RU2208225C1 - Индикатор токсических газов - Google Patents
Индикатор токсических газов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2208225C1 RU2208225C1 RU2001132616/04A RU2001132616A RU2208225C1 RU 2208225 C1 RU2208225 C1 RU 2208225C1 RU 2001132616/04 A RU2001132616/04 A RU 2001132616/04A RU 2001132616 A RU2001132616 A RU 2001132616A RU 2208225 C1 RU2208225 C1 RU 2208225C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- indicator
- polythiophene
- mode
- measuring
- polysilanoaniline
- Prior art date
Links
Landscapes
- Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
Abstract
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 устройств, применяемых в метрологии, в сельском хозяйстве, различных отраслях промышленности, в научных исследованиях. Индикатор токсических газов представляет собой пористый материал, в который внесены мелкодисперсные фрагменты пленки, состоящей из смеси двух проводящих полимеров: политиофена и полисиланоанилина в массовом соотношении 4-3:1,5-1, которые соответственно синтезируются в режиме потенциостатического циклирования при потенциалах от -2.0 до -3.4 в режиме катода и от +5.7 до +7.2 в режиме анода относительно противоэлектрода, который представляет собой графитовый стержень с обвитой вокруг него хромовой проволкой. Достигается повышение селективности и надежности анализа. Данный индикатор может быть использован без измерительной аппаратуры.
Description
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 устройств, применяемых в метрологии, в сельском хозяйстве, различных отраслях промышленности, в научных исследованиях.
Известно устройство - сенсор для анализа газообразных веществ (Патент РФ 2088914).
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.
Недостатком 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.
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.
Известен химический сенсор для анализа токсических газов и паров (Патент РФ 2169359).
Сенсор может представлять собой ткань или иной пористый материал, пропитанный полианилином, который относится к классу проводящих полимеров, легированных комплексами переходных металлов или комплексами ароматических соединений. Принцип действия сенсора основан на обратимом изменении цвета при контакте с анализируемым газом.
Недостатком такого сенсора является повышенная чувствительность к влаге и температуре, что может приводить к изменению его спектральных свойств при длительном использовании. Кроме того, органические полимеры имеют свойство стареть со временем, а нежесткость квазиодномерной решетки приводит к локализации инжектированного как при окислении, так и при восстановлении заряда в области вызванного им искажения геометрии решетки, из-за этого химический сенсор, основанный на полианилине, будет иметь малый срок годности при использовании его в качестве сенсора на газообразные вещества в больших концентрациях, являющиеся сильными окислителями, такими как фтор, хлор, озон.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является "Чувствительный элемент для идентификации газообразных веществ" (Патент РФ 2155958).
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.
Недостатком такого чувствительного элемента является непригодность его использования на газообразный фтор и пары фтороводорода при их большом процентном содержании из-за высокого процентного содержания кремнийсодержащего полимера. Кроме того, полимерная смесь полианилина с полисиланоанилином при взаимодействии с каким-либо анализируемым химическим компонентом не дает большой контрастности при изменении своей цветовой гаммы.
Техническая задача заключается в создании универсального селективного индикатора токсических газов, устойчиво работающего в сильно окислительной газовой среде длительное время, и увеличении контрастности при обратимом химическом взаимодействии анализируемого газа с активным веществом индикатора.
Технический результат достигается за счет синтеза активного вещества индикатора с оптимальным содержанием кремнийсодержащего проводящего полимера полисиланоанилина и химически достаточно стойкого и хорошо подверженного модифицированию различными химическими добавками политиофена (Электрохимия полимеров, Москва: Наука, 1990, М.Р. Тарасевич, Е.И. Хрущева, Электрохимия политиофена, гл. 9, стр.146, 148).
Процесс изготовления производят следующим образом.
Сначала приготавливают смесь растворов, состоящую из 1,1-1,7 молярного раствора соляно-кислого силаноанилина и от 0,1 до 0,8 молярного раствора тиофена в тетрагидрофуране.
Первый раствор готовят путем растворения мономерного порошка силаноанилина в одномолярном водном растворе соляной кислоты, второй - растворением жидкого тиофена при температуре 10-25oС в тетрагидрофуране.
Далее растворы тщательно перемешивают между собой в соотношении 1:1 с использованием магнитной мешалки, а полученную смесь добавляют в водорастворимые модифицирующие добавки 1-5 грамм на 1 литр полученного раствора.
Модифицирующие добавки подбираются в зависимости от газообразного вещества, на которое изготовляется индикатор по следующим признакам.
На газы-восстановители используются добавки с окислительными свойствами. Так, например, на сероводород могут быть использованы гетерополикислоты 2-18 ряда. Их общую формулу можно записать следующим образом:
Нn[РxМеyОz],
где Me может быть одним из переходных металлов (например, вольфрам), а числа n, x, y, z соответственно определяют число атомов в молекуле.
Нn[РxМеyОz],
где Me может быть одним из переходных металлов (например, вольфрам), а числа n, x, y, z соответственно определяют число атомов в молекуле.
На газы-галогены используются соли галогенов, обладающие меньшей реакционной способностью и с большим порядковым номером. Как известно, галогены с меньшим порядковым номером вытесняют галогены с большими порядковыми номерами из их солей. Поэтому для определения хлора и фтора оптимально подходят бромиды и йодиды, например LiBr, Kl, NaBr, Lil.
Для определения паров неорганических кислот, таких как HCl, HF, которые имеют хорошую растворимость в воде, целесообразно использовать гидрофильные добавки, делая поверхность индикатора с хорошими сорбционными свойствами. Для этого оптимально использовать такие неорганические соли, как LiCl, LiBr.
Для определения аммиака модифицируют полимерную пленку оптимально анионными комплексами: [СuСl4] 2- и [NiCl4]2-. Соответственно в качестве модифицирующих добавок используются CuCl2 и NiCl2.
Модифицирующие добавки придают избирательность работе индикатора по отношению к определяемому компоненту.
Процесс активного вещества и самого изготовления чувствительного элемента производят следующим образом. Полоску пористого материала (например, капроновая ткань или нить) пропитывают смесью растворов с модифицирующими добавками, способ приготовления которых был описан выше. Далее пропитанный материал опускают в гальваническую ванну с таким же по составу раствором, каким пропитан и сам материал. Далее последний выполняет роль одного из электродов, в котором происходит рост пленки в режиме потенциостатического циклирования при потенциалах от -2.0 до -3.4 в режиме катода и от +5.7 до +7.2 в режиме анода относительно противоэлектрода, который представляет собой графитовый стержень с обвитой вокруг него хромовой проволкой. В результате электрохимического синтеза образуется активное, но достаточно стабильное вещество, которое состоит из смеси двух проводящих полимеров, модифицированных химическими добавками политиофена и полисиланоанилина в массовом соотношении 4-3:1,5-1.
Разработаны методы получения и изготовлены индикаторы на следующие вещества: HF, F2, Cl2, H2S, HCl, NН3, пары воды.
Пример. Определение наличия газообразного фтора и паров плавиковой кислоты в воздухе.
Приготовили раствор, состоящий из 1,2 молярного раствора соляно-кислого силаноанилина путем растворения монолитного порошка силаноанилина в одномолярном растворе соляной кислоты. Далее приготовили 0,2 молярный раствор тиофена в тетрагидрофуране путем растворения жидкого тиофена при температуре 20oС в тетрагидрофуране. Растворы тщательно перемешали между собой в соотношении 1:1 с использованием магнитной мешалки. Общий объем растворов составил 1 литр. В полученную смесь добавили 2 грамма бромида лития до его полного растворения. После этого полученным раствором пропитали полоску капроновой ткани с размерами 55х20х2 мм, а затем опустили в гальваническую ванну с этим же раствором. Синтезировали в режиме потенциостатического циклирования при потенциалах от -2.0 до -3.4 в режиме катода и от +5.7 до +7.2 в режиме анода относительно противоэлектрода, который представлял собой графитовый стержень с обвитой вокруг него хромовой проволокой. В ходе электрохимического синтеза была получена смесь, состоящая из двух проводящих полимеров: политиофена и полисиланоанилина в соотношении 3:1, модифицированных бромидом лития. Далее ткань высушили, цвет ткани при этом стал серый. Ткань поместили к источнику микропотока фтора с концентрацией 1 мг/м3, цвет ткани при этом изменился на розовый. При обдувке чистым воздухом цвет вернулся опять в первоначальное состояние, то есть стал серым.
Затем эту же ткань поместили в сосуд с парами плавиковой кислоты с концентрацией паров 40 мг/м3, ткань изменила свой цвет на синий. Ткань продержали в этой концентрации 48 часов, а затем обдули чистым воздухом - цвет опять стал серый.
Изготовленный индикатор показал свою селективность, универсальность и работоспособность в агрессивной среде длительное время.
Claims (1)
- Индикатор токсических газов, выполненный в виде пористой матрицы, устойчивой к агрессивным химическим средам, чувствительный элемент которого состоит из смеси модифицированных различными химическими добавками двух проводящих полимеров, содержащий полисиланоанилин, отличающийся тем, что смесь двух проводящих полимеров содержит политиофен при массовом соотношении политиофена и полисиланоанилина 4:3 - 1,5-1, которые синтезируются в режиме потенциостатического цитирования при потенциалах от -2,0 до -3,4 В в режиме катода и от +5,7 до 7,2 В в режиме анода относительно противоэлектрода, который представляет собой графитовый стержень с обвитой вокруг него хромовой проволокой.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001132616/04A RU2208225C1 (ru) | 2001-12-04 | 2001-12-04 | Индикатор токсических газов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001132616/04A RU2208225C1 (ru) | 2001-12-04 | 2001-12-04 | Индикатор токсических газов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2208225C1 true RU2208225C1 (ru) | 2003-07-10 |
Family
ID=29211032
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001132616/04A RU2208225C1 (ru) | 2001-12-04 | 2001-12-04 | Индикатор токсических газов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2208225C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2523893C2 (ru) * | 2009-10-23 | 2014-07-27 | Зм Инновейтив Пропертиз Компани | Структурированный химический датчик, включающий инертный барьерный слой |
RU2563838C1 (ru) * | 2014-03-24 | 2015-09-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России" (федеральный центр науки и высоких технологий) | Способ экспресс-обнаружения агрессивных химических веществ |
-
2001
- 2001-12-04 RU RU2001132616/04A patent/RU2208225C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2523893C2 (ru) * | 2009-10-23 | 2014-07-27 | Зм Инновейтив Пропертиз Компани | Структурированный химический датчик, включающий инертный барьерный слой |
US8955515B2 (en) | 2009-10-23 | 2015-02-17 | 3M Innovative Properties Company | Patterned chemical sensor having inert occluding layer |
RU2563838C1 (ru) * | 2014-03-24 | 2015-09-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России" (федеральный центр науки и высоких технологий) | Способ экспресс-обнаружения агрессивных химических веществ |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bobacka et al. | Single-piece all-solid-state ion-selective electrode | |
Geblewicz et al. | Electron transfer between immiscible solutions: The hexacyanoferrate-lutetium biphthalocyanine system | |
Chen | Preparation, characterization, and electrocatalytic oxidation properties of iron, cobalt, nickel, and indium hexacyanoferrate | |
Lawrence et al. | Electrochemical determination of hydrogen sulfide at carbon nanotube modified electrodes | |
Somerset et al. | Development and application of a poly (2, 2′-dithiodianiline)(PDTDA)-coated screen-printed carbon electrode in inorganic mercury determination | |
Gulaboski et al. | Standard Gibbs energies of transfer of halogenate and pseudohalogenate ions, halogen substituted acetates, and cycloalkyl carboxylate anions at the water| nitrobenzene interface | |
Zhang et al. | Potentiometric detection of silver (I) ion based on carbon paste electrode modified with diazo-thiophenol-functionalized nanoporous silica gel | |
US5869007A (en) | Conducting polymer based acid/base sensors | |
US6436259B1 (en) | Mercury selective electrode | |
Yue et al. | Electrochemiluminescence of Ru (bpy) 3 2+ in 1-ethyl-3-methylimidazolium Tetrafluoroborate Salt and Its Application in the Fabrication of Biosensor for Thrombin | |
RU2208225C1 (ru) | Индикатор токсических газов | |
Bobacka et al. | All‐Solid‐State Ag+‐ISE Based on [2.2. 2] p, p, p‐Cyclophane | |
Yuan et al. | Improved potentiometric response of solid-contact lanthanum (III) selective electrode | |
Khayatian et al. | Conductance study of the thermodynamics of binding of some macrocyclic polyethers with Tl+ ion in dimethylformamide-acetonitrile mixtures | |
Siebert et al. | Oxygen sensing with solid electrolyte cells from room temperature up to 250° C | |
Bakhtiarzadeh et al. | The Electropolymerization of 2, 6‐Diaminopyridine and Its Application as Mercury Ion Selective Electrode | |
Laher et al. | Electrochemical studies of chloro complex formation in low temperature chloroaluminate melts. 2. Silver (I) | |
Liu et al. | Effects of water on ionic liquid electrochemical microsensor for oxygen sensing | |
Bachman et al. | The Dropping Mercury Electrode in Acetic Acid. I. Discontinuous Current-Voltage Curves1 | |
Kubendhiran et al. | Charge based electrochemical determination of sulfide ions in water samples using Poly-L-lysine modified electrode | |
Sharif | Towards identifying disinfectants and quantifying disinfectant levels in water | |
Okada et al. | Role of plasticizers on the characteristics of poly (vinyl chloride)-membrane lithium-selective electrodes based on phenanthroline derivatives | |
Cohen-Atiya et al. | Studying electron transfer through alkanethiol self-assembled monolayers on a hanging mercury drop electrode using potentiometric measurements | |
Galal et al. | A potentiometric iodide (and other) ion sensor based on a conducting polymer film electrode: Part II. effect of electrode conditioning and regeneration techniques | |
Pailleret et al. | Electrochemical oxidation of a tetraester calix [4] arene |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031205 |
|
NF4A | Reinstatement of patent | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181205 |