Спосіб реєстрації газів

УКРАЇНА (19) UA (11,8371 (із, U (51J7G01N30/00 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ОПИС ДО ДЕКЛАРАЦІЙНОГО ПАТЕНТУ НА КОРИСНУ МОДЕЛЬ видається під відповідальність власника патенту (54, СПОСІБ РЕЄСТРАЦІЇ ГАЗІВ 1 (21,20040604875 (22,21.06.2004 (24,15.08.2005 (46,15.08.2005, Бюл. № 8, 2005 р. (72, Котлярчук Богдан Костянтинович, Попович Дмитро Іванович, Середницький Андрій Степанович Корисна модель стосується галузі напівпровідникового матеріалознавства, а саме, реєстрації люмінесцентним методом адсорбованих газів О2, Н2, СО, СОг, NO2 тощо на нанопорошкових окисних матеріалах (зокрема ZnO, ТіОг) і може бути ефективно використаний для побудови сенсорів різноманітних газів. Найбільш близьким до корисної моделі за технічною суттю є спосіб люмінесцентного контролю кисневого газового середовища, де за характером затухання інтенсивності свічення плівкового люмінофору в аналізованому середовищі судять про тиск кисню [Andrew Mill, Anne Lepre, Brian Theobald, Elizabeth Slaade, Barry Murrer, Luminescent Gold Compounds in Optical Oxygen Sensors, Gold Bulletion 31 (2), 1998, pp.86-70]. Однак у згаданому методі використовують плівковий люмінофор з ультрафіолетовим збудженням, що обмежує його можливості. В основу нашої корисної моделі поставлена задача детектування, розпізнавання та оцінка концентрації газу в аналізованому середовищі. Поставлена задача вирішується тим, що в запропонованому способі для збільшення ефективності люмінесценції', зокрема її поверхневої компоненти, використовують окисний нанопорошковий (d 20ЗОнм, матеріал, що має велику ефективну поверхню, є добрим люмінофором і здатний адсорбувати більшість газів. З метою максимального використання поверхневої компоненти люмінесценції у запропонованому способі аналізують радикалорекомбінаційне свічення, спектральні характеристики якого визначаються заданим поверхневим станом гранул нанопорошку та хімічним складом (73, ІНСТИТУТ ПРИКЛАДНИХ ПРОБЛЕМ МЕХАНІКИ І МАТЕМАТИКИ ЇМ. Я.С. ПІДСТРИГАНА НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (57, Спосіб реєстрації газів з допомогою люмінесценції окисних матеріалів, який відрізняється тим, що реєструють і аналізують радикалорекомбінаційне свічення при високочастотному збудженні газу, а як люмінофор використовують нанопорошковий матеріал. аналізованого газу. Суть корисної моделі полягає в тому, що реєстрацію газів здійснюють шляхом комп'ютерного аналізу спектральних характеристик радикалорекомбінаційної люмінесценції нанопорошкового матеріалу (зокрема ZnO), що знаходиться в газовому середовищі в процесі високочастотного збудження і розкладу аналізованого газу на радикали. Характерною особливістю спектрів радикапорекомбінаційної люмінесценції є те, що крім основних смуг свічення, що належать даному люмінофору, спостерігаються додаткові смуги, які не залежать від природи активатора гранул люмінофору. Додаткові смуги зумовлені, з одного боку, поверхневими центрами випромінювальної рекомбінації, а, з другого - хемілюмінесценцією в газовій фазі. Якщо один з рекомбінаційних центрів знаходиться в газовій фазі, а другий фізично адсорбований на поверхні гранули, то між ними має місце реакція рекомбінації* з утворенням молекули, що знаходиться в збудженому стані. При переході в основний стан ця молекула випромінює фотон з заданою енергією, що реєструється як люмінесцентне випромінювання в газовій фазі. Рекомбінація атомів і радикалів в молекулу, як відомо, супроводжується виділенням значної енергії (~3-5еВ на рекомбінацію). Гранули кристалофосфору, у цьому випадку виступають як посередники, оскільки випромінювання світла відбувається у газовій фазі поблизу їх поверхні. Тобто спектральне положення таких смуг люмінесценції визначається тільки природою радикалів газу і не залежить від природи самого люмінофору. Це дає змогу ідентифікувати h CO CD О) 8371 газове середовище. Інтенсивність свічення радикал о-рекомбінаційної люмінесценції є пропорційною тиску газового середовища, що дозволяє, відповідно, оцінювати його величину. Для спостереження помітної радикало-рекомбінаційної люмінесценції, в першу чергу, необхідний добрий безпосередній контакт поверхні люмінофору з рекомбінуючими атомами і радикалами, що забезпечується високою ефективною поверхнею нанопорошкового матеріалу та високим ступенем розпаду на атоми та радикали при високочастотному збудженні. Повинна бути реалізована висока каталітична активність поверхні до рекомбінації вільних атомів і радикалів, що суттєво визначає ймовірність такої рекомбінації. А тому додатково використовують, як правило, високоефективні каталізатори. Величина енергії рекомбінації, достатня для збудження люмінесценції, визначається складом газу і для Нг, наприклад, складає 4,48еВ, для CO - 5,1 еВ і т.д., що забезпечує достатнє збудження люмінесценції. Використання запропонованого нами способу реєстрації газів дає змогу не тільки їх виявляти, але й розпізнавати та оцінювати їхню концентра Комп'ютерна верстка В. Мацело цію в аналізованому середовищі з високою чутливістю (до 10 З ррт) та селективністю. Приклад 1. Реєструють і аналізують суміш газів О 2 і № шляхом детектування люмінесцентного свічення тонкої плівки ZnO в процесі її ультрафіолетового збудження лампою ДРТ-400 зі світлофільтром УФС-3. За часом затухання свічення до і після напуску газів, розраховано і оцінено їх парціальний тиск, величина якого складає 1ррт і задовільно узгоджується з його значенням виміряним манометричним способом при їх напуску в систему. Приклад 2. Реєструють і аналізують суміш газів Ог і Нг шляхом люмінесцентного радикалорекомбінаційного свічення нанопорошкового матеріалу ZnO в процесі високочастотного збудження. Проведений аналіз спектральних характеристик максимумів та інтенсивностей свічення газів дав змогу ідентифікувати наявність в системі Ог і Н 2 та встановити їхні тиски (10"г і 10"'ppm відповідно), що добре узгоджується зі значеннями виміряними манометричним способом при напуску газів в камеру. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м Київ - 42, 01601