RU2692520C1 - Method of producing electroconductive polymer films on surface of oxide glasses for determining content of nitrogen oxides in air - Google Patents
Method of producing electroconductive polymer films on surface of oxide glasses for determining content of nitrogen oxides in air Download PDFInfo
- Publication number
- RU2692520C1 RU2692520C1 RU2018126260A RU2018126260A RU2692520C1 RU 2692520 C1 RU2692520 C1 RU 2692520C1 RU 2018126260 A RU2018126260 A RU 2018126260A RU 2018126260 A RU2018126260 A RU 2018126260A RU 2692520 C1 RU2692520 C1 RU 2692520C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- polymer
- nitrogen oxides
- modifier
- air
- dielectric substrate
- Prior art date
Links
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 18
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 title abstract description 4
- 239000000075 oxide glass Substances 0.000 title description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 33
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 26
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 23
- XEYBHCRIKKKOSS-UHFFFAOYSA-N disodium;azanylidyneoxidanium;iron(2+);pentacyanide Chemical compound [Na+].[Na+].[Fe+2].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].[O+]#N XEYBHCRIKKKOSS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229940083618 sodium nitroprusside Drugs 0.000 claims abstract description 11
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 5
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000012789 electroconductive film Substances 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 30
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 14
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 13
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 5
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- AZFNGPAYDKGCRB-XCPIVNJJSA-M [(1s,2s)-2-amino-1,2-diphenylethyl]-(4-methylphenyl)sulfonylazanide;chlororuthenium(1+);1-methyl-4-propan-2-ylbenzene Chemical compound [Ru+]Cl.CC(C)C1=CC=C(C)C=C1.C1=CC(C)=CC=C1S(=O)(=O)[N-][C@@H](C=1C=CC=CC=1)[C@@H](N)C1=CC=CC=C1 AZFNGPAYDKGCRB-XCPIVNJJSA-M 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 235000010289 potassium nitrite Nutrition 0.000 description 3
- 239000004304 potassium nitrite Substances 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- AWDBHOZBRXWRKS-UHFFFAOYSA-N tetrapotassium;iron(6+);hexacyanide Chemical compound [K+].[K+].[K+].[K+].[Fe+6].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] AWDBHOZBRXWRKS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920003176 water-insoluble polymer Polymers 0.000 description 3
- UYNCFCUHRNOSCN-FYYLOGMGSA-N N-[(1R,2R)-1-hydroxy-3-(4-morpholinyl)-1-phenylpropan-2-yl]decanamide Chemical compound C([C@@H](NC(=O)CCCCCCCCC)[C@H](O)C=1C=CC=CC=1)N1CCOCC1 UYNCFCUHRNOSCN-FYYLOGMGSA-N 0.000 description 2
- YEESUBCSWGVPCE-UHFFFAOYSA-N azanylidyneoxidanium iron(2+) pentacyanide Chemical compound [Fe++].[C-]#N.[C-]#N.[C-]#N.[C-]#N.[C-]#N.N#[O+] YEESUBCSWGVPCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229960002460 nitroprusside Drugs 0.000 description 2
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000002925 chemical effect Effects 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 1
- UETZVSHORCDDTH-UHFFFAOYSA-N iron(2+);hexacyanide Chemical compound [Fe+2].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-].N#[C-] UETZVSHORCDDTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/28—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with organic material
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/121—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к газовому анализу, а именно, к изготовлению датчиков контроля содержания оксидов азота в воздухе, в частности, к формированию электропроводящей пленки субмикронной толщины на поверхности диэлектрических подложек с закрепленными на них контактами. Датчик может быть использован для контроля оксидов азота в газовых средах.The invention relates to gas analysis, in particular, to the manufacture of sensors monitoring the content of nitrogen oxides in the air, in particular, to the formation of a conductive film of submicron thickness on the surface of dielectric substrates with contacts fixed to them. The sensor can be used to monitor nitrogen oxides in gaseous media.
Из уровня техники известен способ изготовления металлсодержащих материалов, тонкопленочных композитных материалов, металлополимеров, заключающийся в синтезе наночастиц в мономолекулярном слое, сформированном на границе раздела фаз жидкость/газ, на поверхности жидкой фазы [патент RU 2233791 С2, опубл. 10.08.2004].The prior art a method of manufacturing metal-containing materials, thin-film composite materials, metal, consisting in the synthesis of nanoparticles in a monomolecular layer formed at the liquid / gas interface on the surface of the liquid phase [patent RU 2233791 C2, publ. August 10, 2004].
Недостатком указанного способа получения является многостадийность процесса, что приводит к длительности и удорожанию процесса формирования многослойных нанокристаллических пленок, поскольку на первом этапе получают мономолекулярный слой на поверхности водной фазы, затем в самом монослое проводят синтез наночастиц, после чего монослои с синтезированными наночастицами переносят на специальные твердотельные подложки. Мономолекулярный слой формируют на поверхности жидкой фазы из реагентов-предшественников, поверхностно-активных веществ и соединений-добавок. В жидкую фазу помещают восстановитель. Синтез наночастиц проводят под действием химических или химических и физических воздействий. Факторы, оказывающие влияние на процесс роста наночастиц, - это состав монослоя и жидкой фазы, температура и степень сжатия.The disadvantage of this method of obtaining is the multistage process, which leads to the duration and cost of the process of forming multi-layer nanocrystalline films, because at the first stage a monomolecular layer is obtained on the surface of the aqueous phase, then the monolayer itself is synthesized nanoparticles, after which the monolayers with synthesized nanoparticles are transferred to special solid-state substrate. The monomolecular layer is formed on the surface of the liquid phase from precursor reagents, surfactants and additive compounds. The reducing agent is placed in the liquid phase. The synthesis of nanoparticles is carried out under the action of chemical or chemical and physical effects. The factors that influence the growth of nanoparticles are the composition of the monolayer and the liquid phase, temperature and degree of compression.
Из уровня техники также известен способ формирования пленок полиN,N-диметил-3,4-диметиленпирролидиний цианида для определения содержания паров воды в воздушной среде, в результате которого на подложку из оксидного стекла наносят поли-К,Ы-диметил-3,4-диметаленпирролиданий хлорид методом вытягивания из водного раствора, концентрация полимера в котором в интервале 5-20% масс, с постоянной скоростью (2-3)-10"6 м/с.Затем поверх него с использованием метода ультразвукового распыления наносится гексацианоферрат (II) калия в количестве, обеспечивающем массовое соотношение гексацианоферрата (II) калия к поли-N,N-диметил-3,4- диметиленпирролидиний хлориду, равное (2,3±0,1):1 [патент RU 2625827 С1, опубл. 19.07.2017].A method of forming polyN, N-dimethyl-3,4-dimethylene-pyrrolidinium cyanide films is also known in the prior art to determine the content of water vapor in air, as a result of which Poly-K, L-dimethyl-3,4- is applied to an oxide glass substrate. dimethylenpyrrolidine chloride by the method of extrusion from an aqueous solution, the polymer concentration in which in the range of 5-20% by weight, with a constant speed (2-3) -10 " 6 m / s. Then potassium hexacyanoferrate (II) is applied over it using ultrasonic spraying in quantity providing m the ratio of potassium hexacyanoferrate (II) to poly-N, N-dimethyl-3,4-dimethylenepyrrolidinium chloride is (2.3 ± 0.1): 1 [patent RU 2625827 C1, published on 07/19/2017].
Недостатками существующего способа формирования пленки являются неравномерность реакционного процесса на поверхности пленки и недостаточный уровень однородности распределения компонентов по поверхности и в объеме пленки в результате использования метода аэрозольного распыления модификатора, что не позволяет обеспечить требуемый уровень технических характеристик рецепторного слоя.The disadvantages of the existing method of film formation are the unevenness of the reaction process on the film surface and the insufficient level of homogeneity of the distribution of components on the surface and in the volume of the film as a result of using the modifier aerosol spraying method, which does not allow for the required level of technical characteristics of the receptor layer.
Наиболее близким техническим решением заявленному изобретению является способ формирования тонких пленок заданной толщины на поверхности диэлектрической подложки в результате ее вытягивания в горизонтальном положении с постоянной скоростью (4-9) 10-5 м/с из водного раствора взаимодействующих полимера (полита,Кдиметил-3,4-диметиленпирролидиний хлорид) и модификатора (гексацианоферрат (II) калия) при соблюдении массового соотношения модификатор.полимер, равного (2,3±0,1):1 и в интервале содержания полимера 0,2-0,5% масс, с образованием водонерастворимого поли-№,М-диметил-3,4-диметиленпирролидиний цианида [патент RU 2634137 С1, опубл. 24.10.2017].The closest technical solution to the claimed invention is a method of forming thin films of a given thickness on the surface of a dielectric substrate as a result of its stretching in a horizontal position at a constant speed (4-9) 10 -5 m / s from an aqueous solution of an interacting polymer (watered, Kdimethyl-3, 4-dimethylenepyrrolidinium chloride) and modifier (hexacyanoferrate (II) potassium) subject to the mass ratio modifier.polymer equal to (2.3 ± 0.1): 1 and in the range of the polymer content of 0.2-0.5% by weight, with water control education Poly No., M-dimethyl-3,4-dimethylene-pyrrolidinium cyanide [patent RU 2634137 C1, publ. 10/24/2017]
Недостатком существующего технического решения является недостаточный уровень однородности распределения компонентов рецепторного слоя по поверхности и в объеме при получении данным способом субмикронных рецепторных слоев, что ухудшает метрологические характеристики определения компонентов воздушной среды.The disadvantage of the existing technical solution is the insufficient level of homogeneity of the distribution of the components of the receptor layer over the surface and in the volume when submicron receptor layers are obtained by this method, which degrades the metrological characteristics of the definition of air components.
Техническим результатом заявленного изобретения является возможность получения электропроводящей пленки субмикронной толщины на поверхности диэлектрической подложки с закрепленными на ее поверхности контактами, полученной при оптимальном соотношении взаимодействующих компонентов (полимер и модификатор), чувствительной к оксидам азота в воздушной среде, обеспечивающей заданные технические и метрологические характеристики сенсорной гетероструктуры, приготовленной изложенным ниже способом.The technical result of the claimed invention is the possibility of obtaining a conductive film of submicron thickness on the surface of a dielectric substrate with contacts fixed on its surface, obtained with an optimal ratio of interacting components (polymer and modifier) sensitive to nitrogen oxides in the air, providing the specified technical and metrological characteristics of the sensor heterostructure prepared as described below.
Указанный технический результат достигается путем формирования слоя ПДМПЦ субмикронной толщины на поверхности диэлектрической подложки с закрепленными на ней контактами вытягиванием ее в горизонтальном положении из водного раствора взаимодействующих компонентов: полимера, представляющего собой поли-НМ-диметил-3,4-диметиленпирролидиний хлорид (ПДМПХ), и модификатора, представляющего собой нитропруссид натрия (Na2[Fe(CN)5NO]), на поверхность с постоянной скоростью, варьируемой от 1,0-10-5 до 4,5-10-5 м/с, и соблюдении оптимального массового соотношения модификатор:полимер, равного (1,6±0,1):1.This technical result is achieved by forming a submicron PDMPC layer on the surface of a dielectric substrate with contacts fixed on it by stretching it in a horizontal position from an aqueous solution of interacting components: a polymer that is poly-NM-dimethyl-3,4-dimethylene-pyrrolidinium chloride (PDMPH), and modifier, which is sodium nitroprusside (Na 2 [Fe (CN) 5 NO]), to the surface at a constant speed varying from 1.0-10 -5 to 4.5-10 -5 m / s, and observing the optimum mass ratio Treatment modifier: polymer equal to (1.6 ± 0.1): 1.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 показана зависимость толщины модифицированной пленки от скорости вытягивания подложки из объема реакционной смеси (содержание ПДМПХ - 0,3% масс, массовое соотношение нитропруссид:ПДМПХ - 1,6:1).FIG. 1 shows the dependence of the thickness of the modified film on the speed of pulling the substrate from the volume of the reaction mixture (the content of PDMPH is 0.3% by weight, the mass ratio of nitroprusside: PDMPH is 1.6: 1).
На фиг. 2 показана зависимость удельной электрической проводимости модифицированной пленки от содержания оксидов азота в воздухе.FIG. 2 shows the dependence of the electrical conductivity of the modified film on the content of nitrogen oxides in the air.
На фиг. 3 показана зависимость отклика рецепторного слоя гетероструктуры от времени его использования для определения содержания оксидов азота в воздухе.FIG. 3 shows the dependence of the response of the heterostructure receptor layer on the time it is used to determine the content of nitrogen oxides in the air.
Преимуществом данного способа является возможность получения электропроводящей полимерной пленки субмикронной толщины на поверхности диэлектрической подложки с закрепленными на ней контактами путем использования оптимального массового соотношения взаимодействующих в растворе ПДМПХ и нитропруссида при постоянной скорости вытягивания подложки и содержании ПДМПХ в объеме реакционной смеси, при установленном значении скорости вытягивания в диапазоне от 1,0-10-5 до 4,5-10-5 м/с (фиг. 1). Метод позволяет получить пленку субмикронной толщины и обеспечить требуемые метрологические характеристики определения содержания оксидов азота при использовании электропроводящего полимерного слоя в качестве элемента сенсорной гетероструктуры (фиг. 2).The advantage of this method is the possibility of obtaining a conductive polymer film of submicron thickness on the surface of a dielectric substrate with fixed contacts on it by using the optimal mass ratio of PDMPH and nitroprusside interacting in solution at a constant rate of pulling the substrate and PDMPH content in the volume of the reaction mixture, range from 1.0-10 -5 to 4.5-10 -5 m / s (Fig. 1). The method allows to obtain a film of submicron thickness and to provide the required metrological characteristics of determining the content of nitrogen oxides using an electrically conductive polymer layer as an element of the sensory heterostructure (Fig. 2).
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1Example 1
Готовят водные раствора ПДМПХ и нитропруссида натрия объемами по 15 мл каждый. Смешивают раствор полимера с раствором модификатора. Растворы полимера имеют одинаковое содержание реагента, соответствующее 0,3% масс, в пересчете на суммарный объем реакционной смеси. Растворы нитропруссида натрия различаются по его содержанию в нем. Отличие заключается в массе навески модификатора нитропруссида натрия, содержание которого должно быть таким, чтобы обеспечить в объеме реакционной смеси массовые соотношения реагентов модификатор:полимер соответственно 1,2:1; 1,6:1 и 2,0:1.Prepare an aqueous solution of PDMP and sodium nitroprusside with volumes of 15 ml each. Mix the polymer solution with the solution modifier. Polymer solutions have the same content of the reagent, corresponding to 0.3% of the mass, calculated on the total volume of the reaction mixture. Sodium nitroprusside solutions differ in its content in it. The difference lies in the weight of the sodium nitroprusside modifier sample, the content of which must be such as to provide in the volume of the reaction mixture the mass ratios of the modifier: polymer reagents, respectively, 1.2: 1; 1.6: 1 and 2.0: 1.
Для нанесения продукта взаимодействия полимера и модификатора на предварительно очищенную подложку используют метод вытягивания подложки, находящейся в горизонтальном положении, с постоянной скоростью (2,0-10-5 м/с) из водного раствора реагирующих веществ: полимера (ПДМПХ) и модификатора (нитропруссида натрия).For applying the product of the interaction of the polymer and the modifier on the pre-cleaned substrate, a method is used to extrude the substrate in a horizontal position at a constant speed (2.0-10 -5 m / s) from an aqueous solution of the reactants: polymer (PDMPH) and the modifier (nitroprusside sodium).
Изготовленную диэлектрическую подложку с нанесенной водонерастворимой полимерной пленкой ПДМПЦ высушивают при комнатной температуре в течение 24 часов, после чего определяют толщину полимерного слоя по величине плотности пленки, установленной методом гидростатического взвешивания.The made dielectric substrate with the applied water-insoluble polymer film PDMPC is dried at room temperature for 24 hours, after which the thickness of the polymer layer is determined by the density of the film, established by hydrostatic weighing.
Полученная зависимость плотности пленки от массового соотношения компонентов реакции модификатор:полимер имеет максимальное значение плотности пленки 1,50±0,07 г/см3, которое соответствует массовому соотношению модификаторгполимер 1,6:1.The resulting dependence of the density of the film on the mass ratio of the components of the reaction modifier: the polymer has a maximum film density of 1.50 ± 0.07 g / cm 3 , which corresponds to a mass ratio of modifier orpolymer of 1.6: 1.
Образцы с разными массовыми соотношениями реагирующих компонентов нитропруссида натрия и ПДМПХ после просушивания заметно отличаются друг от друга по уровню однородности поверхности. Образец с массовым соотношением модификатор:полимер, равным 1,6:1, представляет собой однородную целостную пленку. Состояние пленки при контакте с внешней средой не меняется в течение нескольких месяцев и не наблюдается изменение ее технических характеристик.Samples with different mass ratios of the reacting components of sodium nitroprusside and PDMPH after drying markedly differ from each other in the level of surface homogeneity. The sample with a 1.6: 1 ratio of the modifier: polymer is a homogeneous holistic film. The state of the film in contact with the external environment does not change for several months and there is no change in its technical characteristics.
Образец с массовым соотношением модификатор:полимер, равным 1,2:1, имеет на подложке пленку, качество которой в течение времени изменяется с одновременным ухудшением технических характеристик. Аналогичные изменения наблюдаются и для образца с массовым соотношением модификатор:полимер. равным 2:1.A sample with a mass ratio of 1.2: 1 modifier: polymer has a film on the substrate, the quality of which changes over time with a simultaneous deterioration of the technical characteristics. Similar changes are observed for the sample with the mass ratio of modifier: polymer. equal to 2: 1.
Пример 2Example 2
Готовят водные раствора ПДМПХ и нитропруссида натрия объемами по 15 мл каждый. Смешивают раствор полимера с раствором модификатора. Растворы полимера имеют одинаковое содержание реагента, соответствующее 0,3% масс, в пересчете на суммарный объем реакционной смеси. Растворы нитропруссида натрия имеют одинаковое содержание, обеспечивающее в объеме реакционной смеси оптимальное массовое соотношению реагентов при взаимодействии модификатор:полимер 1,6:1.Prepare an aqueous solution of PDMP and sodium nitroprusside with volumes of 15 ml each. Mix the polymer solution with the solution modifier. Polymer solutions have the same content of the reagent, corresponding to 0.3% of the mass, calculated on the total volume of the reaction mixture. Sodium nitroprusside solutions have the same content, providing in the volume of the reaction mixture the optimal mass ratio of the reactants during the interaction of the modifier: polymer 1.6: 1.
Все технологические условия нанесения пленок на подложку совпадают с условиями, приведенными в примере 1, за исключением скорости вытягивания подложки из объема реакционной смеси, а именно, вытягивание подложек проводят при трех разных скоростях в диапазоне от 1,0-10-5 до 4,5-10-5 м/с.All technological conditions of film deposition on the substrate coincide with the conditions given in example 1, except for the speed of pulling the substrate from the reaction volume, namely, the pulling of the substrates is carried out at three different speeds in the range from 1.0-10 -5 to 4.5 -10 -5 m / s.
Изготовленную подложку с нанесенной модифицированной пленкой водонерастворимого полимера (ПДМПЦ) высушивают при комнатной температуре в течение 24 часов.The fabricated substrate coated with a modified water-insoluble polymer film (PDMPC) is dried at room temperature for 24 hours.
Для расчета толщины слоя пленки на поверхности подложки используют результаты определения плотности пленок методом гидростатического взвешивания, массы осадка на поверхности подложки, плотности пленки, а также результаты измерения площади поверхности подложки.To calculate the film layer thickness on the substrate surface, the results of determining the density of films by hydrostatic weighing, the mass of sediment on the substrate surface, the density of the film, and the results of measuring the surface area of the substrate are used.
Полученная зависимость толщины пленки от скорости вытягивания при постоянном содержании ПДМПХ в объеме реакционной смеси представлена на фиг. 1.The resulting dependence of film thickness on the rate of extrusion with a constant content of PDMPH in the volume of the reaction mixture is shown in FIG. one.
Пример 3Example 3
Готовят водные растворы ПДМПХ и нитропруссида натрия объемами по 15 мл каждый согласно условиям, приведенным в примере 2.Prepare aqueous solutions PDMPH and sodium nitroprusside with a volume of 15 ml each according to the conditions given in example 2.
Подготовка диэлектрической подложки с контактами: на предварительно очищенное оксидное стекло крепят токопроводящим клеем медные электроды на расстоянии 1 см. Изготовленную диэлектрическую подложку с электродами высушивают при комнатной температуре не менее 4 часов.Preparing a dielectric substrate with contacts: copper electrodes are fixed with a conductive glue to the pre-cleaned oxide glass at a distance of 1 cm. The manufactured dielectric substrate with the electrodes is dried at room temperature for at least 4 hours.
При подготовке датчика используют диэлектрическую подложку с закрепленными на ее поверхности контактами, обеспечивающими возможность измерения электрического сигнала в установленных пределах при использовании водонерастворимого полимерного слоя субмикронной толщины определенного состава.When preparing the sensor, a dielectric substrate with contacts fixed on its surface is used, which makes it possible to measure an electrical signal within the established limits when using a water-insoluble polymer layer of submicron thickness of a certain composition.
Все технологические условия получения пленок на диэлектрической подложке совпадают с условиями, приведенными в примере 1.All technological conditions for the production of films on a dielectric substrate coincide with the conditions given in example 1.
Изготовленную диэлектрическую подложку с закрепленными контактами и с нанесенной поверх них полимерной пленкой (ПДМПЦ) высушивают при комнатной температуре в течение 24 часов, после чего полученный прототип сенсорного элемента используют для определения содержания оксидов азота в воздушной среде.The made dielectric substrate with fixed contacts and with a polymer film deposited on top of them is dried at room temperature for 24 hours, after which the resulting prototype of the sensor element is used to determine the content of nitrogen oxides in the air.
Для измерения электрической проводимости используют иммитансометр Е7-8 (ПО «Калибр», Республика Беларусь). Значения электрической проводимости пленок приводят к ее удельным значениям. Для построения градуировочной зависимости удельной электрической проводимости полимерного слоя от содержания оксидов азота в интервале от 11,9 до 70,0 мг/м3 (в пересчете на диоксид азота) в рабочем объеме измерительной ячейки используют химическую реакцию между концентрированной серной кислотой (ос. ч, 60% масс), помещенной в измерительную колбу, и добавляемым по 0,5 мл (в диапазоне от 0,5 до 5 мл) раствором нитрита калия с концентрацией 12 мг/л.To measure the electrical conductivity using immitansometer E7-8 (ON "Caliber", Republic of Belarus). The values of electrical conductivity of films lead to its specific values. To build the calibration dependence of the electrical conductivity of the polymer layer on the content of nitrogen oxides in the range from 11.9 to 70.0 mg / m 3 (in terms of nitrogen dioxide) in the working volume of the measuring cell, use a chemical reaction between concentrated sulfuric acid (Os. , 60% of the mass), placed in a measuring flask, and added in 0.5 ml (in the range from 0.5 to 5 ml) with a solution of potassium nitrite with a concentration of 12 mg / l.
Контакты прототипа сенсорного элемента закрепляют в зажимах иммитансометра и измеряют электрическую проводимость. Аналитическим сигналом служит изменение электрической проводимости пленки при изменении содержания оксидов азота в воздушном пространстве измерительной ячейки, в которой проводят известное количественное взаимодействие между концентрированной серной кислотой и раствором нитрита калия.The contacts of the prototype of the sensor element are fixed in the terminals of the immittancemeter and measure the electrical conductivity. The analytical signal is the change in the electrical conductivity of the film when the content of nitrogen oxides in the air space of the measuring cell is changed, in which a known quantitative interaction between concentrated sulfuric acid and a solution of potassium nitrite is carried out.
Зависимость удельной электрической проводимости от содержания оксидов азота в воздушной среде меняется по степенному закону, что указывает на адсорбционный механизм происходящего гетерогенного процесса на поверхности полимерной пленки, полученной при оптимальном массовом соотношении реагирующих ПДМПХ и нитропруссида натрия 1:1,6 (фиг. 2). Относительная погрешность методики определения оксидов азота в диапазоне его содержаний от 11,9 до 70,0 мг/м3 в условиях внутрилабораторной прецизионности составляет не более 4%, предел обнаружения 1,1 мг/м3.The dependence of the specific electrical conductivity on the content of nitrogen oxides in the air varies according to a power law, which indicates the adsorption mechanism of the heterogeneous process on the surface of the polymer film obtained at the optimal mass ratio of reactive PDMPH and sodium nitroprusside 1: 1.6 (Fig. 2). The relative error of the method for determining nitrogen oxides in the range of its contents from 11.9 to 70.0 mg / m 3 under conditions of laboratory precision is no more than 4%, the detection limit is 1.1 mg / m 3 .
Для оценки стабильности и срока годности прототипа сенсорного элемента, полученного при массовом соотношении модификатор:полимер, равном 1,6:1, согласно ГОСТ Р 50779.45-2002 «Статистические методы. Контрольные карты кумулятивных сумм. Основные положения», проводили анализ зависимости величины электрической проводимости от времени. С помощью прототипа сенсорного элемента в течение 6 месяцев измеряли содержание оксидов азота в воздушной среде измерительного устройства, в котором создавали известную их концентрацию по химической реакции между серной кислотой и нитритом калия. На фиг.З представлены результаты измерения показателя качества пленки (удельной электрической проводимости) через равные промежутки времени. Величина аналитического сигнала за указанный период уменьшилась на 11 мкСм/см, что составило не более 3%, в то время как погрешность методики измерения удельной электрической проводимости даже при доверительной вероятности 0,90 составляет 33 мкСм/см. Оцененная стабильность электропроводящей пленки, полученной по предлагаемому способу, превышает 6 месяцев.To assess the stability and shelf life of the prototype sensor element, obtained at a mass ratio of modifier: polymer equal to 1.6: 1, according to GOST R 50779.45-2002 “Statistical methods. Cumulative control charts. The main provisions ", conducted an analysis of the dependence of the value of electrical conductivity on time. With the help of the prototype of the sensor element, the content of nitrogen oxides in the air of the measuring device was measured for 6 months, in which their known concentration was created by the chemical reaction between sulfuric acid and potassium nitrite. On fig.Z presents the results of measurement of the quality of the film (specific electrical conductivity) at equal intervals of time. The value of the analytical signal for the specified period decreased by 11 µS / cm, which amounted to no more than 3%, while the error of the method of measuring the specific electrical conductivity, even with a confidence level of 0.90, is 33 µS / cm. The estimated stability of the electrically conductive film obtained by the proposed method exceeds 6 months.
Результатом является способ получения электропроводящей полимерной пленки поли-М,Н-диметил-3,4-диметиленпирролидиний цианида (ПДМПЦ) субмикронной толщины на поверхности диэлектрической подложки с закрепленными контактами, проявляющей чувствительность к содержанию оксидов азота в воздухе в диапазоне от 11,9 до 70,0 мг/м3, обладающей в течение 6 месяцев стабильными метрологическими характеристиками: внутрилабораторная прецизионность - 0,47 мг/м3, показатель правильности - 0,14 мг/м3, показатель точности - 1,24 мг/м3, предел обнаружения -4,7 мг/м3.The result is a method of obtaining a conductive polymer film of poly-M, H-dimethyl-3,4-dimethylene-pyrrolidinium cyanide (PDMPC) of submicron thickness on the surface of a dielectric substrate with fixed contacts, which is sensitive to the content of nitrogen oxides in the air in the range from 11.9 to 70 , 0 mg / m 3 , which has stable metrological characteristics for 6 months: internal precision of precision - 0.47 mg / m 3 , correctness index - 0.14 mg / m 3 , accuracy indicator - 1.24 mg / m 3 , limit detection is -4.7 mg / m 3 .
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018126260A RU2692520C1 (en) | 2018-07-17 | 2018-07-17 | Method of producing electroconductive polymer films on surface of oxide glasses for determining content of nitrogen oxides in air |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018126260A RU2692520C1 (en) | 2018-07-17 | 2018-07-17 | Method of producing electroconductive polymer films on surface of oxide glasses for determining content of nitrogen oxides in air |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2692520C1 true RU2692520C1 (en) | 2019-06-25 |
Family
ID=67038184
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018126260A RU2692520C1 (en) | 2018-07-17 | 2018-07-17 | Method of producing electroconductive polymer films on surface of oxide glasses for determining content of nitrogen oxides in air |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2692520C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2174677C1 (en) * | 2000-06-02 | 2001-10-10 | Радин Сергей Алексеевич | Gas sensor detecting chemically detrimental substances |
| JP2011209280A (en) * | 2010-03-11 | 2011-10-20 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor |
| RU2541715C1 (en) * | 2013-10-11 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) | Method of forming films, containing poly-n,n-dimethyl-3, 4-dimethylenepyrrolidonium cyanide, on oxide glass surface |
| RU2625827C1 (en) * | 2016-04-15 | 2017-07-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" | Method of forming electric conducting films selective with regard to moisture content in air framework, by interaction on surface of oxid water-soluble polymer oxides and potassium (ii) potassium hydrogen (ii) |
| RU2634137C1 (en) * | 2016-07-28 | 2017-10-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" | Method of producing electroconducting films on surface of oxide glasses for determination of moisture content in air |
-
2018
- 2018-07-17 RU RU2018126260A patent/RU2692520C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2174677C1 (en) * | 2000-06-02 | 2001-10-10 | Радин Сергей Алексеевич | Gas sensor detecting chemically detrimental substances |
| JP2011209280A (en) * | 2010-03-11 | 2011-10-20 | Ngk Spark Plug Co Ltd | Gas sensor |
| RU2541715C1 (en) * | 2013-10-11 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет тонких химических технологий имени М.В. Ломоносова" (МИТХТ им. М.В. Ломоносова) | Method of forming films, containing poly-n,n-dimethyl-3, 4-dimethylenepyrrolidonium cyanide, on oxide glass surface |
| RU2625827C1 (en) * | 2016-04-15 | 2017-07-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" | Method of forming electric conducting films selective with regard to moisture content in air framework, by interaction on surface of oxid water-soluble polymer oxides and potassium (ii) potassium hydrogen (ii) |
| RU2634137C1 (en) * | 2016-07-28 | 2017-10-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский технологический университет" | Method of producing electroconducting films on surface of oxide glasses for determination of moisture content in air |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tang et al. | New amperometric and potentiometric immunosensors based on gold nanoparticles/tris (2, 2′-bipyridyl) cobalt (III) multilayer films for hepatitis B surface antigen determinations | |
| Ha et al. | Novel structured light-addressable potentiometric sensor array based on PVC membrane for determination of heavy metals | |
| Zhuo et al. | Amperometric enzyme immunosensors based on layer-by-layer assembly of gold nanoparticles and thionine on Nafion modified electrode surface for α-1-fetoprotein determinations | |
| CN1325907C (en) | Sensor for analysis of mixtures by global selectivity and its use in sensor system | |
| Reddaiah et al. | Electrochemical detection of dopamine at poly (solochrome cyanine)/Pd nanoparticles doped modified carbon paste electrode and simultaneous resolution in the presence of ascorbic acid and uric acid: a voltammetric method | |
| Hosseini et al. | Capacitive humidity sensing using a metal–organic framework nanoporous thin film fabricated through electrochemical in situ growth | |
| Bertoncello et al. | Fabrication and physico-chemical properties of Nafion Langmuir–Schaefer films | |
| Parra et al. | A potassium sensor based on non-covalent functionalization of multi-walled carbon nanotubes | |
| Zhang et al. | A novel carbon paste electrode for sensitive, selective and rapid electrochemical determination of chloride ion based on three-dimensional graphene | |
| Eslami et al. | Nanostructured conducting molecularly imprinted polypyrrole based quartz crystal microbalance sensor for naproxen determination and its electrochemical impedance study | |
| Guo et al. | Electrochemical and electrogenerated chemiluminescence of clay nanoparticles/Ru (bpy) 3 2+ multilayer films on ITO electrodes | |
| Trebbe et al. | A new calcium-sensor based on ion-selective conductometric microsensors–membranes and features | |
| RU2692520C1 (en) | Method of producing electroconductive polymer films on surface of oxide glasses for determining content of nitrogen oxides in air | |
| CN103487492A (en) | Electrochemical sensor for detecting trace amount of bisphenol A, manufacturing method thereof and application | |
| Braik et al. | Development of a capacitive chemical sensor based on Co (II)-phthalocyanine acrylate-polymer/HfO 2/SiO 2/Si for detection of perchlorate | |
| CN109916976B (en) | Preparation method and application of functionalized graphene composites decorated with zinc germanate nanorods | |
| RU2541715C1 (en) | Method of forming films, containing poly-n,n-dimethyl-3, 4-dimethylenepyrrolidonium cyanide, on oxide glass surface | |
| Ugwuoke et al. | Low-temperature processed metal oxides and ion-exchanging surfaces as pH sensor | |
| Dorraji et al. | Electropolymerized film of l-cysteine in the presence of deep eutectic solvent on NaOH nanorods glassy carbon electrode for sensitive determination of acyclovir in biological fluids | |
| RU2625827C1 (en) | Method of forming electric conducting films selective with regard to moisture content in air framework, by interaction on surface of oxid water-soluble polymer oxides and potassium (ii) potassium hydrogen (ii) | |
| CN110632144B (en) | All-solid-state ion selective electrode for detecting potassium fertilize and preparation method thereof | |
| RU2634137C1 (en) | Method of producing electroconducting films on surface of oxide glasses for determination of moisture content in air | |
| Wang et al. | Dual detection strategy for electrochemical analysis of glucose and nitrite using a partitionally modified electrode | |
| JP5311501B2 (en) | Method and apparatus for measuring pH using boron-doped diamond electrode | |
| RU2174677C1 (en) | Gas sensor detecting chemically detrimental substances |