RU2678771C1 - Химический газовый сенсор на основе гидроксиапатита - Google Patents
Химический газовый сенсор на основе гидроксиапатита Download PDFInfo
- Publication number
- RU2678771C1 RU2678771C1 RU2017145973A RU2017145973A RU2678771C1 RU 2678771 C1 RU2678771 C1 RU 2678771C1 RU 2017145973 A RU2017145973 A RU 2017145973A RU 2017145973 A RU2017145973 A RU 2017145973A RU 2678771 C1 RU2678771 C1 RU 2678771C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydroxyapatite
- electrodes
- sensor based
- mass
- mhz
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 claims abstract description 21
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 5
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005085 air analysis Methods 0.000 abstract 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N Methylamine Chemical compound NC BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N N-Pentanol Chemical compound CCCCCO AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940072049 amyl acetate Drugs 0.000 description 2
- PGMYKACGEOXYJE-UHFFFAOYSA-N anhydrous amyl acetate Natural products CCCCCOC(C)=O PGMYKACGEOXYJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WGQKYBSKWIADBV-UHFFFAOYSA-N benzylamine Chemical compound NCC1=CC=CC=C1 WGQKYBSKWIADBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MNWFXJYAOYHMED-UHFFFAOYSA-M heptanoate Chemical compound CCCCCCC([O-])=O MNWFXJYAOYHMED-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 229910014497 Ca10(PO4)6(OH)2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- -1 alkyl acetates Chemical class 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- HPNMFZURTQLUMO-UHFFFAOYSA-N diethylamine Chemical compound CCNCC HPNMFZURTQLUMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N5/00—Analysing materials by weighing, e.g. weighing small particles separated from a gas or liquid
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
- H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
- H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области анализа газовых и воздушных сред. Раскрыт химический сенсор на основе гидроксиапатита, изготовленный из пьезокварцевого резонатора ОАВ-типа с серебряными электродами с частотой колебаний 8-30 МГц, на электроды которого наносят методом УЗ-суспензирования ацетоновые взвеси нанодисперсного гидроксиапатита (Cа(PO)OH) так, чтобы после удаления растворителя путем высушивания при температуре 50 °С в течение 20 минут масса фазы составляла 2-4 мкг. Сенсор характеризуется временем жизни не менее двух лет с числом актов сорбции-десорбции не менее 3000 циклов, а также обладает высокой чувствительностью и регулируемой селективностью к основным органическим и неорганическим легколетучим соединениям. 1 ил., 1 пр.
Description
Предназначен для применения в анализе газовых и воздушных сред как элемент оборудования и устройств (газоанализатор, анализатор газов).
Известны химические сенсоры на основе пьезокварцевых резонаторов объемных акустических волн с чувствительными покрытиями на электродах из полимерных, вязких, твердых структур [Проблемы аналитической химии / Научный совет по аналитической химии ОХНМ РАН. – М. : Наука, 2010. - . Т.14: Химические сенсоры / пол ред. Ю.Г. Власова. – 2011. – 2011. – 399 с., точнее С. 153]. Недостатком сенсоров с полимерными покрытиями является малое время жизни, преимуществом – высокая селективность. Для других твердотельных покрытий (наноструктурированных электродных материалов) недостатком является низкая селективность, а преимуществом является большое время жизни сенсоров.
Технической задачей изобретения является разработка химического сенсора на основе гидроксиапатита из пьезокварцевых микровесов с большим временем жизни, высокой чувствительностью и регулируемой селективностью.
Для решения технической задачи предложен химический сенсор на основе гидроксиапатита, изготовленный из пьезокварцевого резонатора ОАВ-типа с серебряными электродами с частотой колебаний 8-30 Мгц, на электроды которых наносят методом УЗ-суспензирования ацетоновые взвеси нанодисперсного гидроксиапатита (Cа5(PO4)3OH) так, чтобы после удаления растворителя путем высушивания при температуре 50 °С в течение 20 минут, масса фазы составляла 2-4 мкг.
Фигура 1 Селективность (S) микровзвешивания относительно паров воды (а - сенсор с большой массой гидроксиапатита (4 мкг); б - с малой массой гидроксиапатита (2 мкг)).
Техническим результатом изобретения является разработка химического сенсора на основе гидроксиапатита, изготовленный из пьезокварцевого резонатора ОАВ-типа, электроды которых покрыты нанодисперсной фазой гидроксиапатита (Cа5(PO4)3OH), проявляющего высокую чувствительность и регулируемую селективность к основным органическим и неорганическим легколетучим соединениям: к воде, аминам, алкилацетатам и характеризуются временем жизни не менее двух лет с числом актов сорбции-десорбции не менее 3000 циклов.
Техническое решение реализуется следующим образом.
Промышленный пьезокварцевый резонатор объемных акустических волн с базовой частотой колебаний 8-30 МГц распаивают из вакуума и обезжиривают в ацетоне, сушат. Готовят суспензию нанодисперсного гидроксиапатита Cа5(PO4)3OH в ацетоне в ультразвуковой ванне. Обезжиренный пьезокварцевый резонатор погружают в суспензию, высушивают и оценивают массу покрытия, которая должна составлять 2-4 мкг.
Преимущества и свойства химического сенсора на основе гидроксиапатита подтверждаются следующим примером.
Пример.
Для изготовления химического сенсора на основе гидроксиапатита применяется гидроксиапатит Cа5(PO4)3OH, из которого готовят суспензию в ацетоне, используют УЗ-ванну мощностью 90 Вт в течение 2 мин. Обезжиренный в ацетоне пьезокварцевый резонатор частотой 10 МГц, которую точно фиксируют на частотомере (F1, Гц) погружают в суспензию на 5-10 сек, высушивают при температуре 50 °С в течение 20 минут, охлаждают, вновь измеряют частоту колебаний на частотомере (F2, Гц) и оценивают массу покрытия mпл, которая должна составлять от 2-4 мкг, по известному уравнению Зауэрбрея: mпл = 
.
Оценивали селективность приготовленных по описанной методике химических сенсоров на основе гидроксиапатита массой 2 и 4 мкг к основным легколетучим органическим соединениям. Так, химический сенсор с малой массой гидроксиапатита наиболее селективен к парам метиламина, бензиламина, амилацетата, уксусной кислоты, а с большой массой гидроксиапатита к парам ацетона, пентанола, этанола, диэтиламина, амилацетата.
После 1000 актов сорбции-десорбции относительное изменение масс покрытий при нанесении минимальной (2,15 мкг) и максимальной (4,03 мкг) массы гидроксиапатита Cа5(PO4)3OH не превышает 2-5 %.
Изменение природы растворителя (замена ацетона на хлороформ, толуол, спирты, воду) не позволяет получить однородную устойчивую мелкодисперсную суспензицию. Нанесение фазы гидроксиапатита другой структуры (Cа10(PO4)6(OH)2) приводит к получению химических сенсоров с другими, менее приемлемыми эксплуатационными свойствами. Нанесение покрытия меньше 2 или более 4 мкг приводит к уменьшению чувствительности, сокращению времени жизни и невелированию селективности.
Достоинствами химического пьезокварцевого сенсора на основе гидроксиапатита является высокая стабильность во времени - большое время жизни (не менее 2 лет), высокая чувствительность по массе и регулируемая селективность определения легколетучих органических соединений.
Claims (1)
- Химический сенсор на основе гидроксиапатита, изготовленный из пьезокварцевого резонатора ОАВ-типа с серебряными электродами с частотой колебаний 8-30 МГц, на электроды которого наносят методом УЗ-суспензирования ацетоновые взвеси нанодисперсного гидроксиапатита (Cа5(PO4)3OH) так, чтобы после удаления растворителя путем высушивания при температуре 50 °С в течение 20 минут масса фазы составляла 2-4 мкг.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017145973A RU2678771C1 (ru) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | Химический газовый сенсор на основе гидроксиапатита |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017145973A RU2678771C1 (ru) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | Химический газовый сенсор на основе гидроксиапатита |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2678771C1 true RU2678771C1 (ru) | 2019-02-01 |
Family
ID=65273784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017145973A RU2678771C1 (ru) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | Химический газовый сенсор на основе гидроксиапатита |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2678771C1 (ru) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2259007C1 (ru) * | 2004-01-29 | 2005-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия | Способ модификации электродов пьезокварцевого резонатора |
-
2017
- 2017-12-26 RU RU2017145973A patent/RU2678771C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2259007C1 (ru) * | 2004-01-29 | 2005-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия | Способ модификации электродов пьезокварцевого резонатора |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| CONNELLY C. et al. Dynamic interactions of amelogenin with hydroxyapatite surfaces are dependent on protein phosphorylation and solution pH // Colloids Surf B Biointerfaces, 2016, V.148, pp.377-384. * |
| БОСИКОВА Ю.Н. и др. Применение нанодисперсной фазы гидроксиапатита в качестве селекторного слоя газовых анализаторов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, посвященной 120-летию со дня рождения С.Е. Харина, Воронеж, 2016, стр.280. * |
| КОЧЕТОВА Ж.Ю. и др. Исследование сорбции паров фенолов и диэтиламина методом пьезокварцевого микровзвешивания // Вестник ВГУИТ, 2012, N 2, стр.121-124. * |
| КОЧЕТОВА Ж.Ю. и др. Исследование сорбции паров фенолов и диэтиламина методом пьезокварцевого микровзвешивания // Вестник ВГУИТ, 2012, N 2, стр.121-124. CONNELLY C. et al. Dynamic interactions of amelogenin with hydroxyapatite surfaces are dependent on protein phosphorylation and solution pH // Colloids Surf B Biointerfaces, 2016, V.148, pp.377-384. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108872063B (zh) | 一种基于参数激励及同步共振的微量物质检测装置及方法 | |
| JP3653113B2 (ja) | 圧電性の気体センサ | |
| RU2678771C1 (ru) | Химический газовый сенсор на основе гидроксиапатита | |
| RU2014142011A (ru) | Способы оценки характеристик крепирующей адгезивной пленки и способы модифицирования крепирующей адгезивной пленки | |
| Lei et al. | A novel serial high frequency surface acoustic wave humidity sensor | |
| EP0740143B1 (de) | Schwingquarzsensor | |
| Murrieta-Rico et al. | Frequency domain sensors and frequency measurement techniques | |
| Ashley et al. | Chemically sensitized thin-film bulk acoustic wave resonators as humidity sensors | |
| Das et al. | Physico-chemical behaviour of L-phenylalanine in aqueous and aqueous D-glucose solutions at different temperatures | |
| Saha et al. | A novel langasite crystal microbalance instrumentation for UV sensing application | |
| Zielinski et al. | Measuring aerosol phase changes and hygroscopicity with a microresonator mass sensor | |
| Sharma et al. | Effect of N-acetylglycine on volumetric and acoustic behaviour of aqueous tetrabutylammonium iodide solutions at different temperatures | |
| Chen et al. | A poly (vinylidene fluoride)-coated ZnO film bulk acoustic resonator for nerve gas detection | |
| Zaitsev et al. | Gas Sensor Based on the Piezoelectric Resonator with Lateral Electric Field and Films of Chitosan Salts | |
| Radeva et al. | Humidity sensing properties of plasma polymer coated surface transverse wave resonators | |
| Islam et al. | An oscillator based active bridge circuit for converting capacitance change into frequency for capacitive humidity sensor | |
| KR101355371B1 (ko) | 전기적 특성과 질량변화를 동시에 측정하는 수정 진동자 미세 저울 센서 | |
| RU2298781C2 (ru) | Устройство для измерения влажности газов | |
| Välimäki et al. | Prediction ability of a lumped-element equivalent-circuit model for thickness-shear mode resonators in liquids | |
| RU153749U1 (ru) | Установка для изопиестирования | |
| JP2001304945A (ja) | 高周波数水晶振動子を用いた超微量質量の検出装置及びその校正方法 | |
| JP2007101225A (ja) | センサ及びこれを備えた測定装置 | |
| RU2486498C2 (ru) | Способ измерения относительной влажности воздуха | |
| Hassanzadeh et al. | Relative humidity measurement using capacitive sensors | |
| Hekiem et al. | Study of adsorption isotherms in the detection of acetone and isopropyl alcohol using QCM sensor with chitosan sensing layer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191227 |