Спосіб визначення вмісту со в повітрі за допомогою газохромного покриття

Реферат: Спосіб визначення вмісту СО в повітрі за допомогою газохромного покриття. Для визначення вмісту монооксиду вуглецю в повітрі використовується забарвлена при кімнатній температурі плівка NiOOH та застосовується оптична схема реєстрації сигналів у видимій ділянці спектра. UA 90060 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ СО В ПОВІТРІ ЗА ДОПОМОГОЮ ГАЗОХРОМНОГО ПОКРИТТЯ UA 90060 U UA 90060 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Спосіб належить до визначення небезпечного вмісту монооксиду вуглецю в газових сумішах за допомогою контрольно-вимірювальних приладів, зокрема до вимірювання його вибухонебезпечних та токсичних концентрацій у суміші з повітрям оптичним методом на основі газочутливих плівок гідроксооксиду нікелю (NiOOH). Відомі схожі способи визначення небезпечного вмісту монооксиду вуглецю [1-3]. Так, в патенті США Дутта та ін. [1] використовують плівки нестехіометричного оксиду рутенію, нанесені на плоску скляну пластинку. Описаний ними сенсор використовує ефект відновлення монооксидом вуглецю рутенію Ru(IV) до Ru(III) в оксиді рутенію RuO 2. За рахунок зміни валентності провідність оксиду рутенію змінюється. Поріг чутливості такої системи від 0,01 об. % вмісту монооксиду вуглецю в повітрі. Недоліком [1] є його низька швидкодія при контакті з СО та повітрям. Патент США Грот та ін. [2] використовує сенсор, принцип дії якого ґрунтується на реакції розкладу води: СО+Н2О=СО2+Н2, (1) де по кількості Н2, що відділяється від основної газової суміші з допомогою протонобмінної мембрани визначається вміст СО. В даній роботі описаний принцип дії системи, що містить: паливний елемент, амперметричний сенсор на основі протонпроникної мембрани, електронну вимірювальну схему та мікропроцесорний пристрій контролю та керування процесом вимірювання. Недоліком [2] є складність конструкції та обробки експериментальних даних. Найбільш близьким до заявленого є спосіб оптичного визначення монооксиду вуглецю СО композитною плівкою оксиду нікелю з частинками золота, який описаний в [3] (прототип). В публікації Андо і ін. [3] використовує методику визначення СО по зміні поглинання світла плівкою оксиду нікелю в ближній 14 ділянці спектра λ=900 нм. Описаний ними спосіб дозволяє визначати вміст СО в повітрі з малою швидкодією (20 хвилин). Також недоліком даного способу є необхідність нагрівання плівок до 200 °C при визначенні концентрацій СО в повітрі. Задача даної корисної моделі - застосування вибухобезпечного способу визначення вмісту СО в повітрі при кімнатній або близькій до неї температурі за рахунок вимірювання зміни оптичного пропускання видимого світла, яке проходить крізь плівку NiOOH, нанесену на скло, при появі СО в повітрі. Поставлена задача досягається шляхом приведення чутливої до монооксиду вуглецю плівки в контакт з розчином окисника, переведенням її в забарвлений стан та подальшого застосування її для оптичного визначення СО в повітрі. Реалізувати забарвлення такої плівки можна, використовуючи прозору комірку, що містить чутливу до монооксиду вуглецю плівку Ni(OH)2, нанесену на скло з струмопровідним шаром SnO 2, і обладнану трьома отворами, два зверху для вводу-виводу газу і один знизу для подачі розчину електроліту. На Фіг. 1 схематично зображена схема вимірювальної установки, яка була реалізована для здійснення швидкого забарвлення газочутливої плівки та вимірювання вмісту монооксиду вуглецю в повітрі оптичним сенсором. В складі такої установки є: 1 - джерело світла (напівпровідниковий світлодіод з довжиною хвилі λ=450 нм); 2 - прозора герметична комірка; 3 - газочутлива плівка Ni(OH)2, яку нанесено на прозорий струмопровідний шар SnO2; 4 - фотоприймач (кремнієвий фотодіод); 5 вимірювальний прилад (мікроамперметр); 6 - пристрій на базі ЕОМ, що фіксує і записує сигнали вимірювального приладу. Оскільки вимірювальна апаратура, яка розміщена поблизу, може стати причиною займання вибухонебезпечної суміші газів, бажано віддалити вимірювальний пристрій на безпечну відстань з застосуванням оптоволоконного кабелю. Чутлива на вміст монооксиду вуглецю плівка оптичного сенсора, зображеного на Фіг. 1, забарвлювалась при контакті з розчином 0,1 моль/л KОН та 1 моль/л K2S2O8. Визначення вмісту монооксиду вуглецю в повітрі визначається по зміні інтенсивності світлопропускання за час 30-40 с (Фіг. 2) та відповідно калібрувальній кривій (Фіг. 3). Калібрування приладу проводилось з використанням схеми, зображеної на Фіг. 1, пробами газу з відомим вмістом монооксиду вуглецю в повітрі. Чутливим елементом сенсора є плівка гідрооксиду нікелю, яка нанесена на скло з струмопровідним шаром діоксиду олова. На повітрі така плівка прозора, тому для її забарвлення і подальшого використання в якості чутливого до СО елемента оптичного газового сенсора її необхідно окислити до NiOOH. В окисленому стані така плівка забарвлена в темнокоричневий колір і при контакті з CO, який по своїй природі являється сильним відновником, плівка відновлюється і стає прозорою. В результаті фотоприймач фіксує більшу величину інтенсивності пропущеного світла. Зі збільшенням концентрації монооксиду вуглецю в повітрі плівка буде знебарвлюватись, що дозволяє визначати вміст монооксиду вуглецю в повітрі шляхом вимірювання величини інтенсивності пропускання видимого світла (Фіг. 2 і Фіг. 3). Після наступного швидкого повного забарвлення плівки Ni(ОН) 2 шляхом приведення її в контакт з 1 UA 90060 U 5 10 15 20 електролітом вона стає придатна для повторного аналізу проби суміші газів на вміст монооксиду вуглецю. Схематично принцип забарвлення плівки Ni(OH)2 при її зануренні в електроліт зображено на Фіг. 4. Забарвлення плівок Ni(OH)2, в електроліті відбувається за рахунок хімічної реакції: 2Ni(OH)2+K2S2O8+2KOH=2NiOOH+2K2SO4+2H2O. (2) На відміну від прототипу [3], таке забарвлення плівки Ni(OH)2 не потребує застосування нагрівання в атмосфері кисню. За рахунок швидкої дифузії протонів в плівках Ni(OH) 2 швидкість їх забарвлення дозволяє більше, ніж на порядок, зменшити затрати часу на проведення аналізу газової суміші. Ще одна перевага даного способу в тому, що остаточний монооксид вуглецю в пробах газу поглинається при підйомі рівня електроліту, що підвищує точність вимірів CO. Визначення часу, необхідного для повного забарвлення газочутливої плівки Ni(OH)2 оптичного сенсора після дії на нього 100 об. % CO, проводилося зануренням плівки в електроліти різної концентрації персульфату калію та гідрооксиду калію (таблиця) шляхом підйому рівня електроліту в прозорій комірці за 100 с (приклад 1, таблиця), 50 с (приклад 2, таблиця) і 10 с (приклад 3, таблиця). При цьому визначалася величина досягнутого світлопропускання плівки Ni(OH)2, відносно його величини у випадку повного забарвлення шару гідрооксиду нікелю. Одержані величини цього параметра наведено в таблиці 1, з якої видно, що вже за 10 с шар Ni(OH)2 повністю забарвлюється і готовий для визначення CO. Таким чином, переваги запропонованого способу визначення вмісту монооксиду вуглецю в газовій суміші оптичним сенсором з плівкою Ni(OH) 2 полягають в тому, що визначення вмісту СО в повітрі проводиться з швидкодією - 30-40 с при кімнатній температурі, за допомогою оптичної схеми реєстрації сигналів у видимій ділянці спектра. Таблиця № п/п Приклад 1 Приклад 2 Приклад 3 25 30 Склад електроліту та концентрації речовин 0,1 моль/л KОН та 1 моль/л K2S2O8 0,1 моль/л KОН та 3 моль/л K2S2O8 2 моль/л KОН та 3 моль/л K2S2O8 Час занурення плівки Ni(OH)2 в електроліт Ступінь забарвлення плівки Ni(OH)2, % 100 с 100 % 50 с 100 % 10 с 100 % Джерела інформації: 1. Патент США 8114675 В2. МПК G01N33/00; G01N27/04 сенсор СО, що працює при кімнатній температурі та метод його виготовлення /Р.K. Dutta, A.D. Adeyemo /Опубліковано: 14.02.2012. 2. Патент США 6001499. МПК Н01М8/04 Паливний датчик CO /S.A. Grot, М.А. Meltser, S. Gutowski, J.К. Neutzler, R.L. Borup, K. Weisbrod/ Опубліковано: 14.12.1999. 3. Високочутливі до CO оптичні композитні плівки Au-NiO оброблені NO2 /М. Ando, J. Zehetner, T. Kobayashi, M. Harut //Датчики та пристрої В - 1996 - № 35, 36 - С. 513-516. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Спосіб визначення вмісту СО в повітрі за допомогою газохромного покриття, який відрізняється тим, що для визначення вмісту монооксиду вуглецю в повітрі використовують забарвлену при кімнатній температурі плівку NiOOH та застосовують оптичну схему реєстрації сигналів у видимій ділянці спектра. 2 UA 90060 U 3 UA 90060 U 4 UA 90060 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5