Hапівпровідниковий матеріал для адсорбційних сенсорів низькомолекулярних органічних сполук і спосіб його виготовлення

1 Напівпровідниковий матеріал для адсорбційних сенсорів низькомолекулярних органічних сполук, який містить оксид олова (IV) і оксид сурми - матеріали, що утворюють пористу матрицю і паладій, який відрізняється тим, що у складі оксидів, які утворюють пористу матрицю, матеріал додатково містить оксид алюмінію (III), а паладій введений у вигляді металу, який закріплений на стінках пор, причому інгредієнти взяті в такому співвідношенні (в м ч). оксид олова (IV) 100 оксид сурми (IV. або IH-V) 0,03 - 0,95 оксид алюмінію (НІ) 0,6 -3,4 металічний паладій 0,03 - 5,0 2 Напівпровідниковий матеріал по п.1. який відрізняється тим, що до складу оксидів, які утворюють пористу матрицю, він додатково містить оксиди кальцію, магнію, натрію та калію, сукупна КІЛЬКІСТЬ яких в перерахунку на 100 м ч . оксиду олова складає від 3 до 5 м.ч. 3. Спосіб виготовлення напівпровідникових матеріалів для адсорбційних сенсорів низькомолекулярних органічних сполук, що включає приготування суміші оксидів, які утворююгь пористу матрицю, у вигляді суспензії в розчині карбоксиметилцелюлози, нанесення суспензії на діелектричну основу, сушіння та спікання до утворення пористого шару і введення паладію, який відрізняється тим, що суміш оксидів, які утворюють пористу матрицю, готують спочатку співосадженням гідроксидів олова та сурми із суміші водних розчинів їх солей і термообробкою осаду з одержанням твердого розчину оксиду сурми в оксиді олова і далі диспергуванням цього твердого розчину разом з порошком оксиду алюмінію в розчині карбоксиметилцелюлози, а паладій вводять промочуванням нанесеного на діелектричну основу пористого шару водним розчином солі двовалентного паладію, сушінням і прожарюванням до розкладу взятої солі і осадження мікрочастинок металічного паладію на стінках пор 4 Спосіб по л.З. який відрізняється тим, що як водорозчинну сіль паладію, використовують його хлорид, пористий шар гіісля промочування висушують при температурі не вище 80°С протягом 1-2 годин, а металічний паладій осаджують прожарюванням при температурі не менше 670°С на протязі не менше 1 години. 5 Спосіб по п 4, який відрізняється тим, що пористий шар промочують кислим водним розчином хлориду паладію Група взаємопов'язаних винаходів, що пропонується, відноситься по-перше, до якісного і кількісного складу напівпровідникових матеріалів, які використовуються в адсорбційних сенсорах для виявлення і кількісної оцінки концентрації низькомолекулярних органічних сполук, переважно кетонів у повітрі, що видихається людиною, і до технологи виготовлення таких напівпровідникових матеріалів Сенсори з використанням згаданих напівпровідникових матеріалів призначені переважно для діагностування таких патологічних, обумовле них кетоацидозом (присутністю "кетонових тіл" у крові) явищ, як, наприклад, діабетична кома і прекоматозні стани у хворих на цукровий діабет, токсикози вагітних на ранніх стадіях їх розвитку, і особливо для диференціальної діагностики причин настання коми у непритомних пацієнтів. Технологічні процеси на основі винаходу можуть бути використані для серійного виготовлення сенсорів вказаного типу. Проблема ефективної, неінвазивної (тобто не потребуючої порушення цілосності організму пацієнта) діагностики вищевказаних станів відно со ю со ЗГ 34593 сигься до числа масових і не має загальновизнаного розв'язання. Дійсно, кількість діабетиків і жінок, що страждаю гь від токсикозів вагітності, зростає з року в рік Дотепер діагностику прекоматозних станів у хворих на цукровий діабет і токсикозів вагітності звичайно проводили на основі зібраних анамнезів та (або) на основі результатів лабораторних хімічних досліджень крові та (або) сечі (див наприклад S Natetson. Microtechnique of clinical chemistry. 1961, 2-ed, pp 86-93). Вказана методика цілком придатна у клінічних умовах при наявності досвіченмх лікарів-діагностів та при умові, що пацієнт знаходиться при свідомості і має змогу відповідати на запитання пікаря. Однак, у критичних ситуаціях, характерних для швидкої допомоги, проведення лабораторних досліджень практично виключене через їх тривалість, а один анамнез fie може бути достатнім для встановлення діагнозу і приймання ефективних лікувальних заходів Якщо ж пацієнти знаходяться в непритомному стані і можливість збору анамнезу виключена, то необхідність диференціювання причин непритомності - діабетична кома, або дещо інше - відчувається особливо гостро І, нарешті, визначення лабораторним шляхом схильності діабетиків до коми або початкових стадій токсикозів у вагітних на грунті кетоацидозу потребує багатократного повторення аналізів, що досить дорого і, в разі стрімкого розвитку патологічного процесу, може дати запізнілі результати Тому доцільно і в цій галузі скористатися технічними засобами контролю парів ацетона і його близьких гомологів у повітрі. Природньо, що з урахуванням масовості проблеми такі засоби повинні бути продукцією масового виробництва, відповідно, по-перше по можливості простими в користуванні і дешевими у виробництві, повірці та технічному обслуговуванні, по-друге, надійними, швидкодіючими та стабільними в експлуатації. Стосовно до таких засобів загальновідомо, що саме від хімічного складу напівпровідникових матеріалів-адсорбентів, що використовуються у чутливих елементах, залежить селективність сенсорів описаних типів, та що технологія виготовлення суттєво впливає на чутливість сенсорів до контрольованих хімічних сполук. Найбільш розповсюджені напівпровідникові матеріали дпя адсорбційних сенсорів, які виготовлені на основі дрібнозернистого оксиду олова з домішками, які забезпечують селективну чутливість до парів низькомолекулярних органічних сполук Прикладом можуть бути напівпровідникові матеріали на основі дрібнозернистого оксиду олова з домішками ультрадрібнозернистих оксидів хоча б одного лужноземельного металу берилію, магнію, кальцію, стронцію, барію - у кількості до 0.25 моль% (див описи одного і того ж винаходу до заявки ЯпонИ 60-23541, заявки ЄПВ 0197629 А2 і до патенту США 4849180 з загальним конвенційним пріоритетом 12.02 85). Спосіб виготовлення таких матеріалів включає формування пористої матриці у вигляді спечених зерен оксиду олова, fi промочування нітратами вказаних лужноземельних металів, сушіння і наступне кальцинування напівфабриката при (600±5)°С протягом 30 хв до одержання на поверхні пор мікрочастинок оксидів лужноземельних металів (див там же) Виготовлені із описаного матеріалу сенсори, незважаючи на розвинену поверхню, дозволяють виявити ацетон в повітрі лише при концентрації його парів більше 0,3% за об'ємом Такий поріг чутливості звичайно достатній для промислових потреб Однак, для виявлення прекоматозних станів на самому початку кетоацидозу необхідне надійне визначення парів ацетона при концентраціях біля 0,05-0,10% за об'ємом (тобто 12-24 мг/м'). Вказаний недолік можна пояснити тим, що у складі напівпровідникового матеріалу відсутні компоненти, здатні активувати молекули речовин, що аналізуються, та обраною технологією виготовлення цього матеріалу. • Тому перевага надається таким напівпровідниковим матеріалам для адсорбційних сенсорів, які містять активуючі домішки, і таким способам їх виготовлення, які забезпечують збереження активності як в процесі виготовлення сенсорів, так і в процесі їх довготривалої експлуатації. Із числа таких аналогів до пропонованих по технічній сутності найбільш близький напівпровідниковий матеріал та спосіб його виготовлення, які відомі із опису винаходу до акцептованої заявки Японії 61-14463 (з пріоритетом від 24 01 78 р ) Цей напівпровідниковий матеріал виготовлений на основі оксиду олова (IV) і містить у розрахунку на 100 його масових частин (далі - м ч.) такі домішки, не більше 2,1 (переважно 0,05-1,0) оксиду сурми (III) - для стабілізації опору сенсора при коливаннях температури нагрівання. 0.1-100 (переважно 1,5-3,0) м ч оксиду хрома (III) - для стабілізації опору сенсора при коливаннях вологості повітря і зменшення інтервалу часу, протягом якого спостерігається зниження опору при незмінності концентрації контрольованого газу; і паладій у ктькості 0.05-12 (переважно 0,5-3,0) м ч його оксиду (II), - як активатора, що підвищує чутливість сенсора до газів-відновлювачів Напівпровідниковий матеріал описаного складу одержують приготуванням суміші роздільно взятих оксидів олова та сурми (що утворюють пористу матрицю) і органічного комплексу пападія невказаного складу (що розкладається при спіканні з утворенням оксиду) у вигляді суспензії в розчині органічної зв'язки, що вигоряє, нанесенням суспензії на діелектричну основу, сушінням та спіканням до утворення пористого шару. Однак і цей напівпровідниковий матеріал, виготовлений описаним способом, не забезпечує надійного визначення кетонів у повітрі, що видихається людьми, бо паладій взятий у вигляді оксиду, має порівняно низьку сорбційну активність по відношенню до газів-відновників, та тому, що суттєва частина цього оксиду заблокована в масі щільного напівпровідникового матеріалу. Тому в основу винаходу покладені завдання: - по-перше, шляхом зміни складу, створити такий напівпровідниковий матеріал для виготовлення адсорбційних сенсорів низькомолекулярних органічних сполук, який був би придатний для виготовлення швидкодіючих та стабільних за вихідними характеристиками сенсорів для індикацій і 34593 КІЛЬКІСНОЮ визначення переважно парів кетонів а особливо ацетона у повпрі.що видихає людина по друге шляхом зміни порядку та режимів виконання операцій створити такий спосіб виготовлення вказаного напівпровідникового матеріалу, який реально забезпечував би виготовлення ви сокочугливих до парів кетонів сенсорів з підвищеним виходом придатних виробів Поставлене завдання вирішене в першій частині тим, що напівпровідниковий матеріал для адсорбційних сенсорів на основі оксиду олова (IV) з домішками гурми та тугоплавкого оксиду тривалентного металу які утворюють пористу матрицю та домішкою паладія згідно винаходу містить оксид алюмінію як тугоплавкий оксид тривалентного металу та металічний паладій, який закріплений на стінках пор причому вказані інгредієнти взяті в такому співвідношенні (в м ч ) оксид олова (IV) 100 оксид сурми (IV або III-V) 0,03 - 0,95 оксид алюмінію (III) 0,6 - 3,4 металічний паладій 0,03 - 5,0 Запропонований склад як це показано далі і підтверджено результатами експериментів забезпечує реальну можливість доведення чутливості адсорбційних сенсорів до парів ацетону у повітрі, що видихає людина до рівня менше 0 05% за об'ємом (а переважно не менше 0 025%) що характерно для початкових стадій кетоацидозу у діабетиків обох статей або у жінок з ускладненою токсикозом вагітністю ВІДПОВІДНО забезпечується реальна можливість диференціальної діагностики прекоматозних станів у хворих на цукровий діабет, ранньої діагностики токсикозів вагітних та диференціальної діагностики діабетичної коми у хворих в стані несвідомості Перша додаткова ВІДМІННІСТЬ полягає в тому, що напівпровідниковий матеріал містить додатково оксиди кальцію магнію натрію і калію, сумарна КІЛЬКІСТЬ яких в розрахунку на 100 м ч оксиду опора складає від 3 до 5 м ч Ці домішки сприяють покращенню адгезійного зв язку напівпровідникового шару з діелектричною керамічною основою при виготовленні сенсорів Кількісне співвідношення цих оксидів між собою не має суттєвого значення і може коливатися в значних межах в залежності від конкретного складу керамічного матеріалу основи Поставлене завдання розв'язане у другій частині тим що в способі виготовлення напівпровідникових матеріалів для адсорбційних сенсорів низькомолекулярних органічних речовин який включає приготування суміші оксидів що утворюють пористу матрицю у вигляді суспензії в розчині вигораючої органічної зв'язки нанесення суспензії на д»електричну основу суш(ния » спікання до утворення пористого шару і введення домішки паладію зпдно винаходу суміш оксидів що утворюють пористу матрицю готують спочатку співосадженням гідроксидів олова та сурми із суміші водних розчинів їх солей і термообробкою осаду і одержанням твердого розчину оксида сурми в оксиді олова і далі диспергуванням цього твердого розчину разом з порошком оксиду алюмінію в розчині вигоряючої органічної зв'язки а домішку паладію вводять промочуванням нанесеного на діелектричну основу пористою шару водним розчи ном двовалентного паладію, сушінням і прожарюванням до розкладання взятої гопі і осадження мікрочастинок металічного паладію на стінках пор Одержаний таким чином високоиористий (в наслідок виділення газів при термодеструкції кар боксиметилцелюлози) напівпровідниковий матеріал з розвиненою каталітичною поверхнею у вигляді мономомекулярного шару метапічного па ладно який розташований (переважно у вигляді мікроскопічних плям) на стінках пор піг пя промочування напівпровідникового шару розчином солі паладію сушіння і прожарювання фактично забез печує потрібну у медицині чутливість до парів ацетона у повітрі що видихає людина Перша додаткова ВІДМІННІСТЬ полягає в тому що як водорозчинну сіль паладія використовують його хлорид після промочування висушують пористий матеріал при температурі (80±5)Х протягом 1 2 годин, а металічний паладій осаджують прожарюванням при температурі не менше (670±5)"С на протязі не менше 1 години Ця сіль найбільш доступна а одержання з й використанням каталітично високоактивних частинок металічного паладію найбільш техчолопчне Друга додаткова ВІДМІННІСТЬ полягає у тому, що пористий шар промочують слабкокислим водним розчином хлориду паладію Тим самим гарантується стабільність пористої оксидної основи напівпровідникового матеріалу і підвищення виходу придатних при виготовленні сенсорів Третя додаткова ВІДМІННІСТЬ полягає в тому, що перед спільним диспергуванням з твердим розчином оксиду сурми в оксиді олова до пороіику оксиду алюмінію додають сукупно взяті в розрахунку на 100 м ч оксиду олова у КІЛЬКОСТІ ВІД 3 ДО 5 М Ч ОКСИДИ кальцію магнію натрію, калію Цей прийом спрощує підготовку оксидної основи пористої матриці Далі сутність винаходу пояснюється • прикладами складу напівпровідникового матеріалу, • описом способу його виготовлення в загальному вигляді і прикладами здійснення способу стосовно до прикладів конкретних складів напівпровідникових матеріалів, • описом сенсорів для визначення парів ацетона та його гомологів у повітрі, що видихається людьми • кресленням на якому показана структурна схема стенду для випробувань сенсорів, • описом методики випробувань сенсорів Із посиланням на згадане креслення і результатів випробувань Приклади конкретних складів напівпровідникових матеріалів наведені в таблиці 1 При цьому приклади 2 і 4 відповідають верхній і нижній межі заявлених границь концентрацій ВІДПОВІДНИХ інгредієнтів, приклад 3 - їх проміжним значенням А приклади 1 і 5 - значенням, що виходять за границі (у всіх прикладах концентрації домішок дано в розрахунку на 100 масових частин оксиду олова) Технологічні домішки що використовуються при виготовленні напівпровідникових матеріалів для сенсорів, вказані далі в конкретних прикладах реалізації винахідницького замислу Спосіб виготовлення запропонованого напівпровідникового матеріалу в загальному випадку полягає в наступному 34593 Готують водний, як правило підкислений (звичайно соляною кислотою) розчин солей (переважно хлоридів} олова (IV) і сурми (III) потрібних концентрацій Далі із нагрітого до температури біля (80±5)°С родину разом осаджують гідроксиди олова і сурми додаванням при постійному перемішуванні (звичайно 20%-ного) водного розчину аміаку до досягнення и при підтриманні рЧ=7 Осад ВІДДІЛЯЮТЬ від маточного розчину і відмивають спочатку гарячою а потім холодною бідистильовамою водою протягом 4-6 годин, відфільтровують » сушать (звичайно при температурі більше 100, а переважно - біля (200±5)°С) протягом 810 годин Висушений порошок подрібнюють в фарфоровому (або агатовому) шаровому млині, просіюють через сито 0040, залишок із сига повертають до млина на доподрібнення, а просіяний матеріал, який є гомогенною сумішшю пдроксидів-олова і сурми поміщають в алундовии тигель і піддають на повітрі двоступеневій термообробці (спочатку 2-3 години при (550-560±5)вС, потім також 2З години при (900-1000±5)°С до одержання зернисто» основи напівпровідникового матеріалу на основі оксиду олова (IV) і гомогенно розподіленого в ньому у вигляді твердого розчину домішки оксиду (оксидів) сурми (IV, або III-V) Окремо подібним чином готують ХІМІЧНО чистий оксид алюмінію тої ж зернистості, або оксид алюмінію з домішками оксидів кальцію магнію, натрію та калію Порошки обох видів механічно змішують у потрібному співвідношенні і перетирають у фарфоровому шаровому млині, просіюють через сито (не більше, ніж 0040), змішують с 5%-ним водним розчином вигораючого при спіканні органічного з'єднання - карбоксиметилцелюлози (яка вигоряє при спіканні) до одержання однорідної пасти, яка є напівфабрикатом для одержання пористої напівпровідникової основи адсорбційних сенсорів Сенсори для визначення ацетона і його гомологів у повітрі, що видихається, мають загальновідому конструкцію, в основі якої - малогабаритна (наприклад з розмірами 2 0x2 0x0,3 мм) керамічна пластинка з однієї сторони якої закргплений (як правило впіканням) резистивний нагрівай із платини, ніхрома або іншого стійкого до високих температур і окислення металічного матеріалу, а з іншої закріплені (переважно платинові) вимірювальні контакти і розташований між ними шар чутливого до ацетону і його гомологів адсорбційного напівпровідникового матеріалу потрібного конкретного складу Згаданий нагрівач разом з ВІДВІДНИМИ електродами прислуговує основою ланцюга розжарювання сенсора, а згадані вимірювальні контакти є основою ланцюга вимірювання сенсора При виготовленні сенсорів вказану пасту наносять на керамічну основу і сушать при температурі біля (100±5)"С приблизно протягом 1 години Одержану заготовку занурюють в розчин солі (звичайно хлориду) паладію, що має слабку кислотнють рН=6 7, приблизно на 10-15 хвилин, потім витягають із цього розчину, сушать на повітрі при температур' більше 80°С (переважно (100*5)"С) не менше 1 години (переважно протягом 1-2 годин),потім поступово нагрівають до температури не менше 670"С (переважно (700 900±5)°С) і прожарюють при цій температурі на повпрі на протязі не менше 1 години Приклад 1. В 1,5-2 л дистильовано! води розчиняли 170 3г SnCI4, 0,045 г SbCI, і 50 мл НСІ (сЫ,175), додаванням води доводили об'єм до 5,00 л і одержаний розчин нагрівали до приблизно (80±5)°С Далі повільним введенням 20%-ного розчину аміаку до досягнення рН=7 при постійному перемішуванні разом осаджували гідроксиди олова і сурми Одержаний осад гідроксидів послідовно промивали 10 літрами гарячої і 10 літрами холодної дистильованої води, фільтрували та сушили при (200±5)°С протягом 8 годин Сухий порошок подрібнювали в фарфоровому шаровому млин», просіювали через сито 0040 і засипали в алундові тиглі (25 г порошку на 1 тигель) Термообробку порошків гідроксидів проводили на повітрі Тигель поміщали в піч, нагрівали до (560±5)"С і витримували при цій температурі 2 год, далі піднімали температуру до (950±5)"С і витримували 2 год До 100 г одержаного порошку додавали 0,60 г порошку AI2Oj, 3 5 r MgCOs, 2,0 г KJCOJ і 1,0 г ЫагСОд» одержану суміш перетирали 1 год в шаровому млині з агатовим барабаном (з одержаної тонкоподрібненої суміші та 5%ного водного розчину карбоксиметилцеллюлози готували пасту, порції якої наносили на діелектричну поверхню основи із кераміки на основі АІгОз між двома платиновими електродами і сушили при (100±5)°С протягом 1 год Основи опускали в 0,35 М водний розчин PdCI? з рН=6, витримували 10 хв , потім висушували при (1ООЗ-5)°С, поміщали а піч, нагрівали до (680±5)°С і спікали протягом 1 год Одержані таким чином чутливі елементи в розрахунку на 100 м ч БпОг містили (в м ч ) Sb2O3-0,01, Pd - 0,02, АІ?О, - 0,5, MgO-3,1; K2O -1,5, Na2O - 0,8 Приклад 2. Аналогічно опису в прикладі 1 із 175,4г SnCU і 0 08 г SbCU з тією відмінністю, що термообробку на другій стадії проводили при (900±5)°С, одержували порошок твердого розчину вказаного оксиду сурми у вказаному оксиді олова До 100 г одержаного порошку додавали 0,60 г порошкоподібного ж АІ?Оз і одержану суміш перетирали 1 год в шаровому млині з агатовим барабаном Далі аналогічно прикладу 1 готували п чету, наносили її на основи і після сушіння закріплювали спіканням при (700±5)°С Одержані таким чином чутливі елементи в розрахунку на 100 м ч БпОг містили (в м ч ) БЬгОз - 0,02, Pd - 0,03, АІгОз - 0,6 Приклад 3. Аналогічно опису в прикладі 1 із 176,2 г SnCU і 1,52 г SbCI3 з тими ВІДМІННОСТЯМИ, ЩО осад сушили при (200±5)°С протягом 8 годин і термообробку на другому ступені проводили при (1000±5)°С, одержали порошок твердого розчину вказаного оксиду сурми у вказаному оксиді олова До 100 г одержаного порошку додавали 1,70 г порошкоподібного ж АІгОз і одержану суміш перетирали 1 годину в шаровому млині з агатовим барабаном Далі аналопчно прикладу 1 готували 34593 пасту наносили й на основи які після сушіння промочували водним розчином 1 1 М PdCI? при рН=6 сушипи ( закріплювали спіканням при (800±5)Т Одержані таким чином чутливі елементи в розрахунку нз 100 м ч SnO2 містили (в м ч ) Sb2Oa -0,5, Рб 1 0 АІ 2 О,-1,7 Приклад 4 Аналогічно опису в прикладі 1 із 180 Зг SnCU і 3 70 r SbCI, одержурали порошок твердого розчину вказаного оксиду сурми у вказаному оксиді олова До 100 г одержаного порошку додавали 3.4 г порошку АІ?О3 2 5 r MgCO3 и 1 0 г К2СОа і одержану суміш перетиоапи 1 годину в шаровому мпині з агатовим барабаном Далі аналогічно прикладу 1 готували пясту, наносили й на основи, які після сушіння промочували водним розчином 2,15 М PdCb при рН=б сушили і закріплювали спіканням при (750t5) l C протягом 2 годин Одержані таким чином чутливі елементи в розрахунку на 100 м ч SnO2 містили (в м ч ) 5ЬгО3 - 0,1 0, Pd - 5 0 АІ2О3 - 3,4 МдО -1,7, К2О - 0,8 Приклад 5 Аналогічно описаному в прикладі 1 «з 162,3г SnCU та 3 80 r SbCb з тією ВІДМІННІСТЮ, ЩО термообробку на другій стадії проводили при (1000±5)"С одержували порошок твердого розчину вказаного оксиду сурми у вказаному оксиді олова До 100 г одержаного порошку додавали З 50 г порошкоподібного АІ?О3 і одержану суміш перетирали 1 год в шаровому млині з агатовим барабаном Далі аналогічно прикладу 1 готували пасту наносили її на основи, які після сушки промочували водним розчином 2 2М PdGb при рН=6 і закріпляли спіканням при (800±5)"С Одержані таким чином чутливі елементи в розрахунку на 100 м ч SnO2 містили (в м ч ) Sb?O3 - 1,05 Pd - 5 2 АІ2Оз - 3,5 Виготовлені як описано в прикладах, чутливі елементи (сенсори) випробовували на лабораторному стенді, структурна електрична схема якого представлена на згадуваному кресленні Цей стенд включає не показану на кресленні панель з фіксатором 1 випробовуваних сенсорів (цей фіксатор має також не показані засоби підключення сенсорів до джерел електроживлення та вимірювальних приладів) блок 2 живлення ланцюга розжарювання сенсора блок 3 живлення ланцюга вимірювання сенсора магазин 4 зразкових опорів (резисторів) амперметр 5, підключений до ланцюга розжарювання сенсора і вольтметр 6, підключений до ланцюга вимірювання паралельно магазину 4 зразкових опорів Під час випробувань сенсори були підключені • через фіксатор 1 - до ланцюпв розжарювання та вимірювання • до джерела газових сумішей (наприклад, шляхом розміщення щонайменше панелі з фіксатором 1 в камері яка підключена до засобу для приготування згаданих газових сумішей), • до атмосфери (при необхідності - через засоби очищення повітря або іншого газу-носія від домішок речовин що визначаються) і до засобу лродувки Під час випробувань визначали такі характеристики сенсорів (і, ВІДПОВІДНО, використаних для їх виготовлення адсорбційних напівпровідникових матеріалів) • чутливість - як співвідношення опору сенсора в аналізованому газі Rr до опору сенсора ма повітрі Ro (це співвідношення є безрозмірною величиною причому чутливість визнається тим більш високою, чим це співвідношення більше), • поріг чутливості (Стіп) - як мінімальна концентрація парів аналізованої речовини в повітрі або іншому газ», при якій чутливість сенсора буде не менше 2, • швидкодія сенсора - як час досягнення величини вихідного сигналу сенсора на рівні 0 9 від максимума, • релаксація сенсора - як час повернення сенсора у вихідний стан після зняття навантаження по концентрації Випробовувальні газові суміші готували на основі обезпиленого повітря і ХІМІЧНО чистого ацетона з використанням сумішеприготувального пристрою моделі ГС-1 по ТУ 25-7557 002-86 Вінницького заводу газоаналізаторів Були приготовані суміші парів ацетона з повітрям таких концентрацій (мг/м3) 12,5. 23,0, 46,0, 92,0 Для визначення характеристик сенсорів їх встановлювали у вилробовувапьний стенд, задавали напругу U H І струм Ін в ланцюгу розжарювання ВІДПОВІДНО (3,7±0 3)В та (100,0±20)мА і споживану потужність N = (0.39 - 0,45)Вт, і прогрівали сенсори протягом 30 хв Вольтметром визначали значення Uo вихідного сигналу сенсора в чистому повітрі, потім в камеру з сенсором протягом 3 хв подавали ацетоноповітряну суміш з вмістом ацетона, наприклад, 12,5 мг/м3 По значеннях вихідних сигналів напруги Ur розраховували величину електричного опору сенсора в аналізованій газовій суміші Rr по формулі Rr = (L»BHM-Ur)xRH/Ur, де ивим - напруга, встановлена на рівні 4,0 В у ланцюгу вимірювання і RH - опір навантаження, встановлений з використанням магазина опорів 4 (як правило на рівні 1 кОм) По значеннях вихідних сигналів напруги Uo розраховували величину електричного опору сенсора на повітрі Ro по формулі Ro = (UBHM - Uo) x R H / Uo, де UBHM і RH - як вказано вище Динамічні характеристики сенсорів визначали так В камеру з сенсором подавали аналізовану ацетоно-повітряну суміш і секундоміром заміряли час зміни значення Ur до встановлення його постійного значення Потім камеру продували чистим повітрям, фіксуючи час до встановлення постійного значення Uo По результатах випробувань будували графік залежності Ur=f(t) по якому визначали швидкодію сенсора (час виходу на рівень 0 9 Ur і час релаксації (повернення до вихідного стану) Результати наведені в таблиці 2 Найбільша чутливість і найнижчий поріг чут ливості спостерігались у сенсорів, виготовлених із адсорбційних напівпровідникових матеріалів за прикладами 3 та 4 І хоча сенсори, виготовлені з адсорбційних напівпровідникових матеріалів за прикладами 2 і 4, мають дещо гіршу швидкодію, вони цілком можуть застосовуватися для контролю і самоконтролю стану пацієнтів при кетоацидо 34593 зі. оскільки цей час набагато менший в порівнянні з часом, необхідним для аналогічних за ціллю біохімічних аналізів Те ж саме можна сказати і стосовно до часу релаксації ційного напівпровідникового матеріалу і запропонованого способу, виявляється більше, ніж в три рази, вище вихідного сигналу Uo в чистому повітрі Цього цілком достатньо для індикації ацетона в повітрі, що видихається, при кетоацидозі в зв'язку з діабетом або токсикозами вагітності і. ВІДПОВІДНО. для ранньої діагностики прєкоматозних станів Для сенсора, виготовленого з використанням адсорбційного напівпровідникового Матеріалу виготовленого за прикладом 3, спостерігається найбільша крутизна характеристики, що сприяє створенню приладів з гарними метрологічними властивостями Залежність вихідного сигналу сенсора від магової (мг/м3) концентрації' ацетона в повітрі наведена в таблиці З Як видно із цієї заключної таблиці, навіть при мінімальній, яка відповідач приблизно 0,05% за об'ємом, концентрації пярів ацетона в повітрі (приклад 2) вихідний сигнал Ur сенсорів, виготовлених з використанням запропонованого адсорб Таблиця 1 Приклади складів напівпровідникових матеріалів Концентрація масових частин на 100 частин оксиду олова (IV) Найменування інгредієнтів 1 2 3 4 5 Оксид сурми 0,01 0.02 0,5 1.0 1,05 Оксид алюмінію 0,50 0,60 1,7 3,40 3,5 Паладій метал 0,02 0,03 1,0 5,00 5,2 Таблиця 2 Характеристики сенсорів, виготовлених з використанням адсорбційних напівпровідникових матеріалів за прикладами 3 таблиці 1 Склад напівпровідникових матеріалів Характеристики 1 2 3 4 5 2 25 6 8 7 3 15 10 10 15 Швидкодія, с 60 10 5 120 Час релаксації, с 180 180 90 10 90 Чутливість Поріг чутливості (мг ацетона в куб м) 120 Таблиця З Залежність вихідного сигнала сенсорів, виготовлених з використанням адсорбційних напівпровідникових матеріалів за прикладами 3 таблиці 1, від концентрації ацетона в повітрі Концентрація Склад напівпровідникових матеріалів ацетона в по* вітрі, мг/ма 4 2 3 4 5 20 100 Вихідний сигнал сенсорів, мВ 0 5,8 2,5 15 12,525,0 7,0 8,4 9,5 16,0 110 200 140 140 165 114 46,0 11,0 29,0 360 240 222 92,0 15,0 58,0 620 410 .298 34593 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122)3-72-89 (03122)2-57-03