Спосіб визначення вмісту водню в газовій суміші оптичним сенсором з плівкою wo3/pt

Спосіб визначення вмісту водню в газовій суміші оптичним сенсором з плівкою WО3/Pt та знебарвлення її киснем повітря, який відрізняється тим, що для підвищення швидкодії сенсора плівка знебарвлюється приведенням її в контакт з протонопровідним електролітом і переносом її електронного заряду на допоміжний електрод. (19) (21) u200712843 (22) 20.11.2007 (24) 25.03.2008 (46) 25.03.2008, Бюл.№ 6, 2008 рік (72) КОЛБАСОВ ГЕННАДІЙ ЯКОВИЧ, UA, ВОЛКОВ СЕРГІЙ ВАСИЛЬОВИЧ, UA, КРАСНОВ ЮРІЙ СТЕПАНОВИЧ, UA, ФОМАНЮК СЕРГІЙ СТАНІСЛАВОВИЧ, UA (73) ІНСТИТУТ ЗАГАЛЬНОЇ ТА НЕОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ НАН УКРАЇНИ, UA 3 за певний період часу (Фіг.2) та відповідно до даної швидкості зміни світлопропускання на калібровочній кривій знаходять концентрацію Н2 в % (Фіг.3). Калібрування приладу проводилось з використанням схеми зображеної на Фіг.1, пробами газу (повітряно-водневої суміші) з відомим вмістом водню. Не чекаючи повного забарвлення плівки WO3/Pt її швидке повне обезбарвлення проводили шляхом занурення в розчин 0,1 н H2SO4. Чутливим елементом сенсора є плівка триоксиду вольфраму з тонким каталітичним шаром платини, яка нанесена на скло з струмопровідним шаром діоксиду олова. На повітрі така плівка прозора і інтенсивність монохромного світла ( l =656нм) що проходить крізь неї і фіксується фотоприймачем, досягає максимуму. При наявності в газовій суміші водню він забарвлює плівку WO3/Pt в синій колір що супроводжується послабленням проміня монохромного світла, в результаті чого фотоприймач фіксує меншу величину його інтенсивності. Зі збільшенням концентрації водню в повітрі плівка буде швидше забарвлюватись що дозволяє не чекати повного її забарвлення, а визначати вміст водню в повітрі шляхом вимірювання величини цієї швидкості лише на протязі перших двох секунд (Фіг.2 і Фіг.3). Після наступного швидкого повного обезбарвлення плівки WO3/Pt шляхом приведення її в контакт з електролітом вона стає придатна для повторного аналізу проби суміші газів на вміст водню. Схематично принцип обезбарвлення плівки WO3/Pt при її зануренні в електроліт зображено на Фіг.4,5. Як і під час обезбарвлення електрохромних плівок WO3, швидке обезбарвлення газочутливої плівки WO3/Pt в електроліті відбувається за рахунок переносу електронів по зовнішньому провіднику від неї на допоміжний електрод, тоді як компенсуючі їх протони переходять в електроліт. Таке обезбарвлення плівки WO3/Pt не потребує наявності кисню в газовій суміші і тому не стримується низькою швидкістю протікання реакціі відновлення її киснем. За рахунок високих значень електропровідності та коефіцієнта дифузії протонів в плівках WO3 швидкість такого їх обезбарвлення дозволяє більше, ніж на порядок, зменшити затрати часу на проведення аналізу газової суміші. Ще одна перевага даного способу обезбарвлення в тому, що пробу газу, яка досліджується, можна після витіснення з комірки підйомом рівня електроліту зберегти для подальших аналізів. Із за малої товщини плівки (меньше, ніж 1мкм) поглинання водню з проби газу складає не більше, ніж 1,3×10-6мл на 1см2 зразка плівки WO3. Визначення часу, достатнього для повного обезбарвлення газочутливої плівки WO3/Pt виготовленого оптичного сенсора після дії на нього 100% Н2 проводилося зануренням її в електроліт шляхом підйому рівня електроліту в прозорій комірці за 10 с (приклад 1, таблиця 1), 5 с (приклад 2, таблиця 1) і 2 с (приклад 3, таблиця 1). При цьому визначалася величина досягнутого 31068 4 світлопропускання плівки WC3/Pt, в % відносно його величини у випадку повного обезбарвлення шару оксиду. Одержані величини цього параметра наведено в таблиці 1, з якої видно, що вже за 5 с цей шар WO3 повністю обезбарвлюється. Порівняльні графіки процесу обезбарвлення плівки після її контакту з воднем що показують зміну пропускання світла забарвленої плівки WO3/Pt шляхом перенесення її в повітряне середовище та при зануренні її в електроліт зображено, відповідно, на Фіг.6 та Фіг.7. Згідно Фіг.6, повне обезбарвлення сенсора перенесенням його у повітря без водню відбувається за 20хв, а шляхом обезбарвлення його газочутливої плівки в електроліті - за проміжок часу, що дорівнює 5 с, тобто в 240 раз швидше. Таким чином, запропонований спосіб визначення вмісту водню в газовій суміші оптичним сенсором з плівкою WO3/Pt дозволяє більше ніж на два порядки скоротити час, затрачуваний на обезбарвлення сенсора, і тим самим забезпечує можливість періодичного швидкого вимірювання вмісту водню в суміші його з киснем (повітрям), або іншими газами. Час занурення плівки WC3/Pt в Досягнуте значення сві електроліт (0,1h H2SO4) відносно його величини п Приклад 1 10с Приклад 2 5с Приклад 3 2с № п/п 1. H. Shanak, H. Schmitt, J. Nowoczin, С. Ziebert. Efect of Pt-catalyst on gasochromic WO 3 films: optical, electrical and AFM investigations.// J. Solid State Ionics.- 2004.- V.17L- P 99-106. 2. R.D. Smith II et al., DCH Technology in Valencia, California USA. Diffusible Weld Hydrogen Measurement by Fiber Optic Sensors.// NDP.net.2002.-V.7, №.07. 3. R.D. Smith II, R. Pitts, S.-H. Lee, E. Tracy. Fiber optic hydrogen sensors based on gasochromic thin films.// 6th International Meeting on Electrochromism.- I.M.E.-6. - 2004. 5 31068 6