Патент на изобретение №2371839
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО СЛОЯ ПЬЕЗОКВАРЦЕВОГО СЕНСОРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРОВ ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам нанесения покрытий на электроды пьезокварцевых резонаторов, и может быть использовано при разработке и оптимизации метрологических характеристик пьезокварцевых сенсоров в аналитической химии. Задачей изобретения является разработка пьезокварцевого сенсора, модифицированного тонкими (десятки нанометров) высокоупорядоченными пленками каликс[4]резорцинарена, для определения паров органических растворителей. Технический результат заключается в обеспечении высокой воспроизводимости сигнала датчика (±3 Гц) при малом времени отклика (10-15 секунд) и продолжительном «времени жизни» (более 150 циклов сорбция-десорбция). Способ заключается в модификации поверхности сенсора пленкой Ленгмюра-Блоджетт дифильного аминометилированного каликс[4]резорцинарена, при этом пленка содержит от 15 до 25 монослоев при поверхностном давлении 25 мН/м. 3 табл.
Объект исследования относится к области аналитической химии, а именно к способам нанесения покрытий на электроды пьезокварцевых резонаторов, и может быть использован при разработке и оптимизации метрологических характеристик пьезокварцевых сенсоров. Известен способ модификации поверхности пьезокварцевого датчика (см. патент РФ Однако данный способ не предусмотрен для селективного определения паров органических растворителей. Известен способ получения чувствительного слоя акустического датчика (см. заявку KR Датчик отличается низким пределом обнаружения паров органических растворителей, однако детектирование сигнала основано на поверхностных акустических волнах и требует специального оборудования – более дорогостоящего и менее доступного по сравнению с пьезокварцевыми сенсорами. Наиболее близким по технической сущности является способ модификации электродов пьезокварцевого резонатора для определения паров органических растворителей (см. патент РФ Однако данный способ не предусматривает использование в качестве сорбентов нелетучих соединений, например каликс[4]резорцинаренов, обеспечивающих большую селективность определения за счет наличия в молекуле полости определенного размера. Не выявлено решений, в которых используются чувствительные слои пьезокварцевых сенсоров на основе пленок Ленгмюра-Блоджетт каликс[4]резорцинаренов. Задачей заявляемого изобретения является разработка пьезокварцевого сенсора, модифицированного тонкими (десятки нанометров) высокоупорядоченными пленками каликс[4]резорцинарена, для определения органических растворителей. Технический результат заключается в обеспечении высокой воспроизводимости сигнала датчика (±3 Гц) при малом времени отклика (10-15 секунд) и продолжительном «времени жизни» (более 150 циклов сорбция-десорбция). Поставленная задача достигается тем, что в способе получения чувствительного слоя пьезокварцевого сенсора для определения паров органических растворителей, заключающемся в модификации поверхности сенсора, согласно решению модификацию осуществляют пленкой Ленгмюра-Блоджетт дифильного аминометилированного каликс[4]резорцинарена, при этом пленка содержит от 15 до 25 монослоев при поверхностном давлении 25 мН/м. Способ основан на технологии Ленгмюра-Блоджетт, включающей 2 стадии: 1) формирование упорядоченного монослоя дифильного производного каликс[4]резорцинарена на поверхности водной субфазы, 2) последующий многократный перенос полученных монослоев на поверхность пьезокварцевого сенсора при постоянном поверхностном давлении. Монослои и пленки Ленгмюра-Блоджетт получали на основе дифильного аминометилированного каликс[4]резорцинарена (КРА):
Рабочий раствор КРА, 5·10-4 М, готовили растворением точной навески вещества в хлороформе. Формирование, исследование монослоев и получение пленок по методу Ленгмюра-Блоджетт осуществлялось на установке УНМ-2 производства МНПО “НИОПИК” (г.Москва, Россия). Для получения мономолекулярных слоев раствор каликс[4]резорцинарена наносился на поверхность жидкой субфазы – бидистиллированной воды – с помощью микропипетки. Далее монослой выдерживался в течение 30 мин для испарения растворителя, после чего сжимался подвижным барьером до поверхностного давления 15-30 мН/м и переносился при постоянном давлении на поверхность пьезокварцевого резонатора путем опускания и вынимания вертикально ориентированной пластинки сквозь монослой в субфазу. Поверхность пьезокварцевого резонатора предварительно обрабатывали кипячением в изопропиловом спирте (15 минут) и промывали дистиллированной водой. После каждого цикла нанесения слой высушивался в течение 20 минут. По данным изменения площади монослоя к площади подложки рассчитывали коэффициент переноса по формуле:
Зависимость коэффициента переноса от поверхностного давления нанесения представлена в таблице 1.
На основании данных таблицы 1 выбрано поверхностное давление переноса 25 мН/м, так как оно обеспечивает наибольшую эффективность переноса при максимальной воспроизводимости. При данном поверхностном давлении наносились пленки Ленгмюра-Блоджетт КРА, содержащие от 5 до 30 монослоев. Модифицированный такими покрытиями пьезокварцевый сенсор, представляющий собой пьезокварцевый резонатор, используется в качестве датчика паров легколетучих органических растворителей (бензол, толуол). В таблице 2 представлены величины отклика сенсоров на пары бензола и толуола в зависимости от числа монослоев в пленке модификатора. Как видно из данных табл.2, с увеличением числа монослоев отклик сенсора на пары органических растворителей возрастает; в то же время после 25 монослоев наблюдается снижение воспроизводимости сигнала и увеличение времени отклика. Таким образом, оптимальной является модификация сенсора пленкой Ленгмюра-Блоджетт, содержащей 15-25 монослоев.
Таким образом, модификация поверхности сенсора пленкой Ленгмюра-Блоджетт каликс[4]резорцинарена с 15-25 монослоями обеспечивает оптимальные метрологические характеристики пьезокварцевых сенсоров на пары органических растворителей. В таблице 3 представлено сравнение метрологических характеристик пьезокварцевых сенсоров, модифицированных предложенным способом, с сенсором, модифицированным традиционным для труднолетучих модификаторов методом статического испарения капли [Кучменко Т.А. Применение метода пьезокварцевого микровзвешивания в аналитической химии. Воронеж: Воронеж. гос. технол. акад., 2001. 280 с.]. Преимуществами предлагаемого способа модификации поверхности пьезокварцевых сенсоров являются: возможность получения упорядоченной наноразмерной пленки модификатора, в том числе на основе нелетучих соединений, например каликс[4]резорцинаренов, обеспечивающих селективность сенсоров; точный контроль толщины пленки (вплоть до 1 монослоя) и оптимизация на этой основе величины аналитического сигнала; высокая воспроизводимость сигнала полученного пьезокварцевого сенсора (±3 Гц); полученные сенсоры на пары органических соединений отличаются малым временем отклика – 10-15 сек, обратимостью – полная регенерация достигается при выдержке резонатора в потоке воздуха в течение 1 мин, продолжительным «временем жизни», выдерживая более 150 циклов сорбция-десорбция.
Формула изобретения
Способ получения чувствительного слоя пьезокварцевого сенсора для определения паров органических растворителей, заключающийся в модификации поверхности сенсора, отличающийся тем, что модификацию осуществляют пленкой Ленгмюра-Блоджетт дифильного аминометилированного каликс[4]резорцинарена, при этом пленка содержит от 15 до 25 монослоев при поверхностном давлении 25 мН/м.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2236672, МПК G01N 30/00, G01N 31/00) пленкой Ленгмюра-Блоджетт на основе арахиновой кислоты, что позволяет детектировать нитрометан в воздухе рабочей зоны предприятий фармацевтической и парфюмерной промышленности с высокой точностью и чувствительностью.
F, Гц