Спосіб відновлення характеристик сенсора аміаку на основі поліаніліну

Реферат: Спосіб відновлення характеристик сенсора аміаку на основі поліаніліну на оптично-прозорому носії включає продуванням повітрям за допомогою стандартного вентилятора з потужністю 75 Вт. Продування робочої камери сенсора здійснюють при температурі 80 °C протягом 10 хвилин. UA 115625 U (12) UA 115625 U UA 115625 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Галузь техніки, до якої належить корисна модель. Корисна модель належить до галузі метрології і може бути використана для відновлення характеристик чутливих елементів оптичних сенсорів для моніторингу наявності аміаку в оточуючому середовищі, зокрема в хімічній промисловості, на трубопроводах аміаку, а також для конструювання сенсорів для харчової промисловості для контролю якості продуктів харчування за зміною концентрації аміаку, що виділяються в процесі порушенні свіжості продуктів тваринництва. 2. Рівень техніки. Відомий спосіб відновлення характеристик сенсора-аналізатора газових сумішей, токсичних домішок в повітрі "Електронний ніс" ГАЗ-2 [І.А. Кошец, З.І. Казанцева, http://isp.kiev.ua/index.php], передбачає продування камери і сенсора, за чутливий елемент якого використовується масив кварцових резонаторів, вкритих плівками органічних матеріалів-сорбентів (в тому числі полімерів) з різною чутливістю до молекул газів, чистим, осушеним повітрям при кімнатній температурі. Недоліком відомого способу є запропонований температурний режим, а саме - застосування кімнатних температур, що не дає змоги використовувати просте продування повітря для відновлення оптичних властивостей полімерних плівок на основі поліаніліну після дії аміаку, внаслідок сильної хемосорбції останнього на поверхні плівки. У відомому способі відтворення властивостей резистивного сенсора аміаку на основі похідних поліаніліну (поліортотолуїдину) робочу камеру сенсора продувають навколишнім повітрям (A.A. Khan, S. Shaheen. Electrical conductivity, isothermal stability and amine sensing studies of a synthetic poly-otoluidine/multiwalled carbon nanotube/Sn(TV) tungstate composite ion exchanger doped with ptoluenesulfonic acid //Analytical Methods, 2015, 7, 2077-2086). Відновлення характеристик сенсора при цьому досягається протягом 20 секунд. Недоліком відомого методу є неповне, недостатнє відновлення властивостей сенсора (відгук сенсора складає лише 52 % від початкового значення), через застосування дуже малих проміжків часу продування повітрям (5-20 секунд), що неможливо використати для відновлення оптичних характеристик сенсора на основі поліаніліну. Найближчим аналогом до запропонованої корисної моделі є спосіб виготовлення чутливого елемента оптичного сенсора аміаку (Патент України на корисну модель 103496) у якому відтворення характеристик сенсора аміаку на основі бішарової структури поліанілін-полі-3,4етилендіокситіофен досягають шляхом короткочасної експозиції у водному розчині 0,5 Μ сульфатної кислоти, промиванням дистильованою водою та висушуванням у струмені сухого повітря протягом 3-5 хвилин, або витримуванні в атмосфері повітря при нормальних умовах, а також продуванням повітрям за допомогою стандартного вентилятора з потужністю 75 Вт у температурному діапазоні 293…423 K. Заявлений спосіб і прототип мають спільні суттєві ознаки, а саме включає продуванням повітрям за допомогою стандартного вентилятора з потужністю 75 Вт. Недоліком відомого способу є застосування робочих температур в межах 293…423 K (2050 °C), що не забезпечує достатньо повного (не менше 90 %) відновлення оптичних характеристик сенсора на основі поліаніліну. Заявлена модель усуває недоліки прототипу і забезпечує ефективне відтворення оптичних характеристик чутливого елемента оптичного сенсора аміаку, що приводить до покращення експлуатаційних характеристик сенсорів. 3. Суть корисної моделі. 3.1. Суть корисної моделі і суттєві ознаки. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити існуючий спосіб відновлення характеристик чутливого елемента оптичного сенсора аміаку шляхом його регенерації при підвищеній температурі, що забезпечує спрощення технології та відтворення оптичної густини плівки із збереженням діапазону спектральної чутливості до дії аміаку. Поставлена задача вирішується тим, що відтворення характеристик сенсора аміаку на основі кислотно-легованого поліаніліну на оптично-прозорому носії, здійснюють шляхом продування чутливого елемента сенсора повітрям протягом 10 хвилин при температурі 80 °C. Внаслідок нагрівання плівок поліаніліну, які попередньо адсорбували аміак, інтенсифікується його десорбція із руйнуванням нестабільних донорно-акцепторних комплексів аміаку з аніліном. Витримування плівокполіаніліну в атмосфері повітря нижче 80 °C не забезпечує повного відновлення робочих характеристик сенсора, водночас подальше зростання температури також не приводить до покращення властивостей сенсора. Отже, запропонований спосіб забезпечує відновлення характеристик сенсора аміаку продуванням повітря за оптимально підібраного температурного режиму та часу витримування, 1 UA 115625 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 а простота виконання способу дозволяє прогнозувати його майбутнє практичне використання для створення реверсивних чутливих елементів для газових сенсорів. 3.2. Відомості, що розкривають суть корисної моделі. При проведенні патентно-інформаційного пошуку авторами і заявником виявлено технічне рішення (Патент України на корисну модель 103496), яке містить суттєві ознаки, спільні із заявленим способом, а саме: відновлення характеристик сенсора аміаку на основі поліаніліну включає продуванням повітрям газочутливих плівок сенсора за допомогою стандартного вентилятора з потужністю 75 Вт. Але наявність зазначених ознак, спільних з прототипом, недостатня для одержання технічного результату, який забезпечує заявлений спосіб. Технічних рішень, які б за сукупністю ознак повністю співпадали із заявленим - не виявлено. Це дозволяє зробити висновок про відповідність заявленого рішення критерію корисної моделі "новизна". У патентній і науково-технічній інформації не знайдено технічних рішень, в яких були б описані відомості про ознаки, що відрізняють заявлений спосіб від прототипу і забезпечують досягнення технічного результату тим, що продування робочої камери сенсора здійснюють при температурі 80 °C протягом 10 хвилин. Заявлений спосіб може бути використаний для відновлення властивостей чутливих елементів оптичних сенсорів для моніторингу наявності аміаку в оточуючому середовищі, зокрема, в хімічній промисловості, на трубопроводах аміаку, а також для конструювання сенсорів для харчової промисловості для контролю якості продуктів харчування за зміною концентрації аміаку, що виділяється в процесі порушення свіжості продуктів тваринництва, а тому відповідає критерію корисної моделі "Промислова придатність". 4. Відомості, що підтверджують можливість здійснення корисної моделі. 4.1. Порядок здійснення способу. Відновлення властивостей плівок поліаніліну після дії аміаку здійснюють шляхом продування гарячим повітрям за допомогою стандартного вентилятора з потужністю 75 W при температурі 80 °C протягом 10 хвилин. Ефективність заявленого способу підтверджені прикладом конкретного використання. 4.2. Перелік фігур. Фіг. 1. Спектральні залежності оптичного поглинання плівок поліаніліну від часу витримування в атмосфері аміаку (РNH3=6,2 Па, Т=20 °C) з наступним продуванням повітрям протягом 10 хвилин при різних температурах: 1) - без дії аміаку; 2) - дія аміаку 1 хв.; 3) - дія аміаку 5 хв.; 4) - після дії аміаку 5 хв. і продування повітрям при температурі 60 °C (І), 80 °C (II), 110° С (III), 126 °C (IV). Фіг. 2. Зміна оптичної густини плівок поліаніліну на довжині хвилі 600 нм залежно від температури для різних умов відновлення: через 10 хвилин витримування на повітрі без продування при Τ=20 °C (1), після продування повітрям при температурі 20 °C (2), 60 °C (3), 80 °C (4), 110° С (5), 126 °C (6). Плівки попередньо витримували в атмосфері аміаку (Р NH3=6,2 Па, 5 хв.) 4.3. Приклад конкретного використання способу. В лабораторії кафедри загальнотехнічних дисциплін і контролю якості продукції ЛНУВМ та БТ ім. С.З. Ґжицького отримували тонкі полімерні плівки (товщиною 320 нм) поліаніліну ПАНІ і ПЕДОТ методом електрохімічного осадження згідно зі способом, описаним в патенті України на корисну модель № 26256. Для вимірювання оптичних спектрів сенсорних плівок в атмосфері 2 аміаку використовують герметичну кварцову камеру об'ємом 50 см , куди подавалась необхідна кількість газу (аміаку). Відновлення властивостей плівок поліаніліну після дії аміаку здійснювали шляхом продування гарячим повітрям за допомогою стандартного вентилятора з потужністю 75 W в температурному діапазоні 20…126 °C протягом 10 хвилин. Спектри оптичного поглинання чутливих елементів оптичних сенсорів знімали за допомогою модифікованого двопроменевого оптичного спектрометра Specord M 400. Аналіз результатів здійснюють з використанням стандартної кореляційної програми, при якій у всьому діапазоні вимірювання відносна похибка не перевищує 1,5 %. Отримані спектральні залежності оптичного поглинання плівок поліаніліну на довжині хвилі 600 нм після витримування в атмосфері аміаку (РNH3=6,2 Па, Т=20 °C) з наступним продуванням гарячим повітрям протягом 10 хвилин при різних температурах представлені на Фіг. 1, а відносна зміна оптичної густини (AD) після продування залежно від температури, наведена на Фіг. 2. Плівки попереднього витримували в атмосфері аміаку (РNH3=6,2 Па, 5 хв.) Для визначення оптимальної температури відновлення характеристик сенсорних плівок автори дослідили залежність реверсивних змін їх оптичного поглинання від температури на довжині хвилі 600 нм, тобто в тій області спектра, де спостерігалися максимальні зміни 2 UA 115625 U 5 поглинання (Фіг. 1). З Фіг. 1 видно, що продування повітрям суттєво інтенсифікує вказані процеси відновлення. З температурної залежності зміни оптичної густини (Фіг. 2) видно, що в області температур 70…80 °C відбувається суттєве посилення процесів регенерації плівок поліаніліну, а при подальшому зростанні температури ці зміни стабілізуються, про що свідчить псевдостаціонарна ділянка кривої при Τ>80 °C. Така залежність дозволяє стверджувати, що оптимальне значення температури для відновлення характеристик чутливих елементів оптичних газових сенсорів на основі плівок поліаніліну становить 80 °C, оскільки при подальшому зростанні температури зміни не перевищують декількох відсотків. Отже, ефективність заявленого способу підтверджена прикладом конкретного використання. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Спосіб відновлення характеристик сенсора аміаку на основі поліаніліну на оптично-прозорому носії включає продуванням повітрям за допомогою стандартного вентилятора з потужністю 75 Вт, який відрізняється тим, що продування робочої камери сенсора здійснюють при температурі 80 °C протягом 10 хвилин. 3 UA 115625 U Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4