCl 4 ] 2- chloride complex.

На изготовленный сенсор подали воздушно-аммиачную смесь, равную 20 мг/м3, цвет ткани при этом изменился с желто-оранжевого на голубой. Затем на датчик подали концентрацию 500 мг/м3, цвет стал темно-синий. После того как его продули чистым воздухом, он опять принял исходный желто-оранжевый цвет. Для проверки повторяемости эксперимент провели несколько раз, во всех случаях результаты повторялись.An air-ammonia mixture equal to 20 mg / m 3 was applied to the manufactured sensor; the color of the fabric changed from yellow-orange to blue. Then, a concentration of 500 mg / m 3 was applied to the sensor; the color turned dark blue. After it was purged with clean air, it again returned to its original yellow-orange color. To verify repeatability, the experiment was performed several times, in all cases the results were repeated.

Для проверки селективности на сенсор воздействовали парами соляной и плавиковой кислот, хлором, гидразином, сероводородом, окислами азота и окислами серы, концентрации которых превышали 10 пдк р.з. (предельно допустимая концентрация рабочей зоны). Сенсор ни на одно вещество не среагировал, цвет не поменялся. To check the selectivity, the sensor was exposed to vapors of hydrochloric and hydrofluoric acids, chlorine, hydrazine, hydrogen sulfide, nitrogen oxides, and sulfur oxides, the concentrations of which exceeded 10 p.c. (maximum permissible concentration of the working area). The sensor did not react to any substance, the color did not change.

Источники информации:
1. Крутоверцов С.А., Сорокин С.И. Летучий Я.А. Газовые сенсоры на основе проводящих полимеров для экологического мониторинга. Электронная техника, Сер. 8 "Управление качеством, стандартизация, испытания". М, 1991, вып. 4 (146), с. 55-57.
Sources of information:
1. Krutovertsov S.A., Sorokin S.I. Flying Ya.A. Conductive polymer gas sensors for environmental monitoring. Electronics, Ser. 8 "Quality management, standardization, testing." M, 1991, no. 4 (146), p. 55-57.

2. Пат. РФ N 2088914 6 G 01 N 27/30 Радин С.А., Иванова О.М., Загарских В.Г., Высочанский А.В. Сенсор для анализа газообразных веществ. Приоритет от 03.07.1995. 2. Pat. RF N 2088914 6 G 01 N 27/30 Radin S.A., Ivanova O.M., Zagarskih V.G., Vysochansky A.V. Sensor for analyzing gaseous substances. Priority from 03/07/1995.

З. Врублевский Э.М., Иванова О.М., Королева С.В., Радин С.А. Материалы для сенсоров и частотные характеристики их импедансов " Перспективные материалы", 1995 N 6 с. 28, 31. Z. Vrublevsky E.M., Ivanova O.M., Koroleva S.V., Radin S.A. Materials for sensors and frequency characteristics of their impedances "Promising materials", 1995 N 6 p. 28, 31.

4. Пат. РФ N 2038590 6 G 01 N 27/12 Крутоверцев С.А., Летучий Я.А., Антонова О.Ю., Сорокин С.И., Кузнецов В.Б., Радин С.А. Датчик концентрации аммиака. Приоритет от 24.09.1992. 4. Pat. RF N 2038590 6 G 01 N 27/12 Krutovertsev S.A., Flying Ya.A., Antonova O.Yu., Sorokin S.I., Kuznetsov V.B., Radin S.A. Ammonia concentration sensor. Priority from 09.24.1992.

Claims (1)

Химический сенсор для анализа токсических газов и паров, чувствительным реагентом которого является полианилин, легированный комплексами переходных металлов или комплексами ароматических соединений, отличающийся тем, что легированный полианилин, синтезированный в гальванической ванне при потенциалах -0,3 до +1,2 В на специальном графитовом или хромированном электроде в циклическом режиме методом электрохимической поликонденсации в растворе с последующим растворением в растворителе, которым пропитывают пористые материалы, химически инертные как к самому чувствительному реагенту, так и непосредственно к анализируемому газообразному веществу. Chemical sensor for the analysis of toxic gases and vapors, the sensitive reagent of which is polyaniline doped with transition metal complexes or aromatic complexes, characterized in that the doped polyaniline synthesized in a galvanic bath at potentials of -0.3 to +1.2 V on special graphite or a chrome-plated electrode in a cyclic mode by electrochemical polycondensation in a solution followed by dissolution in a solvent with which porous materials are impregnated chemically nertnye as the most sensitive reagent and analyte directly to the gaseous substance.
RU99123283A 1999-11-10 1999-11-10 Chemical sensor for analysis of toxic gases and vapors RU2169359C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99123283A RU2169359C1 (en) 1999-11-10 1999-11-10 Chemical sensor for analysis of toxic gases and vapors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99123283A RU2169359C1 (en) 1999-11-10 1999-11-10 Chemical sensor for analysis of toxic gases and vapors

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2169359C1 true RU2169359C1 (en) 2001-06-20

Family

ID=20226616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99123283A RU2169359C1 (en) 1999-11-10 1999-11-10 Chemical sensor for analysis of toxic gases and vapors

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2169359C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2205378C2 (en) * 2001-08-09 2003-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности Pickup of ammonia content in air
RU2208225C1 (en) * 2001-12-04 2003-07-10 Открытое акционерное общество "Инфотэк Груп" Indicator of toxic gases

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0043042A1 (en) * 1980-07-01 1982-01-06 Bayer Ag Device for colorimetrically measuring gaseous traces
DE3433732A1 (en) * 1983-09-16 1985-04-11 Mine Safety Appliances Co., Pittsburgh, Pa. GAS DOSER
RU2038590C1 (en) * 1992-09-24 1995-06-27 Малое государственное предприятие "Практик-НЦ" Sensor of ammonia concentration
RU2045043C1 (en) * 1991-11-29 1995-09-27 Московский институт приборостроения Method of checking contents of dangerous matters in air
SU1797335A1 (en) * 1990-11-11 1996-04-27 Ленинградский Институт Точной Механики И Оптики Process of manufacture of indicator element sensitive to vapours of different organic solvents

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0043042A1 (en) * 1980-07-01 1982-01-06 Bayer Ag Device for colorimetrically measuring gaseous traces
DE3433732A1 (en) * 1983-09-16 1985-04-11 Mine Safety Appliances Co., Pittsburgh, Pa. GAS DOSER
SU1797335A1 (en) * 1990-11-11 1996-04-27 Ленинградский Институт Точной Механики И Оптики Process of manufacture of indicator element sensitive to vapours of different organic solvents
RU2045043C1 (en) * 1991-11-29 1995-09-27 Московский институт приборостроения Method of checking contents of dangerous matters in air
RU2038590C1 (en) * 1992-09-24 1995-06-27 Малое государственное предприятие "Практик-НЦ" Sensor of ammonia concentration

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2205378C2 (en) * 2001-08-09 2003-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности Pickup of ammonia content in air
RU2208225C1 (en) * 2001-12-04 2003-07-10 Открытое акционерное общество "Инфотэк Груп" Indicator of toxic gases

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5252292A (en) Ammonia sensor
Lee et al. Electrochemical Characterization of Poly (1, 8‐Diaminonaphthalene): A Functionalized Polymer
RU2145081C1 (en) Matrix transducer to detect analytes in liquids
US4049503A (en) Electrochemical gas detection
Gulaboski et al. Standard Gibbs energies of transfer of halogenate and pseudohalogenate ions, halogen substituted acetates, and cycloalkyl carboxylate anions at the water| nitrobenzene interface
Josowicz et al. Electrochemical and ultraviolet-visible spectroelectrochemical investigation of selectivity of potentiometric gas sensors based on polypyrrole
US7378852B2 (en) Measuring device having a plurality of potentiometric electrode pairs situated on a substrate
Shamsipur et al. Coupled electrochemical-chemical procedure used in construction of molecularly imprinted polymer-based electrode: a highly sensitive impedimetric melamine sensor
US5882497A (en) Semiconducting organic polymers for gas sensors
US5869007A (en) Conducting polymer based acid/base sensors
Ferancová et al. Cyclodextrin modified carbon paste based electrodes as sensors for the determination of carcinogenic polycyclic aromatic amines
Shim et al. Humidity sensor using chemically synthesized poly (1, 5‐diaminonaphthalene) doped with carbon
RU2169359C1 (en) Chemical sensor for analysis of toxic gases and vapors
Elumalai et al. Evaluation of a same-metal PCB-based three-electrode system via impedance studies using potassium ferricyanide
Freiser Coated wire ion-selective electrodes
US11167981B2 (en) Semiconductor device and method of producing a semiconductor device
Bobacka et al. All‐Solid‐State Ag+‐ISE Based on [2.2. 2] p, p, p‐Cyclophane
D'Eramo et al. Electrochemical detection of silver ions and the study of metal–polymer interactions on a polybenzidine film electrode
CN119678038A (en) All-solid-state potassium ion selective electrode and method for manufacturing the same
Lin et al. Towards potentiometric detection in nonaqueous media: Evaluation of the impacts of organic solvents on polymeric membrane ion-selective electrodes
Shim et al. Electrochemistry of conductive polymer X: Polyaniline‐based potentiometric sensor for dissolved oxygen
Liu et al. Effects of water on ionic liquid electrochemical microsensor for oxygen sensing
RU2088914C1 (en) Sensor for analysis of gaseous substances
Liu et al. Robust fabrication of nanomaterial-based all-solid-state ion-selective electrodes
RU2174677C1 (en) Gas sensor detecting chemically detrimental substances