SU911290A1

SU911290A1 - Sensing element for measuring ethanol vapor concentration

Info

Publication number: SU911290A1
Application number: SU802893248A
Authority: SU
Inventors: Василий Михайлович Баженов; Виталий Евгеньевич Иващенко; Игорь Александрович Рудых; Инесса Михайловна Самодумова; Ирина Борисовна Слинякова; Жанна Васильевна Черненко
Original assignee: Предприятие П/Я В-8855; Институт Физической Химии Ан Ссср
Priority date: 1980-03-18
Filing date: 1980-03-18
Publication date: 1982-03-07

Description

Изобретение относится к аналитическому приборостроению и может быть использовано при разработке и эксплуатации приборов для измерения микроконцентраций этанола.The invention relates to analytical instrumentation and can be used in the development and operation of devices for measuring micro-concentrations of ethanol.

Известно устройство для измерения концентраций этанола, в котором используется пьезосорбционный чувствительный элемент, выполненный в виде резонатора, покрытого специальной пленкой, чувствительной к парам этанола.A device for measuring ethanol concentrations is known, which uses a piezosorption sensing element made in the form of a resonator coated with a special film sensitive to ethanol vapor.

Чувствительный элемент покрыт солью ' натрия сульфированного полистирола [1].The sensitive element is coated with sodium salt of sulfonated polystyrene [1].

Однако устройство очень сложно в аппаратурном оформлении. Соль натрия сульфированного полистирола обладает малой коррозионной устойчивостью к органическим растворителям, вследствие чего чувствительный’элемент обладает пониженной надежностью, стабильностью и недостаточной коррозионной стойкостью. IHowever, the device is very difficult in hardware design. Sodium salt of sulfonated polystyrene has low corrosion resistance to organic solvents, as a result of which the sensitive element has reduced reliability, stability and insufficient corrosion resistance. I

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является чувствительный элемент для измерения концентраций паров этанола, выполненный в виде пьезокварце2 вой пластины с электродами, на которую нанесена газочувствительная пленка. Пленку , получают из раствора ацетилцеллюлозы [2].Closest to the technical nature of the invention is a sensitive element for measuring the concentration of ethanol vapor, made in the form of a piezoelectric quartz plate with electrodes on which a gas-sensitive film is applied. The film is obtained from a solution of cellulose acetate [2].

Существенными недостатками данного устройства является химическая нестойкость к . анализируемому веществу - этанолу, так как при воздействии на ацетилцеллюлозу этилового спирта она постепенно разрушается. Вследствие этого уменьшается срок службы чувствительного элемента. Кроме того, вследствие химического взаимодействия чувствительной пленки с этанолом пленка подвергается химическим изменениям, результатом которого является понижение точности измерения микроконцентраций этилового спирта. Кроме того, чувствительная пленка из ацетилцеллюлозы активно поглощает из анализируемой среды влагу до 13-15%, что приводит к понижению избирательной способности и к дополнительной погрешности чувствительного элемента. Это влечет за собой усложенение аппаратурного оформления приборов для измерения концентрации парой этанола, вследствие применения влагп-Significant disadvantages of this device is chemical instability to. the analyte is ethanol, since when it is exposed to ethyl alcohol on cellulose acetate, it gradually breaks down. As a result, the life of the sensor is reduced. In addition, due to the chemical interaction of the sensitive film with ethanol, the film undergoes chemical changes, the result of which is a decrease in the measurement accuracy of micro-concentrations of ethyl alcohol. In addition, the sensitive cellulose acetate film actively absorbs moisture from the analyzed medium to 13-15%, which leads to a decrease in the selectivity and to an additional error of the sensitive element. This entails a complication of the hardware design of instruments for measuring the concentration of a pair of ethanol, due to the use of moisture

9112s поглощающих мембран или осушительных устройств.9112s absorbent membranes or dehumidifiers.

Цель изобретения — повышение точности, , стабильности, увеличение срока службы, обеспечение селективности измерения, корро- $ знойной стойкости чувствительных элементов и упрощение аппаратурного оформления анализаторов для измерения, например, микроконцентраций паров этанола.The purpose of the invention is to increase accuracy, stability, increase service life, ensure selectivity of measurement, corrosion resistance of sensitive elements and simplify the hardware design of analyzers for measuring, for example, microconcentrations of ethanol vapor.

Поставленная цель достигается тем, что в 10 чувствительном элементе, для измерения концентраций паров этанола, выполненном в виде пьезокварцевой пластины с электродами, на которую нанесена газочувствительная пленка, последняя выполнена из ксерогеля полиметилсилоксана.This goal is achieved by the fact that in the 10th sensitive element, for measuring the concentration of ethanol vapor, made in the form of a piezoelectric quartz plate with electrodes on which a gas-sensitive film is applied, the latter is made of polymethylsiloxane xerogel.

На фиг. 1 приведен чувствительный элемент, общий вид; в разрезе; на фиг. 2 его сорбционно-частотная характеристика, где на оси абсцисс показана концентрация паров этанола' в млн^-1 объемных (с), а по оси ординат — изменение частоты (AF) в гЦ, кварца частотой 9 мГц, масса пленки 30 кГц.In FIG. 1 shows a sensitive element, a general view; in the context; in FIG. 2 it sorption-frequency characteristic, wherein the abscissa shows the concentration of ethanol vapor ^'-1 in ppm by volume (s), and the ordinate axis - the change in frequency (AF) in Hz, a frequency of 9 MHz quartz, film weight of 30 kHz.

Чувствительный элемент состоит из пьезокварцевой пленки 1 с серебряными электродами 2, к которым припаяны токоотводы 3. На пластину нанесена газочувствительная пленка 4, выполненная из ксерогеля полиметилсилоксана.The sensitive element consists of a piezoelectric film 1 with silver electrodes 2, to which the collectors 3 are soldered. A gas-sensitive film 4 made of polymethylsiloxane xerogel is applied to the plate.

Чувствительный элемент работает следующим образом.The sensitive element operates as follows.

При его включении в схему электронного генератора, пьезокварцевая пластина 1с электродами 2 и чувствительной к этанолу пленкой 4 совершают электромеханические ^3Sколебания с высокой частотой, определяемой толщиной пластины и массой чувствительного элемента. При сорбции чувствительной пленки паров этанола из анализируемого газа изменяется масса чувствительного элемента ⁴⁰и изменяется частота колебаний. Изменение частоты колебаний чувствительного элемента находится в функциональной зависимости от массы паров ксерогеля полиметилсилоксана.When it is included in the electronic generator circuit, the piezoelectric quartz plate 1 with electrodes 2 and ethanol-sensitive film 4 perform electromechanical ^3S oscillations with a high frequency determined by the plate thickness and the mass of the sensitive element. Upon sorption of the sensitive film of ethanol vapor from the analyzed gas, the mass of the sensitive element ⁴⁰ changes and the oscillation frequency changes. The change in the vibration frequency of the sensing element is in functional dependence on the mass of vapors of the xerogel of polymethylsiloxane.

Чувствительный элемент изготавливают пу- ** тем нанесения на кварцевый резонатор чувствительной к этанолу пленки ксерогеля полиметилсилоксана, например, методом распыления раствора сорбента в токе газа-носителя. Ксерогель полиметилсилоксана получен из S0 метилтриэтоксисилана методом гидролитичес- кой· поликонденсации в органической среде. В результате реакций поликонденсации на кварцевой пластине образуется пространствен- ,· но-сшитый полимер. После нанесения чувст- 55 вительной пленки при 60+5° С на кварцевую пластину, чувствительный элемент подвергают промывке в этиловом спирте и сушке при . 4The sensitive element is produced by ** applying a polymethylsiloxane xerogel film sensitive to ethanol to a quartz resonator, for example, by spraying a sorbent solution in a carrier gas stream. Polymethylsiloxane xerogel was obtained from S0 methyltriethoxysilane by hydrolytic polycondensation in an organic medium. As a result of polycondensation reactions, a spatially, · but-crosslinked polymer forms on the quartz plate. After applying a sensitive film at 60 + 5 ° C on a quartz plate, the sensitive element is washed in ethanol and dried at. 4

120*5° С. Чувствительная пленка представляет собой гель с пространственной структурой. В высушенном состоянии она представляет собой твердый гидрофобный пористый адсорбент с развитой поверхностью. Она не растворима в органических растворителях и не набухает в них. Ксерогель полиметилси- . локсана — это адсорбент с большим предельносорбционным объемом пор, удельной поверхностью 90-100 м²/г и радиусом пор 15-2ОА. Этим обусловливается большая чувствительность к парам этанола данного чувствительного элемента. Кроме того, ввиду высокой химической стойкости ксерогеля полиметилсилоксана к различным растворителям чувствительный элемент обладает стабиль* ностью показаний во времени, а, следовательно, и точностью показаний. Для изготовления чувствительного элемента использовался . кварцевый резонатор с частотой колебаний 9.000 кГц. Масса чувствительной к этанолу пленки равна 80 мкг.120 * 5 ° C. The sensitive film is a gel with a spatial structure. In the dried state, it is a solid hydrophobic porous adsorbent with a developed surface. It is insoluble in organic solvents and does not swell in them. Xerogel polymethylsi-. Loxane is an adsorbent with a large maximum sorption pore volume, specific surface area of 90-100 m ² / g and a pore radius of 15-2OA. This determines the greater sensitivity to ethanol vapor of this sensitive element. In addition, due to the high chemical resistance of the polymethylsiloxane xerogel to various solvents, the sensitive element possesses stability of readings over time, and, consequently, accuracy of readings. For the manufacture of a sensitive element was used. quartz resonator with an oscillation frequency of 9.000 kHz. The mass of the ethanol-sensitive film is 80 μg.

Чувствительный элемент обладает хорошей чувствительностью к измеряемому компоненту - этанолу (фиг. 2) · Нанесение чувствительной пленки производится на специальной установке с помощью распыления: пленкообразующего раствора в токе газа-носителя на вращаюпщйся кварцевый резонатор, что позволяет доставь хорошей воспроизводимости чувствительных элементов.The sensitive element has good sensitivity to the measured component - ethanol (Fig. 2)

Предлагаемый чувствительный элемент можно использовать при разработке анализаторов паров этанола, особенно микроконцентраций. Использование чувствительного элемента для измерения микроконцентраций этанола позволит, получить положительный эффект, заключающийся в повышении точности, надежности и стабильности показаний чувствительный элементов анализаторов паров этанола, в увеличении коррозионной стойкости, а значит й срока службы чувствительных элементов, в увеличении избирательной способности чувствительного элемента к парам этанола. Кроме того, упрощается аппаратурное оформление анализаторов этанола, ввиду исключения из них устройств для осушки анализируемого газа, так как пленка ксерогеля полиметилсилоксана является гидрофобной.The proposed sensitive element can be used in the development of ethanol vapor analyzers, especially microconcentrations. The use of a sensitive element for measuring micro-concentrations of ethanol will allow one to obtain a positive effect, which consists in increasing the accuracy, reliability and stability of readings of sensitive elements of ethanol vapor analyzers, in increasing corrosion resistance, and hence the service life of sensitive elements, in increasing the selective ability of the sensitive element for ethanol vapor . In addition, the hardware design of ethanol analyzers is simplified, due to the exclusion of devices for drying the analyzed gas from them, since the polymethylsiloxane xerogel film is hydrophobic.

Claims

1. The patent of France N 1429269, cl. G 01 N 27/02. publish 1967.

2. The US patent K 3266291, QW. 73-23, published. 197Q (prototype).