Низкая цена
Всего 249a за скачивание одной диссертации
Скидки
75 диссертаций за 4900a по акции. Подробнее
О проекте

Электронная библиотека диссертаций — нашли диссертацию, посмотрели оглавление или любые страницы за 3 рубля за страницу, пополнили баланс и скачали диссертацию.

Я впервые на сайте

Отзывы о нас

Определение легколетучих органических соединений и аммиака измерительными системами на основе пьезосенсоров с наноматериалами : диссертация ... кандидата химических наук : 02.00.02

Год: 2013

Номер работы: 2040

Автор:

Стоимость работы: 249 e

Без учета скидки. Вы получаете файл формата pdf

Оглавление и несколько страниц
Бесплатно

Вы получаете первые страницы диссертации в формате txt

Читать онлайн
постранично
Платно

Просмотр 1 страницы = 3 руб



Оглавление диссертации:

4.5.2 Применение азотселективных сенсоров в составе массива «МАГ8» для оценки состояния рыбы ВЫВОДЫ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ПРИЛОЖЕНИЕ х . 1 5

Актуальность работы В условиях современного анализа актуальна разработка аналитических систем на основе доступных средств измерения, позволяющих получить максимальную информацию об объекте за минимальное время. Наряду с хроматографией, масс-спектрометрией в анализе сложных смесей легколетучих веществ (ЛЛВ) особое место занимают измерительные комплексы на основе газовых сенсоров и их массивов (системы «электронный нос»). В качестве преобразователей эффекта взаимодействия детектируемых паров и

29.01.2010 г, подпрограмма «Старт» по темам 'Разработка микроэнергопотребляющих автономных датчиков вредных газов и газоанализаторов, работающих на принципе пъезокварцевого микровзвешивания" ГК № 39р/5992; «Разработка портативных приборов и устройств с «искусственным интеллектом» для диагностики заболеваний и состояния человека» ГК№ 7641р/10429 от

26.02.2010 г. Цель работы - изучение сорбционных свойств селекторных слоев пьезосенсоров из индивидуальных, сложно-комбинированных угле

Пьезокварцевое микровзвешивание - метод измерений, основанный на применении масс-чувствительных пьезорезонаторов. В литературном обзоре обсуждаются некоторые вопросы применения в анализе пьезоэлектрических кварцевых резонаторов в качестве чувствительных элементов потоковых газовых детекторов, газоанализаторов для избирательного определения аммиака, аминов; массивов разнохарактерных сенсоров в системах «электронный нос». Рассматриваются примеры управления свойствами селекторных слоев пьезосенс

1.1.1 ПКР - чувствительный элемент сорбционного детектора В газовой хроматографии применяется более 50 типов детекторов [31], [32]. Действие пьезоэлектрического сорбционного детектора (ПСД) основано на поглощении анализируемого соединения пленкой вещества, характеризующегося адсорбционным сродством к этому соединению и нанесенного на поверхность пьезокристалла [33]. Выходящие из хроматографической колонч ки вещества, адсорбируясь в пленке сорбента, уменьшают частоту колебания кристалла. Выхо

Метод пьезокварцевого микровзвешивания применяется для измерения многих параметров - толщины пленок, влажности, состава газовых смесей, давления, температуры, концентрации микропримесей, коррозионной стойкости, окислительной стабильности, растворимости, упругости паров, различных физико-химических параметров веществ и т.д. [20]. В качестве основных достоинств кварцевых микровесов можно отметить: высокую чувствительность и разрешающую способность; универсальность; экономичность и доступность,

1.3 ХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ ГАЗОВ И ПАРОВ Несмотря на широкие возможности метода пьезокварцевого микровзвешивания, наиболее актуальным остается создание селективных датчиков на индивидуальные вещества или группу близких по свойствам соединений [75]. Это подтверждает обзор пьезоэлектрических пленочных сенсоров, селективно реагирующих на соединения различной природы, содержащиеся в газовых и жидких средах [19]. Метод пьезокварцевого микровзвешивания получил развитие для определения паров газов: амм

Летучие основания азота, такие как аммиак и различные по структуре аммины широко используются в промышленности. Для контроля их содержания, особенно аммиака, существуют огромный спектр газоанализаторов, детекторов и других как стационарных лабораторных, так и портативных, миниатюрных полевых приборов. Каждый из них отличается по принципу функционирования чувствительного элемента, предела обнаружения концентраций газов, доступности, а так же характеризуется определенными достоинствами и недост

Аммиак - распространенный загрязнитель воздуха, образуется при горении топлива и разложении (распаде) азотсодержащих органических соединений. При концентрации в воздухе 10' % аммиак участвует в формировании и стабилизации загрязняющих аэрозолей. Является основным газоммаркером порчи пищевых белковых продуктов, диагностики многих заболеваний (инфекции почек, печени, состояния желудочно-кишечного тракта). Guilbault и Karmarker впервые использовали пьезоэлектрические кристаллы для создания сенсо

1.4 «ЭЛЕКТРОННЫЕ НОСЫ» ДЛЯ АНАЛИЗА СМЕСЕЙ ПАРОВ И ГАЗОВ При анализе смесей важным является выбор методов их разделения и детектирования, определяющие надежность, точность, воспроизводимость результатов измерений. Наиболее распространенными методами анализа смесей алифатических, ароматических аминов являются газовая (ГХ) и жидкостная (ЖХ) хроматографии. Однако проведение анализа осложняется, как правило, многостадийной подготовкой пробы, необходимостью перевода аналитов в летучие производные

2.1 ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ В качестве основных объектов исследования (аналиты) выбраны аммиак и органические амины, широко применяемые для синтеза удобрений, пестицидов, фармацевтических препаратов, красок и'покрытий, ингибиторов коррозии, в качестве катализаторов при производстве фенольных смол, поликарбонатов, полиэфиров, инженерных пластмасс [137]. Кроме того, алкиламины и аммиак входят в группу газов-маркеров состояния живых систем при оценке уровня деструкции белков (порча

В качестве источника сорбата с постоянной концентрацией применяли генератор с термостатированием исходных смесей, растворов или источника микропотока, «Микрогаз». При изучении сорбции паров аммиака применяли источник микропотока (HM-NH3) производства ФГУП СПО «Аналитприбор» (г. Смоленск). 40 Изучали сорбцию равновесных паров определенного объема над индивидуальными веществами классификации «ч.д.а» и «ч.д.хр.» (ЗАО «Экос-1», Россия) стандартизированных в идентичных условиях (Р, V, t = const)

Основным методом исследования в работе является метод пьезокварцевого микровзвешивания паров в газовой фазе с применением частотных пьезовесов. В работе применяли пьезоэлектрический кварцевый резонатор с базовой частотой колебаний кварцевой пластины 1 0 - 1 5 МГц (ОАО «Пьезо», Москва). На обе поверхности пластин методом катодного напыления нанесены серебряные электроды (площадь 19,625-10" м ). Поверхность электродов ПКР с двух сторон'модифицировали равномерным нанесением раствора или фаз

Для определения аммиака, аминов при, анализе многокомпонентных смесей газов различной природы и полярности (спирты, альдегиды, простые и сложные эфиры, карбоновые кислоты, и др.) применен массив сенсоров и полисенсорная экспериментальная установка, обеспечивающая статический режим сорбции с инжекторным вводом пробы (рис.

5) (ООО «СенТех», Воронеж). 1 - восьмиканальный анализатор газов «МАГ-8»; 2 - система осушки воздуха; 3 - компрессор для подачи воздуха; 4 - компьютер с программным о

Для решения поставленных в исследовании задач требовалось подобрать покрытия электродов ПКР, которые не только бы обеспечивали основные эксплуатационные характеристики пьезовесов, но и позволяли решать задачи по высокоселективному детектированию аммиака, селективному детектированию N-содержащих соединений, оценке одновременного присутствия нескольких соединений различной природы. В связи с этим применяли как ранее изученные сорбционные покрытия (полимерные), так и новые, ранее для решения эти

Для оценки параметров формирования пленок на электродах ПКР различной природы при разных способах нанесения, а также для детального изучения взаимодействия паров исследуемых соединений с сорбционным покрытием пьезосенсора, определения топографических и структурных особенностей сорбционных наноматериалов, а также специфических к сорбатам фаз использовали метод атомно-силовой микроскопии (АСМ), позволяющий получить трехмерное изображение в нанометровом масштабе [156]. Работы проводили на атомно

Для изучения взаимодействия летучих оснований азота с исследуемыми пленками, оценки правильности разработанных методик дополнительно применяли стандартные методы анализа минеральных удобрений (ГОСТ

30181.7-94 -

30181.9-94. Удобрения минеральные. Метод определения суммарной массовой доли азота в сложных удобрениях) и сертифицированный портативный газоанализатор аммиака «XO66HT-T-NH 3 ». Метод определения массовой доли общего азота в сложных удобрениях основан на восстановлении ни

2.3 ИЗМЕРЯЕМЫЕ ВЕЛИЧИНЫ Наиболее полно аналитическую информацию позволяют получить разные регистрируемые выходные параметры пьезовесов. Так, традиционным аналитическим сигналом метода ПКМ является максимальное изменение частоты колебаний пьезосенсора при нагрузке (AF max , Гц). Выходной сигнал пьезосенсоров в мультисенсорном анализе непрерывно регистрировали с использованием программы преобразователя в виде хроночастотограммы: зависимости изменения частоты колебаний пьезосенсора во времени,

2.4 СТАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ, ДРУГИЕ РАСЧЕТЫ Статистическую обработку результатов эксперимента после выявления и устранения систематических погрешностей и исключения грубых промахов осуществляли по стандартной методике с применением следующих метрологических параметров: среднее значение единичных\измерений, среднеквадратичное отклонение, доверительный интервал, относительное стандартное отклонение [157]. Число повторений п > 3-4, при разработке методик анализа реальных объектов:

ГЛАВА 3 ЗАКОНОМЕРНОСТИ СОРБЦИИ ЛЕТУЧИХ ОСНОВАНИЙ АЗОТА И ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ НА ПЬЕЗОСЕНСОРАХ С НАНОМАТЕРИАЛАМИ Для обеспечения надежного функционирования анализаторов газов на основе пьезосенсоров необходимо изучить и оптимизировать условия их эксплуатации в различных режимах для решения конкретных аналитических задач. Для разработки новых способов анализа газовых сред на основе метода пьезокварцевого микровзвешивания необходимы эффективные модификаторы одного или масси

3.1 СОРБЦИЯ АНАЛИТОВ ИЗ ПОТОКА Изучение особенностей сорбции аналитов из потока на пленках модификаторов пьезовесов актуально, по меньшей мере, по двум причинам: применение в газовой хроматографии пьезоэлектрического сорбционного детектора (ПЭД) на основе одного или массива пьезосенсоров (системы «Z-nose»), а также актуальность разработки датчиков и газоанализаторов с малым временим отклика. Пьезосорбционный детектор является потоковым детектором, его показания зависят от количества вещества

Для изучения сорбции газов и паров широко применяются стенды с диффузионными установками и инжекторным вводом пробы в ячейку детектирования [160]. В них предусматривается обязательное регламентированное инжектирование газовой пробы (желательно на основе носителя) с заданной концентрацией постоянного объема. Применяли экспериментальную установку с петлевым дозатором и миниатюрной ячейкой детектирования. Вместо блока насыщения парами и смешивания их с потоком носителя (осушенный воздух) в схеме

3.1.2 Влияние природы покрытия сенсора Ца эффективность сорбции аналитов Особенностью эксплуатации пьезокварцевого резонатора с покрытием является то, что функцию разделительной колонки выполняет пленкарецептор на электродах резонатора. Параметры взаимодействия компонента в потоке газа-носителя в проточных условиях сорбции с пленкой определяются, кроме сорбционного сродства, расходом газа-носителя и массой пленки. При экспериментировании с диффузионным пробоотборником принципиальное значение

При выборе селекторного слоя трансдьюсера при сорбции аналитов из потока в широком диапазоне расхода газа-носителя учитывали следующее: 1. Чувствительность микровзвешивания к различным по природе аналитам должна быть близкой, чтобы измерительный элемент применялся без замены при изменении детектируемого газа либо при анализе смеси газов после разделения в предколонке; 2. На выходной кривой пьезодетектора моменту прохождения фронта компонента должен соответствовать симметричный, как можно боле

3.2 СОРБЦИЯ В СТАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ПРИ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ДИФФУЗИИ АНАЛИТОВ К ИЗМЕРЯЕМОМУ ЭЛЕМЕНТУ В идентичных условиях изучена сорбция паров на тонких пленках наиболее избирательных к аналитам по результатам ^предварительного эксперимента полимерных хроматографических сорбентов, углеродных наноматериалах, наноструктурированных гальванопокрытиях палладия, серебра, смешенных сорбентах, модифицированных хемореагентами на аммиак, амины в условиях высокой концентрации аналитов в предэлектродном сло

Изучена сорбция аналитов на пьезосенсорах модифицированных многослойными углеродными нанотрубками (МУНТ), полученными в различных условиях синтеза и последующей обработки (табл. Ъ, стр.

48) и однослойными углеродными нановолокнами (ОУНВ), синтезированными непосредственно на электродах ПКР. Модификаторы ПКР на основе МУНТ. На первом этапе эксперимента изучено изменение геометрических параметров покрытий на основе различных МУНТ при нанесении на ПКР методом ультразвукового суспензирования

3.2.2 Сорбция на гальванопокрытиях При электроосаждении серебра и палладия серебряные электроды ПКР не подвергали предварительной обработке из-за их хрупкости и небольшой толщины. Кроме того, установлено наличие благоприятное для нанесения покрытий регулярной шероховатости электродов с перепадом высот не более 0,9 нм, образующихся при промышленном изготовлении пьезорезонаторов (рис. 27). П1П Н Г # ^ В | ' TSi • • Рис. 27. АСМизображение (а) поверхности электрода (напыленное серебро)и его м

3.2.3 Комбинированные и полимерные фазы с повышенным сродством к аммиаку и аминам Для решения одной из задач исследования - разработки пьезосенсора на аммиак - учитывали, что пленочное покрытие электродов резонатора для селективного определения аммиака в широком диапазоне концентраций должно характеризоваться: высокой сорбционной емкостью, селективностью; инертностью к естественным газам воздуха, сопутствующим компонентам; обеспечивать правильность, воспроизводимость измерений; высокую скорос

3.3 ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ МЕХАНИЗМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СОРБЦИОННЫХ СИСТЕМАХ По результатам исследований выбраны модификаторы электродов ПКР на основе твердофазных (МУНТ, ОУНВ, AZr), индивидуальных (МК, БКЗ) и комплексных (МУНТ/AZr), а также полимерных сорбентов (ПДЭГС, 18-К-6) малой массы, проявляющих заметное сродство к основным аналитам - аммиаку и аминам. Для объяснения сорбционного взаимодействия были проведены микроструктурные исследования сорбционных фаз,

Для разработки новых способов анализа газовых сред на основе метода пьезокварцевого микровзвешивания необходимы не только эффективные модификаторы одного или массива пьезорезонаторов, известные параметры сорбции аналитов на них, функции отклика пьезосенсоров в парах индивидуальных соединений, смесей, но и новое конструктивное решения измерительных устройств и ячеек детектирования. В отличие от ранее применяемых [19], они должны обеспечивать: 1. Возможность использования различных режимов дете

4.1.1 Миниатюрная ячейка детектирования для "лабораторного анализа Для решения основных задач исследования: сравнение и выбор свойств покрытий электродов ПКР с высокой сорбционной емкостью к аналитам, устойчивостью в статике и в потоке, с сохранением базовой линии пьезосенсора в широком диапазоне расхода газа-носителя в системе, обеспечивающих широкую зону линейности градуировочной функции, при эксплуатации в любых режимах необходима разработка новой конструкции детектирующего устройства

Для проведения экспрессного анализа воздуха или смесей газов в потоке в условиях трубопровода, газопроводящих линий, сконструирована миниатюрная ячейка детектирования на основе одного пьезосенсора [159]. Поток воздуха 2,0-2,5 см и 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - отверстие для во'здушного потока; 4 - держатели пьезоэлементов; 5 - микропроцессор; 6 - пьезосенсор Рис. 42. Общая схема миниатюрной ячейки детектирования газов в потоке. Миниатюрная ячейка детектирования газов в потоке (рис.

4

Для увеличения мобильности и компактности аппаратуры метода ПКМ на основе ячейки детектирования с одним или несколькими пьезосенсорами, расширения областей его применения предложено новое конструктивное решение в виде анализатора газов, позволяющее оперативно перемещаться с ним без специальных условий и техники, в заданную точку для определения микроконцентраций газов (рис.

43) [162]. 1 - корпус газоанализатора; 2 - кнопка «вкл.

-выкл.»; 3 - индикатор состояния; 4 - гнездо для доп

Для работы в лаборатории с использованием анализатора газов «САГО» и совмещения его с компьютером разработаны алгоритм [163] и по нему программное обеспечение. Программа предназначена для непрерывной регистрации сигнала от одного измерительного элемента пьезодетектора, функционирующего в статическом или динамическом режимах пьезокварцевого микровзвешивания (рис. 45-а). \ *,л аш шттякттшашшштаяттштшшшвшшятшшттттт а) б) Рис. 45. Фото установки «САГО», совмещенной с компьютером (а) и диалогов

Системы непрерывного действия малогабаритны, но, как правило, высокоселективны к отдельным газам, а газоанализаторы имеют ограничения по группе определяемых компонентов воздуха, шкала их часто отградуироВыполнено при финансовой поддержке ФСРМФПНТС подпрограмма У.М.Н.И.К - 09, г/к №7472р/Ю212. Тема «Газовый флеш-детектор на наноматериалах». 132 вана в единицах концентрации одного газа, для их устойчивого функционирования необходимы определенные исходные условия (по чистоте или влажности возд

Главным назначением аналитического оборудования является получение достоверной информации об анализируемой пробе. В зависимости от принципа функционирования, области применения и конструктивных особенностей, к приборам предъявляются определенные требования. Основными оптимизируемыми параметрами полевых приборов, являются: дрейф базовой линии, расстояние чувствительного элемента прибора до источника эмиссии анализируемых паров [160]. Оптимизации рабочих параметров флеш-детектора (FD) проводили

\ Известно 4 степени порчи зерна, для которых характерен определённый запах: солодовый, плесенно-затхлый, гнилостно-затхлый и гнилостный. Органолептическая оценка степени порчи зерна имеет недостатки из-за ее субъективности. В практике лабораторий применяется методика установления степени порчи по содержанию аммиака в семенах на 100 г. пробы. Так, например, для семян рапса первая степень порчи соответствует содержанию аммиака от 5 до 15 мг, вторая - от 15 до 40 мг, третья - от 40 до 100 мг,

4.5 КОМПЛЕКС СПОСОБОВ ПО ОЦЕНКЕ РАЗЛИЧИЙ СОСТАВА РАВНОВЕСНОЙ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ НАД ПИЩЕВЫМИ ПРОДУКТАМИ показателю - наличию и Наиболее распространёнными газами-маркерами состояния «живых» систем являются алифатические, ароматические амины, кислоты, альдегиды, 166 кетоны, спирты, а в случаях глубокой порчи - аммиак. Для селективного микровзвешивания аминов, аммиака малых концентраций в равновесной газовой фазе над пищевыми системами по результатам исследований рекомендованы твердофазный (МУНТ/AZ

4.5.1 Применение чувствительных к аминам сенсоров для экспрессоценки состояния концентратов, муки лри хранении « В современной пищевой промышленности широко применяются соевые подсолнечные текстураты в качестве заменителя (до 40 %) мяса (соевое мясо, текстурат соевого белка). Соевый текстурат обогащен белком (50-70 %) с малым содержанием жиров, в отличие от подсолнечного - суррогат для белков животного происхождения, производят путем экструзивной варки теста из обезжиренной соевой муки, соев