Химические сенсоры для атмосферного мониторинга на основе функциональных полимеров

• Автор: Токарев, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.13, 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава I. Анализ состояния проблемы и формулирование задач исследований

1.1. Мониторинг атмосферного воздуха. Задачи и методы контроля аммиака в атмосферном воздухе

1.2. Традиционные химикоаналитические методы

1.3. Инструментальные методы

1.4. Сенсорные методы контроля, химические сенсоры

1.4.1. Актуальность применения твердотельных химических сенсоров в газовом анализе и мониторинге атмосферного воздуха

1.4.2. Электрохимические сенсоры Л

1.4.3. Термохимические, термокаталитические сенсоры

1.4.4. Полупроводниковые сенсоры

1.4.5. Пьезокварцевые резонаторы объемного и поверхностного типов У
1.4.6. Оптические сенсоры, их преимущества
1.4.6.1. Оптические сенсоры пассивного типа
1.4.6.2. Оптические сенсоры активного типа
1.5. Применение химических сенсоров в многоточечных автоматизированных и мультисснсорных системах контроля. Новый подход в создании химических сенсоров
1.6. Материалы чувствительных покрытий химических сенсоров. Функциональные полимеры, как наиболее перспективные материалы чувствительных покрытий
1.7. Постановка цели и задач исследований У У
Глава 2. Экспериментальная часть V
2.1. Объекты контроля У
2.2. Объекты исследования У
2.3. Образцы для измерений и оборудование
2.4. Аналитический сигнал
2.5. Методика исследования пленок в вакууме
2.6. Методика исследования пленок в потоках газовых смесей
2.7. Методики обсчета экспериментальных результатов У
Глава Э. Исследование газоадсорбциопных, газодиффузионных и сенсорных свойств полнкрнсталлических пленок красителе и пленок функциональных полимеров в вакууме
3.1. Реакционная способность аналитических красителей
3.2. Влияние диоксида серы на свойства пленок сополимеров ал кил метакрилата со стнролсульфонатом с ионносвязанными катионом бриллиантового зеленого
3.3. Влияние макроструктуры полимерной пленки на газоадсорбциоиные и сенсорные характеристики
Глава 4. Оптимизации параметров сенсора. Дальнейший молекулярный дизайн функциональных полимеров н исследование их газоадсорбционных и сенсорных свойств в вакууме и в газодинамических условиях
4.1. Исследование влияния условий отжига полимерных пленок на чувствительность их спектров поглощения к воздействию БОг
4.2. Исследование влияния температуры полимерных пленок на чувствительность их спектров поглощения к воздействию БОг
4.3. Способы представления аналитического сигнала
4.4. Исследование влияния толщины полимерной пленки на чувствительность ее спектра поглощения к воздействию БОг У У
4.5. Исследование режимов регенерации начальных спектральных характеристик пленок
4.6. Исследование влияния БОг на спектры поглощения пленок в динамическом режиме напуска газовых смесей
4.7. Исследование влияния БОг на чувствительность пленок полиамидов в вакууме
4.8. Исследование влияния БОг на чувствительность пленок полиметилмстакрилата в вакууме
4.9. Исследование влияния 2 на чувствительность пленок полисилоксанов в вакууме
4 Получение градуировочных характеристик пленок ПДМС1 в газодинамическом режиме
4 Исследование сенсорных свойств пленок сополимеров полисилоксанов в макете газосигнализатора ЗУ Глава 5. Исследование тонких пленок функциональных полимеров в качестве чувствительных материалов сенсоров мультисенсорной системы мониторинга пяти газов основных приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха
5.1. Исследование поликристаллических пленок аналитических красителей на предмет их реакционной способности на все контролируемые газы
5.2. Исследование влияния газовСДЯВ на тонкие пленки ряда функциональных полимеров в вакууме
5.3. Изотермы адсорбции. Расчет констант равновесия и свободной энергии Гиббса процесса адсорбции газов полимерными пленками
5.4. Перспективные разработки на основе полученных сенсоров
Выводы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Межрегиональном научнотехническом семинаре Экологическая безопасность регионов России и риск от техногенных аварий и катастроф Пенза, г. Седьмой нижегородской сессии молодых ученых техническое направление Нижний Новгород г. Всероссийском научнотехническом семинаре Экологическая безопасность регионов России и риск от техногенных аварий и катастроф Пенза, г. Молодежном научнотехническом форуме Будущее технической науки нижегородского региона Нижний Новгород, НГТУ, г. IV Международной научнотехнической конференции Электроника и информатика Москва, МИЭТ, г. Восьмой нижегородской сессии молодых ученых техническое направление Нижний Новгород, г. Седьмой всероссийской научнотехнической конференции Методы и средства измерений физических величин Нижний Новгород, г. II молодежной научнотехнической конференции Будущее технической науки нижегородского региона Нижний Новгород, НГТУ, г. XV научнотехнической конференции с участием зарубежных специалистов Датчик. Датчика и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления Москва, МГИЭМ, г. Третьей Всероссийской Каргииской конференции Полимеры Москва, МГУ, г. Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в печатных работах. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Содержит 7 страниц машинописного текста, рисунка, таблицу и список литературы из 9 наименований. В нерпой главе на примере аммиака одного из пяти основных приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха проведен обзор существующих методов и средств контроля газов загрязнителей атмосферного воздуха, дана их классификация, более подробно рассмотрены сенсорные методы контроля, приведены их достоинства и недостатки, оценена возможность их применения в автоматизированных системах мониторинга атмосферного воздуха. Рассмотрены проблемы материалов чувствительных покрытий химических сенсоров и пути улучшения их характеристик. Рассмотрена перспективность создания и применения мультнсснсорных приборов для мониторинга атмосферного воздуха. Вторая глава посвящена теоретической и практической подготовке эксперимента. Описаны объекты исследования функциональные полимеры, методы и средства измерений, методики исследования, методики обработки экспериментальных результатов. Третьи глава посвящена экспериментальным исследованиям газоадсорбционных, газодиффузионных п сенсорных свойств поликристалличсских пленок красителей и пленок функциональных полимеров. Сформулировано требование, предъявляемое к материалам газочувствительных слоев химических сенсоров. Для исследовании использовали один из газов диоксид серы БСЬ не взрывоопасный и имеющий наиболее удобную температуру кипения с давлением насыщенных паров около двух атмосфер. Показано, что молекулы аналитических красителей сохраняют свою реакционную способность после их ионного связывания с молекулами полимерной матрицы. Выяснено, что наибольшей чувствительностью к действию диоксида серы БОг обладают функциональные полимеры с ионносвязанным катионом трифенилметанового красителя бриллиантового зеленого. Кроме того, установлен рост чувствительности к действию диоксида серы 5С2 со снижением степени модификации основной полимерной цепи. Также получено экспериментальное подтверждение разделения реакционных центров на быстрые и медленные в результате микрогстсрогспностн фазовой структуры функциональных полимеров, что может привести к деградации сенсорных характеристик. Четвертая глава посвящена оптимизации параметров сенсоров и дальнейшему исследованию газоадсорбционных и сенсорных характеристик функциональных полимеров. Определены оптимальные толщины чувствительных покрытий, рабочие температуры и методы регенерации начальных спектральных параметров сенсора диоксида серы. Получены градуировочные характеристики сенсоров г на спектрофотометре и в макете газосигнализатора. Показано, что для удаления растворителя и структурной релаксации свежеприготовленных полимерных пленок можно применять вакуумированис с нагревом образцов до температуры С.