Датчик сероводорода

 

Использование: измерительная техника в приборах газового анализа, в частности в приборах, определяющих степень загрязнения воздуха сероводородом. Сущность изобретения: полупроводниковый слой датчика выполнен из частично галогёнированного безметального или содержащего переходной металл фталоцианина, причем галогенирование используемого фталоцианина выполнено до замещения атомами галогена (CI, Вг. I) 50-75% периферических атомов водорода, входящих в изоиндольные группировки фталоцианинового макрокольца. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю G 01 N 27/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4782877/25 (22) 15,01,90 (46) 23.01,93. Бюл. N 3 (72) В.Г. Удовицкий (56) Заявка Великобритании

¹ 2142147, кл. 6 01 N 27/12, 1985.

В. Bott, Т.А. Jones. А highly sensitive

N02 sensov based on electrikal conductivity

changes in phtalocyanine films./Sensors and

Actuatovs, 5 (1984), р. 43-53. (54) ДАТЧИК СЕРОВОДОРОДА (57) Использование: измерительная техника в приборах газового анализа, в частности в

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании приборов газового анализа, в частности приборов, определяющих степень загрязнения воздуха сероводородом. Такой прибор должен обладать высокой чувствительностью и обеспечивать определение измеряемого компонента при малых его концентрациях в воздухе на уровне ПДК и ниже;

Известен датчик газа, позволяющий определять сероводород в воздухе. Он представляет собой диэлектрическую подложку с нагревателем и металлическими электродами, на которые нанесен чувствительный к сероводороду полупроводниковый слой, состоящий из SnOz, ZnO, FezOs и А!20з, Для повышения чувствительности к сероводороду полупроводниковая пленка сверху покрыта тонким слоем каталитически активного металла Pt. При 280 С датчик обладает высоким быстродействием и селективностью к сероводороду. Недостаток,5U 1789915 А1 приборах, определяющих степень загрязнения воздуха сероводородом. Сущность изобретения: полупроводниковый слой датчика выполнен иэ частично галогенированного беэметального или содержащего переходной металл фталоцианина, причем галогенирование используемого фталоцианина выполнено до замещения атомами галогена (Cl, Br, I) 50-75% периферических атомов водорода, входящих в изоиндольные группировки фталоцианинового макрокольца. 3 ил. датчика — низкая чувствительность при работе датчика беэ нагрева и высокая стоимость, обусловленная необходимостью применения драгоценного металла Pt c целью повышения чувствительности датчика.

Наиболее близким к предлагаемому является высокочувствительный датчик NOz. основанный на использовании беэметалльных и металлсодержащих фталоцианиновых пленок, нанесенных на диэлектрическую подложку с металлическими электродами.

Датчик обладает хорошей чувствительностью к двуокиси азота и хлору. Его рабочая температура — 100 — 170 С. Недостаток этого датчика в,том, что его чувствительность к сероводороду даже при концентрации последнего в воздухе, равной 5,0 pprri P,2 мг/мз), очень низкая (менее 20% изменения злектропроводности). Это не позволяет использовать данный датчик для обнаружения сероводорода в воздухе на уровне ПДК рабочей эоны (10 мг/м ) (3).

1789915

Цель изобретения — повышение чувствительности датчика к сероводороду в области его малых концентраций, равных ПДК рабочей эоны.

Указанная цель достигается тем, что в известном датчике, содержащем диэлектрическуа подложку, на которой расположены подключЬннйеЪ.источнику измерительного найряжения N измерителю тока металлические электроды и нанесенный на эти электроды полупроводниковый слой, последний выполнен иэ частично галогенированного беэметалльного или содержащего переходный металл фталоцианина, причем галогенирование используемого фталоцианина выполнено до замещения атомами галогена (С1, Br, I) 50 — 75/, периферических атомов водорода,.входя(цих в изоиндольные группировки фталоцианинового макрокольца.

Сущность предлагаемого технического решения, таким образом, состоит в выборе легированного атомами галогена {CI, Br, !) для использования в датчике в качестве чувствительного слоя безметалльного или содержащего один из переходных металлов фталоцианина и выборе такой степени легирования, когда атомами легирующего галогена (О, Br, !) замещается 50-75% атомов водорода, входящих в изоиндольные группировки фталоцианинового макрокольца.

На фиг. 1 показан датчик, включенный в измерительную цепь; на фиг. 2 — молекула частично легированного фталоцианина; на фиг. 3 — график, показывающий изменение сопротивления датчика (в относительных единицах) при воздействии сероводорода на уровне ПДК рабочей зоны, Кривая 1 — для датчика с использованием негалогенированного безметалльного фтапоцианина, кривая 2 — для датчика по данному изобретению после его галогенирования {в данном случае — хлорирования).

П р vl м е р.

ДиэлеКтрическая подложка 1 выполнена иэ сйталла марки СТ-50. Металлические электроды 2 выполнены из серебра методом вакуумного напыления с последующей фотолитографйей. В качестве источника измери гел ьного напряжения 3 используется стабилизатор напряжения постоянного тока типа П4105, а в качестве измерителя тока

4 — измеритель малых токов ИМТ-05, Полупроводниковый слой 5 наносился возгонкой

Технические преимущества предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом состоят в повышении чувствительности датчика к сероводороду в области его малых концентраций в 4 раза. Это позволяет повысить надежность приборов контроля за содержанием сероводорода в воздухе.

Использование предлагаемого изобретения для контроля воздуха на предприятиях, выпускающих или использующих сероводород ипи продукты Hà его основе, а также на предприятиях по добыче и переработке нефти и газа позволяет улучшить технику безопасности, повысить качество выпускаемой продукции и улучшить охрану окружающей среды. в вакууме порошка фталоцианина с последующим легированием в парах галогена. Галогенированная частично молекула фталоцианина показана на фиг, 2. Степень галогенирования варьировалась временем и температурой процесса обработки в парах галогена и была установлена экспериментально (50 — 757 замещения периферических атомов водорода), исходя из условий

10 бптимального соотношения двух параметров — чувствительность датчика к сероводороду в области его малых концентраций и длительности периода восстановления датчика после его экспонирования в среде, со15 держащей сероводород.

Датчик работает следующим образом.

Включается источник 3 питания и измерителем 4 измеряется величина тока через образец, При помещении датчика в среду, 20 содержащую сероводород, его электрическое сопротивление падает (ток в цепи растет). На графике фиг. 3 показано изменение сопротивления датчика при воздействии на него сероводорода с концентрацией 10 мг/м {ПДК рабочей. зоны). Кривая I — для

3 датчика с использованием негалогенированного безметалльного фталоцианина, кривая 2 — для датчика по данному изобре- тению после его хлорирования, Из графика

30 видно, что после галогенирования полупроводниковой пленки изменилась и величина реакции на сероводород (она стала в 4 раза больше) и характер реакции датчика (под воздействием сероводорода сопротивление

35 датчика стало уменьшаться, а до галогенирования — возрастало).

1789915

Уцг. f сх

Хс сх сх нс Ф <х

ИВ ф/ с Г

Ъ Г7Ч, /

/ " . хек ", "ь„

1 хс хс сх

И=И, Ьефеходные иеталлы х-м ar,r.

Уиг. 2

ll S S 10 O и

Р

Фиг. 5

Составитель В.Удовицкий

Техред М.Моргентал Корректор С.Юско

Редактор Т.Куркова

Заказ 346 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Датчик сероводорода, содержащий диэлектрическую подложку, на которой расположены металлические электроды, подключенные к источнику измерительного напряжения и измерителю тока, и нанесенный на эти электроды полупроводниковый слой, отличающийся тем,что,сцелью повышения чувствительности датчика в области микроконцентраций сероводорода, близких к ПДК, полупроводниковый слой выполнен из безметального или содержащего переходный металл фталоцианина, ча5 стично галогенированного до замещения атомами галогена (CI, Br, 1) 50-75ь периферических атомов водорода, входящих в изоиндольные группировки фталоцианинового макрокольца,