Патент на изобретение №2155958
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ГАЗООБРАЗНЫХ ВЕЩЕСТВ
(57) Реферат: Изобретение относится к измерительной и индикаторной технике. Чувствительный элемент представляет собой пористый материал (ткань, пористая бумага, кремниевые фильтры), в который внесены мелкодисперсные фрагменты пленки, состоящей из смеси двух проводящих полимеров: полисиланоанилина и полианилина, где процентное содержание полианилина не превышает 40% от общей массы пленки. Достигается повышение стойкости к отравлению, упрощение изготовления чувствительного элемента и возможность использования его без измерительной аппаратуры. Изобретение относится к измерительной и индикаторной технике и может быть использовано как в измерительных устройствах, так и без них, в качестве визуального индикатора для контроля окружающей среды, измерения концентраций и нахождения течей вредных и дорогостоящих газов, контроля герметичности изделий, содержащих вредные химические вещества, и других устройства, применяемых в метрологии, в сельском хозяйстве, различных отраслях промышленности, в научных исследованиях. Известно устройство, по технической сущности близкое к изобретению – сенсор для анализа газообразных веществ (патент РФ N 2088914, кл. G 01 N 27/30, 1997). Конструктивно сенсор представляет собой диэлектрическую подложку (ситалл, сапфир, окисленный кремний) с нанесенными на нее взаимопроникающими гребенчатыми электродами. В качестве материалов электродов используются золото, платина, хром. На гребенчатые электроды наносится из раствора мономеров анилина и силаноанилина методом электрополимеризации пленка, состоящая из двух проводящих полимеров – полисиланоанилина и полианилина в соотношении 9:1. Полученная пленка может быть модифицирована различными химическими добавками. Работа такого сенсора основана на протекании обратимых окислительно- восстановительных реакций и других взаимодействий в чувствительном слое пленки, в ходе которых меняется проводимость и другие электрофизические параметры. Недостатками такого сенсора являются: быстрая “отравляемость” при длительном воздействии больших концентраций агрессивных газообразных веществ, сложный метод синтеза, в котором необходимо жестко контролировать процентное содержание полисиланоанилина и анилина 9:1, изготовление специальной подложки с гребенчатыми электродами с использованием ряда сложных технологических операций, невозможность использования сенсора даже без простой измерительной аппаратуры, точностные характеристики для более сложного анализа газообразных веществ. Указанные недостатки устраняются заменой диэлектрической подложки с взаимопроникающими гребенчатыми электродами на пористые материалы, использующиеся в качестве матрицы для нанесенного на нее чувствительного материала. Например: фильтровальная бумага, нетканая ткань и другие материалы, обладающие относительной инертностью по отношению к агрессивным веществам. Применяемый способ электрополимеризации дает возможность использовать полоску пористого материала в качестве электрода, пропитанного смесью двух мономеров с модифицирующими добавками, делая ее тем самым проводящей. Таким образом, полимеризация проходит в порах материала, и образующаяся полимерная пленка срастается с самим материалом и прочно там удерживается. Проведенный нами анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволяет установить, что нами не обнаружены аналоги вышеразрабатываемого устройства. Выявленный аналог позволяет определить совокупность соответственных по отношению к усматриваемому нами техническому результату отличительных признаков для заявляемого объекта изобретения. Принцип действия патентуемого чувствительного элемента основан на протекании обратимых окислительно-восстановительных реакций и других взаимодействий в чувствительном слое, в ходе которых изменяется цвет и прозрачность всего чувствительного элемента. Процесс изготовления чувствительного элемента происходит следующим образом. Полоску пористого материала (например, белой капроновой ткани) пропитывают солянокислым раствором анилина и силаноанилина, при необходимости с модифицирующими добавками, и опускают в гальваническую ванну с таким же по составу раствором, каким пропитан сам материал. Материал выполняет роль одного из электродов, в котором происходит рост пленки в режиме циклирования при потенциалах относительно противоэлектрода (который может быть выполнен из графита, золота, платины и других стойких материалов) от -1,8 до +5,4В. Пленка полианилина частично отслаивается в раствор. Таким образом, полианилин не превышает 40% от общей массы пленки, состоящей из смеси проводящих полимеров – полисиланоанилина и полианилина. Оставшийся полианилин не ухудшает характеристики чувствительного элемента, так как с него снимаются не электрофизические параметры, а спектрально-цветовые, которые во много раз стабильнее. При этом содержание полианилина в пленке отлично от 10%. Разработаны методы получения и изготовлены чувствительные элементы на NH3, Cl2, SO2, H2S, HCI, HF, NOx, O2, O3, CO, CO2, пары воды, предельные и непредельные углеводороды, спирты. Пример 1. Определение хлора в воздухе. Смесь из двух проводящих полимеров – полисиланоанилина и анилина, модифицированных бромидами калия и натрия, наносится на белую капроновую ткань с размерами 50x10x1 мм. Цвет ткани при этом становится слегка голубоватым. При взаимодействии чувствительного слоя с Cl2 происходит обратимая химическая реакция с обратимым изменением цвета (голубой-коричневый). Чем больше концентрация Cl2, тем ярче происходит окрашивание. Данный способ позволяет находить течь и грубо оценивать концентрацию газа, имея эталон сравнения, без использования измерительной аппаратуры. Пример 2. Определение концентрации паров соляной кислоты. Аналогичная смесь из двух полимеров, как и в примере 1, только модифицированная анионным комплексом [CuCl4] 2-, наносится на полоску фильтровальной бумаги 10x10x0,5 мм, которая помещается в оптическую ячейку между светодиодом и фотодиодом. Свет от светодиода (посторонний свет в ячейку не проникает) проходит через чувствительный элемент и попадает на фотодиод, который преобразует световой сигнал в электрический. Пары HCl, попадающие в ячейку через специальный газозаборник, вступают в обратимую химическую реакцию с чувствительным слоем, в ходе которой также обратимо изменяется пропускная способность света чувствительного элемента, а следовательно, и электрический сигнал с фотодиода, который таким образом связан с концентрацией HCl. Формула изобретения
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 04.03.2001
Номер и год публикации бюллетеня: 1-2003
Извещение опубликовано: 10.01.2003
|
||||||||||||||||||||||||||
