Устройство для непрерывной подачи газовых смесей и прочих растворов на строго определенный участок поверхности

Предлагаемое техническое решение относится к объектам техники и может быть использовано при реализации ряда технологий (в проточных аналитических сенсорных системах с открытым участком чувствительной поверхности; для получения многослойных покрытий и функциональных слоев, в том числе с использованием фотоактивации, и прочих технологиях) для подачи потока аналитов или реагентов в газовых смесях или жидких растворах на строго определенный участок поверхности с гарантированным исключением попадания реакционоспособных или токсичных компонентов из данного потока на соседние участки поверхности и в окружающую среду.

В сенсорных системах непрерывного проточно-газового анализа веществ (в том числе в системах типа «электронного носа» и скоростной газовой хроматографии), а также в жидкостных аналитических системах данное устройство предлагается использовать для обеспечения «адресной» подачи анализируемого потока на чувствительный элемент сенсора с минимальным размыванием зоны аналитов в потоке. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Заявляемая полезная модель относится к устройствам подачи потока реагентов или веществ в газовых смесях или жидких растворах на строго определенный участок поверхности с гарантированным исключением попадания реакционоспособных или токсичных компонентов из данного потока на соседние участки поверхности и в окружающую среду (рабочую зону).

Ранее нами было заявлено устройство [1], представляющее собой систему для подачи газа-носителя и отбора продуктов газовыделения с участка поверхности минимальной площади, которое минимизирует размывание пиков газовыделения и обеспечивает минимальный путь от источника газовыделения до датчика.

Заявляемая полезная модель и аналог имеют общие конструктивные особенности выполнения системы распределения потоков, состоящей из двух или трех коаксиально расположенных капилляров и трубок.

Отличительными признаками заявляемой полезной модели от аналога являются изменение направления движения потоков, возможность использования жидких сред и область техники, к которой относится предлагаемое устройство.

Целью изобретения полезной модели являлось создание устройства для подачи рабочего потока в виде газообразного или жидкого раствора, содержащего компоненты, неконтролируемое попадание которых на другие участка поверхности изделия нежелательно и может привести к нарушению целевых структур или размытию аналитического сигнала, и выведения отраженного от поверхности потока за пределы рабочей зоны для того, чтобы обеспечить, если необходимо, повторное использование реакционноспособных компонентов и/или обезвреживание потенциально вредных веществ.

Поставленные задачи решаются при помощи конструктивного выполнения системы подачи рабочих потоков, состоящей из двух или трех коаксиально расположенных капилляров и трубок, которые обеспечивают подачу потока реагентов или анализируемых веществ через центральный капилляр (трубку) на строго определенный участок поверхности, дальнейший транспорт отраженного от поверхности потока в зазор между центральным и вторым капиллярами (трубками), далее через патрубок, присоединенный ко второму капилляру, выводится за пределы рабочей зоны.

Предлагаемое устройство может быть многократно использовано в технологиях непрерывного проточно-газового анализа веществ; для получения многослойных полупроводниковых и других покрытий методами газо- и жидкофазной эпитаксии и другими химическими, термофимическими и фотохимическими (в том числе с использованием лазерного излучения) методами модификации поверхностей; для нанесения функциональных слоев в электронной промышленности, микроэлектроники и прочих аналогичных технологиях.

По совокупности признаков не известно устройство того же назначения, что и заявляемая полезная модель, которому присущи все приведенные в независимом пункте формулы полезной модели существенные признаки, включая характеристику назначения, что позволяет сделать вывод о новизне полезной модели.

Принцип действия заявляемого устройства можно рассмотреть на примере использования его в проточных аналитических сенсорных системах с открытым участком чувствительной поверхности. К таким сенсорным системам относятся аналитические пъезорезонансные датчики состава (микро-, нановесы, молекулярные весы) на основе поверхностных акустических волнах (ПАВ), стандартных кварцевых резонаторов, генераторов и линий задержки, биологические и химические сенсоры различного типа.

Обычно в таких системах сенсор находится в герметичном корпусе (ячейке), через который проходит поток анализируемых газовых смесей и прочих растворов [2]. Включение сенсора (или части его чувствительной поверхности) в герметичный корпус в ряде случаев нежелательно в технологиях непрерывного проточно-газового анализа веществ, так как, например, герметизация чувствительной поверхности пьезодатчика с корпусом сенсорной системы неизбежно приводит к снижению исходной чувствительности датчика из-за их жесткой механической связи.

Задача механической «развязки» связи датчика с корпусом хорошо решена в пьезорезонаторах (кварцевые резонаторы и генераторы), являющихся массовой дешевой продукцией электронной промышленности. Стандартные кварцевые резонаторы и генераторы могут применяться в сенсорных системах газового анализа (в том числе в системах типа «электронного носа» и скоростной газовой хроматографии) только после дополнительной обработки поверхности электрода и при условии «адресной» подачи анализируемого потока на чувствительный элемент сенсора с минимальным размыванием зоны анализируемых веществ (аналитов) в потоке, что, например, важно для малоинерционных газовых детекторов.

Краткое описание чертежей предлагаемого технического решения приведено на Фиг.1.

На Фиг.1 приведен разрез предлагаемого устройства с указанием направлений движения потоков внутри устройства и на поверхности изделия.

На Фиг.1 введены обозначения:

1 - устройство для непрерывной подачи растворов,

2 - система коаксиально расположенных капилляров и трубок,

3 - зона обработки (обдува).

Сущность полезной модели состоит в том, что устройство состоит из двух или трех коаксиально расположенных капилляров и трубок (Фиг.1), которые герметично присоединяются к системе формирования потоков таким образом, чтобы обеспечить подачу потока реагентов или анализируемых веществ через центральный капилляр (трубку) на строго определенный участок поверхности и транспорт отраженного от заданного ограниченного участка поверхности рабочего потока только в зазор между центральным и вторым капиллярами (трубками), далее через патрубок, присоединенный ко второму капилляру, выводится за пределы рабочей зоны, и представляют собой самостоятельную сборочную единицу, которая легко монтируется в систему непрерывного проточно-газового анализа веществ, промышленное оборудование для нанесения функциональных слоев в электронной промышленности, микроэлектроники и прочих аналогичных технологиях.

Капилляры и трубки изготавливаются из жаропрочных материалов, устойчивых к химическим агрессивным средам и механическим повреждениям (например, кварц или нержавеющая сталь). Центральный капилляр (трубка) имеет меньший диаметр отверстия, чем средний.

В частном случае в нижней части устройства капилляры и трубки расположены на одном уровне и имеют ровный шлифованный срез.

Принцип действия предлагаемого технического решения заключается в распределение потоков следующим образом:

1. рабочий поток (реагент или анализируемая среда), которым может быть либо жидким раствором, либо газовой смесью, содержащей вещества в различных объемных соотношениях, подается на строго определенный участок поверхности через центральный капилляр (трубку);

2. далее отраженный от поверхности (сорбционная матрица, чувствительная поверхность датчика, электрода и прочие поверхности) рабочий поток всасывается в зазор между центральным и вторым капиллярами (трубками) и через патрубок, присоединенный ко второму капилляру, выводится за пределы рабочей зоны.

3. для обеспечения необходимых направлений движения потоков давление в зазоре между центральным и вторым капиллярами (трубками) поддерживается ниже, чем в центральном капилляре (трубке) и в зазоре между вторым и третьим капиллярами (трубками), а при отсутствии третьего капилляра (трубки) ниже давления окружающей среды.

Соотношения всех газообразных и/или жидких потоков задаются путем регулирования скорости подачи рабочего потока через центральный капилляр (трубку) и инертного газа или воздуха в зазор между вторым и третьим капиллярами (трубками), скорости всасывания в зазор между центральным и вторым капиллярами (трубками). При этом допускается подсос окружающей среды через зазор между обрабатываемой (обдуваемой) поверхностью и торцом второй трубки (капилляра).

Размер анализируемого участка поверхности, прежде всего, определяется внешним диаметром центрального капилляра (трубки), а также внутренним среднего капилляра. Четкость границы участка, с которого продукты газовыделения выводятся за пределы рабочей зоны, определяется размером зазора между центральным и средним капиллярами (трубками), размер которого должен быть минимальным.

Таким образом, детектирование осуществляется с минимально возможной площади поверхности, ограничиваемой чувствительностью детектирующей системы. Реализуемая при этом малая площадь, с которой снимается аналитическая информация, обеспечивает высокую разрешающую способность непрерывного проточно-газового анализа веществ.

Устройство может перемещаться вдоль исследуемой поверхности на фиксированном расстоянии, не выходя за пределы заданного участка поверхности.

Источники информации:

1. Заявка на полезную модель RU 2009114417 Дата подачи заявки: 16.04.2009

2. В.В.Малов "Пьезорезонансные датчики", М.: Энергоатомиздат - 1989 г., 272 стр.

1. Устройство, применяемое для подачи потоков реагентов или веществ в газовых смесях или жидких растворах на строго определенный участок поверхности, отличающееся тем, что система подачи рабочих потоков состоит из двух или трех коаксиально расположенных капилляров и трубок, которые обеспечивают подачу потока реагентов или анализируемых веществ через центральный капилляр на строго определенный участок поверхности, дальнейший транспорт отраженного от поверхности потока в зазор между центральным и вторым капиллярами (трубками), далее через патрубок, присоединенный ко второму капилляру, выводится за пределы рабочей зоны для того, чтобы обеспечить, если необходимо, повторное использование реакционноспособных компонентов и/или обезвреживание потенциально вредных веществ.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для обеспечения необходимых направлений движения потоков давление во втором капилляре (трубке) поддерживается ниже, чем в центральном капилляре и третьем капилляре (трубке), а при отсутствии третьего капилляра (трубки) ниже давления окружающей среды.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что может быть применено в качестве системы подачи рабочих потоков для непрерывного проточно-газового анализа веществ; для получения многослойных полупроводниковых и других покрытий методами газо- и жидкофазной эпитаксии, химическими, термохимическими и фотохимическими (в том числе с использованием лазерного излучения) методами модификации поверхностей; для нанесения функциональных слоев в производстве электронных устройств и сенсоров, у которых нежелательно попадание веществ (реагентов) на близлежащие участки поверхности изделия.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что в системе непрерывного проточно-газового анализа веществ в качестве датчиков с открытой чувствительной поверхностью могут быть использованы пьезорезонансные датчики состава (микро-, нановесы, молекулярные весы) на основе поверхностных акустических волн (ПАВ), стандартных кварцевых резонаторов, генераторов и линий задержки, биологические и химические сенсоры различного типа.