RU2308713C2 - Ammonia concentration sensor and a method for forming sensitive layer - Google Patents

Ammonia concentration sensor and a method for forming sensitive layer Download PDF

Info

Publication number
RU2308713C2
RU2308713C2 RU2004134184/28A RU2004134184A RU2308713C2 RU 2308713 C2 RU2308713 C2 RU 2308713C2 RU 2004134184/28 A RU2004134184/28 A RU 2004134184/28A RU 2004134184 A RU2004134184 A RU 2004134184A RU 2308713 C2 RU2308713 C2 RU 2308713C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polyphthalocyanine
manganese
sensitive layer
fragments
ammonia
Prior art date
Application number
RU2004134184/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004134184A (en
Inventor
Сергей Аркадьевич Крутоверцев (RU)
Сергей Аркадьевич Крутоверцев
Ольга Михайловна Иванова (RU)
Ольга Михайловна Иванова
Александр Владимирович Зорин (RU)
Александр Владимирович Зорин
Алла Евгеньевна Тарасова (RU)
Алла Евгеньевна Тарасова
Сергей Владимирович Вдовичев (RU)
Сергей Владимирович Вдовичев
Алла Ильинична Шерле (RU)
Алла Ильинична Шерле
Эдуард Федорович Олейник (RU)
Эдуард Федорович Олейник
Валентина Васильевна Промыслова (RU)
Валентина Васильевна Промыслова
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Практик-НЦ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Практик-НЦ" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Практик-НЦ"
Priority to RU2004134184/28A priority Critical patent/RU2308713C2/en
Publication of RU2004134184A publication Critical patent/RU2004134184A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2308713C2 publication Critical patent/RU2308713C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

FIELD: analytical instrumentation engineering.
SUBSTANCE: invention is intended for use in environmental monitoring and provides ammonia concentration sensor comprising support carrying electrodes, sensitive layer based on urea fragments-containing manganese polyphthalocyanine, and resistive heater. Formation of sensitive layer comprises preparation of urea fragments-containing manganese polyphthalocyanine and subsequent deposition thereof onto support with electrode systems formed on its surface. Preparation of urea fragments-containing manganese polyphthalocyanine involves synthesis of manganese polyphthalocyanine by heating mixture of 0.2 g pyromellitic acid tetranitrile, 4.09 g urea, and 0.058 g anhydrous manganese chloride to 145°C for 1 h and heating at this temperature for further 25 h. Reaction medium is then extracted with boiling ethanol and dried to constant weight. Deposition of urea fragments-containing manganese polyphthalocyanine on support is performed using vacuum thermal spraying technique for 5-8 min at 1000-1200°C.
EFFECT: increased sensitivity and selectivity of sensor toward ammonia in mixture with other gases.
3 cl, 3 dwg, 2 tbl, 4 ex

Description

Данное изобретение относится к области аналитического приборостроения, а именно к датчикам состава газов и способам формирования их чувствительных слоев.This invention relates to the field of analytical instrumentation, namely to gas composition sensors and methods for forming their sensitive layers.

Предлагаемый датчик предназначен для определения концентрации аммиака в парогазовых смесях и может быть использован в химической, нефтехимической, металлургической, холодильной, электронной, автомобильной и других отраслях промышленности.The proposed sensor is designed to determine the concentration of ammonia in gas-vapor mixtures and can be used in the chemical, petrochemical, metallurgical, refrigeration, electronic, automotive and other industries.

Известен датчик для контроля концентрации аммиака, газочувствительный слой которого выполнен из полианилина, содержащего в качестве активирующей добавки гетерополисоединения 1:12 или 2:18 ряда или их ненасыщенные аналоги [1].A known sensor for monitoring the concentration of ammonia, the gas-sensitive layer of which is made of polyaniline, containing as an activating additive heteropoly compounds 1:12 or 2:18 rows or their unsaturated analogues [1].

К недостаткам такого датчика относятся его недостаточные стабильность, селективность и газочувствительность по отношению к аммиаку.The disadvantages of such a sensor include its lack of stability, selectivity and gas sensitivity with respect to ammonia.

Известен датчик аммиака в качестве газочувствительного слоя которого используется пленка оксида цинка, поверхность которой модифицирована оксидами рутения [2].A known ammonia sensor as a gas sensitive layer which uses a film of zinc oxide, the surface of which is modified with ruthenium oxides [2].

К недостаткам такого датчика относятся его низкие газочувствительность и селективность по отношению к аммиаку, и плохая обратимость показаний.The disadvantages of such a sensor include its low gas sensitivity and selectivity with respect to ammonia, and poor readability.

В качестве прототипа выбран сенсор резистивного типа, в котором на систему из двух взаимопроникающих электродов нанесена пленка фталоцианина, в частности дифталоцианина неодима, чувствительная к аммиаку [3].As a prototype, a resistive type sensor was selected in which a phthalocyanine film, in particular neodymium diphthalocyanine, sensitive to ammonia, was deposited on a system of two interpenetrating electrodes [3].

К недостаткам такого датчика также относятся его низкие чувствительность и селективность по отношению к аммиаку.The disadvantages of such a sensor also include its low sensitivity and selectivity with respect to ammonia.

Техническим эффектом изобретения является повышение чувствительности и селективности датчика по отношению к аммиаку в его смеси с другими газами.The technical effect of the invention is to increase the sensitivity and selectivity of the sensor with respect to ammonia in its mixture with other gases.

Это достигается тем, что в датчике концентрации аммиака, включающем подложку, на которой расположены электроды и чувствительный слой на основе полифталоцианина металла, а также резистивный нагреватель, в качестве чувствительного слоя использовали полифталоцианин марганца, содержащий фрагменты мочевины, причем содержание марганца в макромолекуле полифталоцианина, содержащего фрагменты мочевины, составляет 6,3 вес.%. Способ формирования чувствительного слоя датчика концентрации аммиака, включающий получение полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, с последующим нанесением его на подложку со сформированной на ее поверхности системой электродов, представляет собой получение полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, путем нагрева смеси 0.2 г тетранитрила пиромеллитовой кислоты, 4.09 г мочевины и 0.058 г безводного хлорида марганца до температуры 145°С в течение 1 часа, выдержкой при данной температуре в течение 25 часов, экстрагированием реакционной массы кипящим этанолом, высушиванием до постоянного веса с последующим нанесением полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, на подложку методом вакуум-термического напыления в течение 5-8 минут при температуре 1000-1200°С.This is achieved by the fact that in the ammonia concentration sensor, including a substrate on which electrodes and a sensitive layer based on metal polyphthalocyanine are located, as well as a resistive heater, manganese polyphthalocyanine containing urea fragments, the manganese content of a polyphthalocyanine macromolecule containing urea fragments, is 6.3 wt.%. A method of forming a sensitive layer of an ammonia concentration sensor, including obtaining manganese polyphthalocyanine containing urea fragments, followed by applying it to a substrate with an electrode system formed on its surface, is to obtain manganese polyphthalocyanine containing urea fragments by heating a mixture of 0.2 g of pyromellitic acid tetranitrile, 4.09 g of urea and 0.058 g of anhydrous manganese chloride to a temperature of 145 ° C for 1 hour, holding at this temperature for 25 hours, e by cracking the reaction mixture with boiling ethanol, drying to constant weight, followed by applying manganese polyphthalocyanine containing urea fragments to the substrate by vacuum thermal spraying for 5-8 minutes at a temperature of 1000-1200 ° C.

В предлагаемом датчике концентрации аммиака чувствительный слой выполнен из полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины. Данный полифталоцианин марганца представляет собой сополимер тетранитрила пиромеллитовой кислоты с мочевиной, макромолекула которого состоит из повторяющихся азапорфиновых макроциклов и фрагментов мочевины. Датчики на основе полифталоцианинов различных металлов применяются для контроля состава жидких и газовых сред. Однако неизвестно использование датчиков с чувствительным слоем, выполненным из полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, содержание марганца в макромолекуле которого составляет 6,3 вес.% и способ формирования которого включает получение полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, с последующим нанесением его на подложку со сформированной на ее поверхности системой электродов, представляющий собой получение полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, методом синтеза полифталоцианина марганца путем нагрева смеси 0.2 г тетранитрила пиромеллитовой кислоты, 4.09 г мочевины и 0.058 г безводного хлорида марганца до температуры 145°C в течение 1 часа, выдержкой при данной температуре в течение 25 часов, экстрагированием реакционной массы кипящим этанолом, высушиванием до постоянного веса с последующим нанесением полифталоцианиана марганца, содержащего фрагменты мочевины, на подложку методом вакуум-термического напыления в течение 5-8 минут при температуре 1000-1200°С.In the proposed ammonia concentration sensor, the sensitive layer is made of manganese polyphthalocyanine containing urea fragments. This manganese polyphthalocyanine is a copolymer of pyromellitic acid tetranitrile with urea, the macromolecule of which consists of repeating azaporphine macrocycles and urea fragments. Sensors based on polyphthalocyanines of various metals are used to monitor the composition of liquid and gas media. However, it is not known to use sensors with a sensitive layer made of manganese polyphthalocyanine containing urea fragments whose manganese content in the macromolecule is 6.3 wt.% And the method of formation of which involves producing manganese polyphthalocyanine containing urea fragments, followed by applying it to a substrate with the formed on its surface by an electrode system, which is the production of manganese polyphthalocyanine containing urea fragments by the method of polyphthalocyanine synthesis manganese by heating a mixture of 0.2 g of pyromellitic acid tetranitrile, 4.09 g of urea and 0.058 g of anhydrous manganese chloride to a temperature of 145 ° C for 1 hour, holding at this temperature for 25 hours, extracting the reaction mixture with boiling ethanol, drying to constant weight, followed by by applying manganese polyphthalocyanian containing urea fragments onto the substrate by vacuum thermal spraying for 5-8 minutes at a temperature of 1000-1200 ° C.

На фиг.1 представлен один из вариантов конструкции сорбционно-импедансного датчика концентрации аммиака.Figure 1 presents one of the design variants of the sorption-impedance sensor for the concentration of ammonia.

На фиг.2 представлены типичные кинетические зависимости отклика датчика концентрации аммиака с чувствительным слоем на основе полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, в режиме импульсной подачи 5,0 ppm аммиака (кривая 1) и 10,0 ppm оксида азота (кривая 2) в воздухе.Figure 2 shows typical kinetic dependences of the response of an ammonia concentration sensor with a sensitive layer based on manganese polyphthalocyanine containing urea fragments in a pulsed feed mode of 5.0 ppm ammonia (curve 1) and 10.0 ppm nitric oxide (curve 2) in air .

На фиг.3 представлена типичная кинетическая зависимость отклика датчика концентрации аммиака с чувствительным слоем на основе полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, в режиме импульсной подачи 5,0 ppm (кривая 1) и 20,0 ppm (кривая 2) аммиака в воздухе.Figure 3 shows a typical kinetic dependence of the response of an ammonia concentration sensor with a sensitive layer based on manganese polyphthalocyanine containing urea fragments in a pulsed feed mode of 5.0 ppm (curve 1) and 20.0 ppm (curve 2) of ammonia in air.

Датчик концентрации аммиака, один из вариантов конструкции которого представлен на фиг.1, состоит из диэлектрической подложки 1, выполненной, например из ситалла, сапфира или окисленного кремния, на поверхности которой расположены металлические (никель, золото, хром) гребенкообразные электроды 2, поверх которых наносится газочувствительный слой 3. На обратной стороне подложки сформирован тонкопленочный резистивный (никель или платина) нагреватель 4 для поддержания рабочей температуры сенсора.The ammonia concentration sensor, one of the design options of which is shown in Fig. 1, consists of a dielectric substrate 1 made of, for example, ceramic, sapphire or oxidized silicon, on the surface of which there are metal (nickel, gold, chromium) comb-like electrodes 2, over which a gas-sensitive layer is applied 3. A thin-film resistive (nickel or platinum) heater 4 is formed on the reverse side of the substrate to maintain the sensor’s operating temperature.

Принцип действия датчика основан на изменении электрофизических характеристик (сопротивление) чувствительного слоя при его взаимодействии с аммиаком. Величина газочувствительности оценивалась по формуле (S-S0)/S0, где S0 - начальная, S - измеряемая электрофизическая величина (в частности, сопротивление). Коэффициент селективности определялся как отношение газочувствительности датчика по отношению к аммиаку к газочувствительности по отношению к другим газам. Все измерения проводились при рабочей температуре датчика 150°С, в качестве газа-носителя использовался воздух.The principle of operation of the sensor is based on a change in the electrophysical characteristics (resistance) of the sensitive layer during its interaction with ammonia. The gas sensitivity value was estimated by the formula (SS 0 ) / S 0 , where S 0 is the initial, S is the measured electrophysical quantity (in particular, resistance). The selectivity coefficient was defined as the ratio of the gas sensitivity of the sensor with respect to ammonia to gas sensitivity with respect to other gases. All measurements were carried out at a working temperature of the sensor of 150 ° C; air was used as the carrier gas.

Процесс изготовления датчика концентрации аммиака реализуется следующим образом. На отмытую в стандартном процессе (например, перекисно-аммиачном) подложку из ситалла, сапфира или окисленного кремния проводят напыление слоя металла (в качестве которого могут быть использованы никель, золото или хром). После этого методом фотолитографии и последующего химического или плазмохимического травления формируют конфигурацию электродов, нагревателя и терморезистора. Затем на подложку методом вакуум-термического напыления в течение 5-8 минут при температуре 1000-1200°С наносят слой полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, полученного методом синтеза полифталоцианина марганца путем нагрева смеси 0.2 г тетранитрила пиромеллитовой кислоты, 4.09 г мочевины и 0.058 г безводного хлорида марганца до температуры 145°С в течение 1 часа, выдержкой при данной температуре в течение 25 часов, экстрагированием реакционной массы кипящим этанолом и высушиванием до постоянного веса. При температурах ниже 1000°С в процессе вакуум-термического напыления не наблюдается формирования на подложке пленки полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, так как при данных температурах энергия активации процесса является недостаточной для формирования пленки газочувствительного слоя полифталоцианина. При температурах превышающих 1200°С в процессе вакуум-термического напыления наблюдается формирование на подложке пленок простого оксида марганца, при этом образования пленки полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, не происходит. В случае если время процесса вакуум-термического напыления является меньшим 5 минут наблюдается формирование дефектной пленки полифталоцианина, в которой отсутствуют отдельные фрагменты цепи сопряжения полимера. Если же время процесса вакуум-термического напыления превышает 8 минут происходит формирование толстой пленки полифталоцианина с плохой адгезией к подложке и низкой газочувствительностью. При отклонении от весовых соотношений тетранитрила пирометилловой кислоты, хлорида марганца и мочевины в реакционной массе наблюдается образование иного количества металлсодержащих фталоцианиновых макроциклов, что приводит к изменению характеристик образующегося полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, в частности к существенному снижению его газочувствительности и селективности по отношению к аммиаку.The manufacturing process of the ammonia concentration sensor is implemented as follows. A metal layer (metal, which can be used as nickel, gold or chromium) is sprayed onto a substrate made of glass, sapphire or oxidized silicon, washed in a standard process (for example, peroxide-ammonia). After this, the configuration of the electrodes, heater and thermistor is formed by photolithography and subsequent chemical or plasma chemical etching. Then, a layer of manganese polyphthalocyanine containing fragments of urea obtained by the synthesis of manganese polyphthalocyanine by heating a mixture of 0.2 g of pyromellitic acid tetranitrile, 4.09 g of urea and 0.058 g is applied to the substrate for 5-8 minutes at a temperature of 1000-1200 ° C by vacuum thermal spraying for 5-8 minutes anhydrous manganese chloride to a temperature of 145 ° C for 1 hour, holding at this temperature for 25 hours, extracting the reaction mixture with boiling ethanol and drying to constant weight. At temperatures below 1000 ° C during the vacuum thermal spraying, formation of manganese polyphthalocyanine film containing urea fragments is not observed on the substrate, since at these temperatures the activation energy of the process is insufficient to form a film of the gas-sensitive polyphthalocyanine layer. At temperatures exceeding 1200 ° C, during the process of vacuum thermal spraying, the formation of films of simple manganese oxide is observed on the substrate, while the formation of a manganese polyphthalocyanine film containing urea fragments does not occur. If the time of the vacuum thermal spraying process is less than 5 minutes, the formation of a defective polyphthalocyanine film is observed, in which there are no individual fragments of the polymer conjugation chain. If the time of the vacuum thermal spraying process exceeds 8 minutes, a thick polyphthalocyanine film is formed with poor adhesion to the substrate and low gas sensitivity. When deviating from the weight ratios of tetranitrile pyromethylic acid, manganese chloride and urea in the reaction mass, the formation of a different amount of metal-containing phthalocyanine macrocycles is observed, which leads to a change in the characteristics of the resulting manganese polyphthalocyanine containing urea fragments, in particular, to a significant decrease in its gas sensitivity and selectivity with respect to .

Пример 1.Example 1

С помощью датчиков, конструкция которых представлена на фиг.1, выполненных на ситалловых подложках размером 16,0×4,0 мм, на поверхность которых нанесены золотые гребенкообразные электроды толщиной 0,25 мкм, с чувствительным слоем на основе полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, проводили измерения сопротивления в режиме подачи 5,0 ppm аммиака и 10,0 ppm оксида азота в воздухе. Способ формирования чувствительного слоя датчика концентрации аммиака представляет собой получение полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, методом синтеза полифталоцианина марганца путем нагрева смеси 0.2 г тетранитрила пиромеллитовой кислоты, 4.09 г мочевины и 0.058 г безводного хлорида марганца до температуры 145°С в течение 1 часа, выдержкой при данной температуре в течение 25 часов, экстрагированием реакционной массы кипящим этанолом, высушиванием до постоянного веса, с последующим нанесением полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, на подложку методом вакуум-термического напыления в течение 5-8 минут при температуре 1000-1200°С. Расстояние между соседними зубцами и ширина электродов составляли 40 мкм. Необходимый уровень концентрации активных газов в газовой смеси задавали с помощью специального экспериментального стенда, реализованного по схеме динамического смесителя и позволяющего задавать в измерительной камере определенную концентрацию активных газовых компонентов. Электрофизические характеристики датчиков в режиме определения концентрации аммиака и водорода измеряли на постоянном токе с помощью специально разработанного 16-канального стенда, схема измерения которого обеспечивает измерение сопротивления газочувствительного слоя сенсоров с погрешностью не более 2% в диапазоне измерения сопротивления от 200,0 Ом до 1,5 ГОм.Using sensors, the design of which is shown in Fig. 1, made on 16.0 × 4.0 mm glass-ceramic substrates, on the surface of which gold comb-shaped electrodes 0.25 μm thick are deposited, with a sensitive layer based on manganese polyphthalocyanine containing urea fragments , resistance measurements were carried out in a feed mode of 5.0 ppm ammonia and 10.0 ppm nitric oxide in air. A method for forming a sensitive layer of an ammonia concentration sensor is the production of manganese polyphthalocyanine containing urea fragments by the synthesis of manganese polyphthalocyanine by heating a mixture of 0.2 g of pyromellitic acid tetranitrile, 4.09 g of urea and 0.058 g of anhydrous manganese chloride to a temperature of 145 ° C for 1 hour, holding at this temperature for 25 hours, extracting the reaction mixture with boiling ethanol, drying to constant weight, followed by applying polyphthalocyanine manganese and containing urea moieties, on the substrate by vacuum thermal spraying for 5-8 minutes at a temperature of 1000-1200 ° C. The distance between adjacent teeth and the width of the electrodes was 40 μm. The required level of active gas concentration in the gas mixture was set using a special experimental bench implemented according to the dynamic mixer scheme and allowing to set a specific concentration of active gas components in the measuring chamber. The electrophysical characteristics of the sensors in the mode of determining the concentration of ammonia and hydrogen were measured in direct current using a specially designed 16-channel stand, the measurement circuit of which provides a measurement of the resistance of the gas-sensitive layer of sensors with an error of no more than 2% in the resistance measurement range from 200.0 Ohms to 1, 5 GOhm.

Типичные кинетические зависимости отклика датчика концентрации аммиака в режиме импульсной подачи 5,0 ppm (кривая 1) аммиака и 10,0 ppm (кривая 2) оксида азота представлены на фиг.2.Typical kinetic dependences of the response of the ammonia concentration sensor in a pulsed feed mode of 5.0 ppm (curve 1) ammonia and 10.0 ppm (curve 2) of nitric oxide are shown in FIG.

При наличии в анализируемой смеси аммиака происходило заметное изменение сопротивления чувствительного слоя. При наличии в анализируемой газовой смеси оксида азота изменений сопротивления не наблюдалось.In the presence of ammonia in the analyzed mixture, a noticeable change in the resistance of the sensitive layer occurred. In the presence of nitric oxide in the analyzed gas mixture, no changes in resistance were observed.

Пример 2.Example 2

Датчиками, имеющими конструкцию, состав газочувствительного слоя и способ его формирования, аналогичные описанным в примере 1, проводили измерения концентрации сероводорода, монооксида углерода, аммиака в воздухе. Измерения характеристик датчиков, а также приготовление газовой смеси проводили аналогично примеру 1. В таблице 1 приведены коэффициенты селективности датчиков аммиака в режиме измерения концентрации сероводорода, монооксида углерода, аммиака в воздухе.Sensors with a design, the composition of the gas-sensitive layer and the method of its formation, similar to those described in example 1, measured the concentration of hydrogen sulfide, carbon monoxide, ammonia in the air. The measurements of the characteristics of the sensors, as well as the preparation of the gas mixture were carried out analogously to example 1. Table 1 shows the selectivity coefficients of the sensors of ammonia in the mode of measuring the concentration of hydrogen sulfide, carbon monoxide, ammonia in air.

Таблица 1
Коэффициенты селективности датчиков на основе полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины
Table 1
Selectivity coefficients for sensors based on manganese polyphthalocyanine containing urea fragments
Определяемое веществоDetectable substance Коэффициенты селективности при концентрации газа, ppmSelectivity factors for gas concentration, ppm 5,05,0 20,020,0 60,060.0 АммиакAmmonia 1,01,0 1,01,0 1,01,0 Монооксид углеродаCarbon monoxide 39,439,4 51,851.8 73,173.1 СероводородHydrogen sulfide 45,245,2 70,670.6 101,5101.5

Пример 3.Example 3

Датчиками, имеющими конструкцию, состав газочувствительного слоя и способ его формирования, аналогичные описанным в примере 1, проводили измерения концентрации аммиака в воздухе. Измерения характеристик датчиков, а также приготовление газовой смеси проводили аналогично примеру 1. Типичная кинетическая зависимость отклика датчика концентрации аммиака в режиме импульсной подачи 5,0 ppm (кривая 1) и 20,0 ppm (кривая 2) аммиака приведена на фиг.3.Sensors with a design, the composition of the gas-sensitive layer and the method of its formation, similar to those described in example 1, measured the concentration of ammonia in the air. The measurement of the characteristics of the sensors, as well as the preparation of the gas mixture was carried out analogously to example 1. A typical kinetic dependence of the response of the sensor of the concentration of ammonia in the pulsed feed mode of 5.0 ppm (curve 1) and 20.0 ppm (curve 2) of ammonia is shown in Fig.3.

Пример 4.Example 4

Датчиками, имеющими конструкцию, состав газочувствительного слоя и способ его формирования, аналогичные описанным в примере 1, проводили измерения концентрации аммиака в воздухе. Измерения характеристик датчиков, а также приготовление газовой смеси проводили аналогично примеру 1. В таблице 2 приведены коэффициенты газочувствительности датчиков концентрации аммиака в режиме измерения концентрации аммиака в воздухе. Для сравнения там же приведены коэффициенты газочувствительности прототипа - датчиков на основе дифталоцианина неодима.Sensors with a design, the composition of the gas-sensitive layer and the method of its formation, similar to those described in example 1, measured the concentration of ammonia in the air. Measurement of the characteristics of the sensors, as well as the preparation of the gas mixture was carried out analogously to example 1. Table 2 shows the gas sensitivity coefficients of the sensors of the concentration of ammonia in the mode of measuring the concentration of ammonia in the air. For comparison, the gas sensitivity coefficients of the prototype — sensors based on neodymium diphthalocyanine — are also given there.

Таблица 2
Коэффициенты газочувствительности датчиков на основе полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, и на основе дифталоцианина (прототип)
table 2
Sensitivity factors for gas sensors based on polyphthalocyanine manganese containing urea fragments and based on diphthalocyanine (prototype)
Газочувствительный слойGas sensitive layer Коэффициенты газочувствительности при концентрации аммиака в воздухе, ppmSensitivity factors for ammonia concentration in air, ppm 5,05,0 20,020,0 60,060.0 Полифталоцианин марганца, содержащий фрагменты мочевиныManganese polyphthalocyanine containing urea fragments 0,100.10 0,310.31 1,11,1 дифталоцианин неодима (прототип)diphthalocyanine neodymium (prototype) -- 0,1250.125 0,8750.875

Таким образом, по сравнению с прототипом предложенный датчик концентрации аммиака и способ формирования его чувствительного слоя обладают следующими преимуществами:Thus, in comparison with the prototype, the proposed ammonia concentration sensor and the method of forming its sensitive layer have the following advantages:

- более высокая чувствительность по отношению к аммиаку;- higher sensitivity to ammonia;

- более высокая селективность по отношению к аммиаку.- higher selectivity with respect to ammonia.

Источники информацииInformation sources

1. Патент Российской Федерации №2168718. Датчик концентрации аммиака. Крутоверцев С.А., Сорокин С.И., Иванова О.М., Калиновский В.В., 2001. МКИ G01N 27/12.1. Patent of the Russian Federation No. 2168718. Ammonia concentration sensor. Krutovertsev S.A., Sorokin S.I., Ivanova O.M., Kalinovsky V.V., 2001. MKI G01N 27/12.

2. Aslam M., Chaundhary V.A., Mulla I.S., Sainkar S.R., Mandale A.B., Belhekar A.A., Vijayamohanan K., A highly selective ammonia gas sensor using surface-ruthenated zinc oxide. - Sensors and Actuators B, 1999, V. B75, pp.162-167.2. Aslam M., Chaundhary V.A., Mulla I.S., Sainkar S.R., Mandale A.B., Belhekar A.A., Vijayamohanan K., A highly selective ammonia gas sensor using surface-ruthenated zinc oxide. - Sensors and Actuators B, 1999, V. B75, pp. 162-167.

3. B.J.Liang, Y.Zhang, C.W.Yuan, Y.Wei, Wenqi Chen, Characterization of neodymium bisphthalocyanine Langmuir-Blodgett films for gas-sensibility, Sensors and Actuators B, 1998, V. B46, pp.24-29.3. B.J. Liang, Y. Zhang, C.W. Yuan, Y. Wei, Wenqi Chen, Characterization of neodymium bisphthalocyanine Langmuir-Blodgett films for gas-sensibility, Sensors and Actuators B, 1998, V. B46, pp. 24-29.

Claims (3)

1. Датчик концентрации аммиака, включающий подложку, на которой расположены электроды и чувствительный слой на основе фталоцианина металла, а также резистивный нагреватель и терморезистор, отличающийся тем, что в качестве чувствительного слоя использовали полифталоцианин марганца, содержащий фрагменты мочевины.1. Ammonia concentration sensor, including a substrate on which electrodes and a sensitive layer based on metal phthalocyanine are located, as well as a resistive heater and a thermistor, characterized in that manganese polyphthalocyanine containing urea fragments was used as a sensitive layer. 2. Датчик концентрации аммиака, по п.1, отличающийся тем, что содержание марганца в молекуле полифталоцианина, содержащего фрагменты мочевины, составляет 6,3 вес.%.2. The ammonia concentration sensor according to claim 1, characterized in that the manganese content in the polyphthalocyanine molecule containing urea fragments is 6.3 wt.%. 3. Способ формирования чувствительного слоя датчика концентрации аммиака, включающий получение полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, с последующим нанесением его на подложку со сформированной на ее поверхности системой электродов, отличающийся тем, что полифталоцианин марганца, содержащий фрагменты мочевины, получали методом синтеза полифталоцианина марганца путем нагрева смеси 0.2 г тетранитрила пиромеллитовой кислоты, 4.09 г мочевины и 0.058 г безводного хлорида марганца до температуры 145°С в течение 1 ч с последующей выдержкой при данной температуре в течение 25 ч, экстрагированием реакционной массы кипящим этанолом, высушиванием до постоянного веса, с последующим нанесением полифталоцианина марганца, содержащего фрагменты мочевины, на подложку методом вакуум-термического напыления в течение 5-8 мин при температуре 1000-1200°С.3. A method of forming a sensitive layer of an ammonia concentration sensor, including producing manganese polyphthalocyanine containing urea fragments, followed by applying it to a substrate with an electrode system formed on its surface, characterized in that manganese polyphthalocyanine containing urea fragments was obtained by manganese polyphthalocyanine synthesis by heating a mixture of 0.2 g of pyromellitic acid tetranitrile, 4.09 g of urea and 0.058 g of anhydrous manganese chloride to a temperature of 145 ° C for 1 h, followed by holding at a given temperature for 25 hours, extracting the reaction mixture with boiling ethanol, drying to constant weight, followed by applying manganese polyphthalocyanine containing urea fragments to the substrate by vacuum thermal spraying for 5-8 minutes at a temperature of 1000-1200 ° FROM.
RU2004134184/28A 2004-11-24 2004-11-24 Ammonia concentration sensor and a method for forming sensitive layer RU2308713C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004134184/28A RU2308713C2 (en) 2004-11-24 2004-11-24 Ammonia concentration sensor and a method for forming sensitive layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004134184/28A RU2308713C2 (en) 2004-11-24 2004-11-24 Ammonia concentration sensor and a method for forming sensitive layer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004134184A RU2004134184A (en) 2006-05-10
RU2308713C2 true RU2308713C2 (en) 2007-10-20

Family

ID=36656541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004134184/28A RU2308713C2 (en) 2004-11-24 2004-11-24 Ammonia concentration sensor and a method for forming sensitive layer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2308713C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004134184A (en) 2006-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2813578B2 (en) Hydrogen sensor
US8161795B2 (en) Thermal gas sensor
JPH05203605A (en) Chemical sensor for carbon monoxide detection
US5670949A (en) Carbon monoxide/hydrocarbon thin film sensor
US20120272728A1 (en) Hydrogen Sensor
WO1996009535A1 (en) Method and apparatus for sensing combustible gases employing an oxygen-activated sensing element
Cantalini et al. Investigation on the cross sensitivity of NO2 sensors based on In2O3 thin films prepared by sol-gel and vacuum thermal evaporation
RU2308713C2 (en) Ammonia concentration sensor and a method for forming sensitive layer
EA036553B1 (en) Multioxide gas-analytic chip and method for production thereof by electrochemical method
JP4010738B2 (en) Gas sensor, gas detector and gas detection method
RU2308712C2 (en) Nitrogen oxide concentration sensor and a method for formation its light-sensitive layer
RU2319953C1 (en) Method of manufacturing sensor for semiconductive gas transducer
Mockert et al. Characterization of gas-sensitive lead phthalocyanine film surfaces by X-ray photoelectron spectroscopy
JPH0618467A (en) Gas sensor
RU2175127C2 (en) Hydrogen sulfide transducer and method for creating its sensitive layer
Elmi et al. Ultra low power MOX sensors with ppb-level VOC detection capabilities
Lutic et al. Catalytic properties of oxide nanoparticles applied in gas sensors
JPH085591A (en) Gas sensor and its manufacture
JP2008083007A (en) Nitrogen oxide detecting element
RU2133029C1 (en) Ammonia concentration sensor
JPS63313047A (en) Gas sensor and its production
RU2038590C1 (en) Sensor of ammonia concentration
CN101846610B (en) Gas detection device and gas detection system
RU2024859C1 (en) Method for forming indicating material for determination of ammonium content
Cantalini et al. An innovative approach to gas sensing using carbon nanotubes thin films: sensitivity, selectivity and stability response analysis

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20081125