CC BY
8
удк б:*) i он y*v я i tí
ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОВОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИСИЛОКСАНОВ С УГЛЕРОДНЫ M НАПОЛНИТЕЛЕМ
M )\ С'хутин1 ! M Ьудлттлкл". (' С I»л.-илт.сп\ А А К'ятття1, II (' К'отгяничгг"
1 Омский государстеенный технический университет с. Омск Россия 'Омская государственная яетпомоёгаъно-дсрсжная академия, г. Омск, Россия
Аннотация - Аналитическая эффективность сенсорного массива может быть повышена объединением пи.iiimhjihhi\ KiiviiiumiHKi\, aiciИ.1.1Ч1КГИДНК1Х u lepMMkarajitf i ичн кщ гнишрик. Примм^сги» iMkitiii гнбрплного массива в значительной мере связаны с возможностью выбора достаточно селективных материалов m многообразия неподвижных полимерных хроматографнчсскнх фаз.
Jt/K'i't'tí.v слиъа: ¡iH.i.ttti, i ;iiUKbiù сенсор, nu.шмерный кишиш!, ии.шшликелн
I. ВВЕДЕНИЕ
Контроль качества атмосферного воздуха в жнлых зонах н в районах размещения промышленных предприя-
jИИ С UUpe,je.£rHHCrM аАГИКНЫХ И ¿РОДНЫХ ИрИЫеСеИ при ПОМОЩИ MoCüJLbH&LX L -itHUilH UOJiy 4iie. в по-
следнее время зее Ьолсс широкое распространение. Для оснащения таких станций контроля наиболее предпочтительны недорогие и портативные системы, осооый интерес среди которых прсдстазляют мультнсенсорныс газоанализаторы типа <сэлектрониын псс:>. Основу таких газоапалншчесьпх систем составляет массив разлнча ющнхея сенсоров с перекрестной чувствительностью. Результирующая карлика отклнхоз всего сенсорного .массива иожег быть кс.юль¿ивлна д.1* иден.ифик.аиии анализируемой (.жси hjlh получения информации о состлве
В пастсящее зремя в сенсорных массивах мажет быть использовал широкий ассортимент сенсоров разлил ного типа, отличающихся как принципом преобразования. так н набором сенсорных характеристик [11. Однако, с учеюм хреОованнй íiopia jhühouih. мобильности m невысокой цены îaxnx lmucu, в первую очередь, иредцо-ЧТКТГ-ТЧКП К.-ТТСЛГЧЧОЯгЧНИГ- простых устройств нлпримгр ХГМОре.ЛИГ горок ЯЛ ОГ НОВ Г ПОЛТТМГрНМХ VO-.fTTOlHTOR и
оксидов металлов.
Основой композитных сенсоров являются га »чувствительные композ!гпо:е материалы из органических по лнмеров н проводящего наноразмерного углеродного наполните ля [21. Формирование аналнтнческого сигнала таких сенсоров при их ¿кспиннрованни ь играх анализируемых вещесхв (аналнюи) происходи! o.iiu одаря снижению электропроводноетн композитной пленки из-за наЬухания полимерной матрицы композитов и уменьшения числа контактов между тастнцамн паполпптеля. Следует отметить, что для мобильных устройств, осо бенно при продолжительном мониторинге, очень важным является малое энергопотребление, когда срок службы аккумулятора - ключевое требование. По этому показателю композитные сенсоры имеют неоспоримое преимущество, поскольку, з отличие, например, от металл-окендяых сенсоров, не требуют дополнительного подо-■ ргкл
Особый ннтсрес представляют хсморсзнстпзныс сенсоры на основе композитов с наночастиламн нз углерода. металлов или полупроводников, использующие в качестве полимерной матрицы пеподзижные фазы для газовой хроматографнн. Отличительными особенностямн этих полимерных фаз являются более высокая чистота пилимом и< К0Н)[К)Н1 удиишкзг елгдм ки гллина шрпк мономг]Х1к, рапкиричглей и лруш* нг*глитгльных
нримгггя, Л МкЖГ Гч».1ГГ у<К«Г МОЛГкуПЯрНО-ГЛЖЧМКОГ рИС" |рГДГЛГНИГ НО ГрИКНГНИШ С" ИОЛИМГрИМИ иГнЦПЦЮ-
мышленного назначения. Это имеет особое значение при использовании, например, иолиснлоксанов или по-лнглнколсн для хроматографнчсского разделения
Дня crncci]K)k тин и с* мгпгриалм гикжг MDi vi <1Йг;-цгчик;11ь килныг иргимумкч-гки нечможниггк viijmki гния чувствительностью путем изменения количественного соотношения и характера взаимодействия наполнителя и полимера, малое время отклика вследствие сыстрсй диффузии молекул аналнта в объем лленкп и расширение рн <н(1иГ>р;1чих чушшшг.ikhkix «логк с: ричличнычж инанигичн кими [ГПЛИ1»мн [3]
Целью данной работы является исследование аналитической эффективности сенсорного массива, включающего полимерные композитные сенсоры иа основе трех различие модифицированных полиснлохсанов с нано-размерным углеродным наполнителем.
П. Постановка задачи
Важнейшими показателями эффективности любой аналитической системы являются точность, чувствительность и селективность. Для м^тьтисенсорпого газоанализатора эти показатели в оспоопом определяются нпдп вндуальнымн откликами сеасоров на заданный набор англшов В случае композитных хеморезкетороз величина отклика в первую очередь зависит от термодикахшчееко*? активности аналита в матрице полимера. Конпен-трацпошпле пороги обнаружения таких сенсоров, получешпле для гомологического ряда алкапов н спиртов, рлгттоллгяттг.я п дилтшонлх от П 1 до 100 ppm и пт 0 1 до I ррт соотргтгтбгнко [?] При этом клжчгйтпит* преимуществом полимерных композитов в ряду газочувствительных материалов для резистнвных сенсоров является возможность управления селективностью и чувствительностью за счет изменения состава полимерной матрицы к загрузки наполнителя. Кроме того, технология изготовления сенсоров достаточно проста и заключается в папесепнп топкой пленки композита поверх электрических проводников на изолирующей подложке. Не смотря на ряд недостатков полимерных компсзпгных хеморезнсторов. связанных с гистерезисом к дрейфом отклика, обусловленного влиянием окружающих температур, давления и влажности, они получили достаточно широкое распространение.
Опыт применения систем с массивами из однотипных сенсоров показывает, что они способны определять только достаточно ограниченный круг заранее извесгаых аналотов Наличие в анализируемой атмосфере кн-терфереигев. т.е. неизвестных компонентов. оказывающих мешающее влияние и не заданных в матрице чув ствктельности сенсоров, вызывает, как правило, аналитическую ошибку. Это приводят к необходимости увеличения размерности массива путем его дополнения сенсорами другого типа. Особенно эффективно при этом применение сенсоров с различной степенью селективности, когда обьедшшо1. например, высоко и пшко се
ЛГКГИКНКК* ггнгорм ОшИМг11:КН/1» кОьфиГурИЦИМ ИЖ'ГИШ как уПЯНОИЛГНО ИПЮЛК-аИМННГМ КК ЧИС ЛИ ir.IhHKIX
моделей в работе [4], должна включать индивидуальные сенсоры, отвечающие на 25...35 % целевых веществ. Принято считать, что массивы сенсоров с широкой чувствительностью, в отличие ст высокосслсктнвных ссн-
горок. С»Г»П ИГНИК,1НЛ fill.irr ЮЧНОГ ИнфорМЯЦКО-ЖОГ ИрГ.ИСШКИГНИГ ИНЛНИ.ЧИруГМПШ «11ЫК1И, ни мшуг мри чти
становиться нсточпнком дополшггелыюго шума.
Увеличение размерности сснсорнсго массива позволяет существенно расширить аналитические возможности системы, но при этом часто неоправданно возрастает необходимая номенклатура сенсоров и сложность всего устройства. В качестве алыернатпвы парагзизашпо размерности массива одним из способов повышешгя аналитических характеристик газоанализаторов является применение особых режимов работы сенсороз с использованием кинетических особенностей сенсорного отклика как дополнительного информационного фактора о составе анализируемого объекта. Для повышения дискриминационной способности единичного сенсора в
paiitnr [5], нипримгр. иримгнмпгч ИЬТИННМЙ ЛЛП»рИ1\1 VCI.iiy.IMI ИИ ПО irMlir^Bfryi»M Ü1 КИС 41 НИИ (II КГ11ИЧИНМ
сенсорного отклика В работе [б] повышение селективности массива полупроводниковых сенсоров достигается применением импульсного режима полечи гиалитов с регистрации кинетики сенсорного отклика, что можно
ИСИОЛЬНОК/пь lrtk+.Г И дли МЖ'СИК1!К. КНЛЮЧИКИЦИХ кпммочиТНЫГ сгнс'сфы
ILL lSöPIM
TC-IK елглуп И-С1«)рИИ МИк]ККМН1ИЧГСК.И нгу I КГШДПЧГННЫХ СрГ.И, ЭЛГК'фИЧП'ЬИГ 'ИОЙ1ГКИ KC1MIККСИ IНМХ МИ'1 IT-
риалов б настоящее времт наиболее детально удается описать на основе корни протекания (перколянии) [7]. .Явления, описываемые теорией протекания, относятся к так называемым <крнгичсскнм явлениям» н тракторизуются «порогом протекания», вблизи которого происходит резкое изменение определенных свойств системы. На основе понятий теории протекания удается получить медель эффективной электропроводности поли
мгрны* коммочииж с нтжжоднщим нмм0;|ни1г.1гм ни mtv диапазонг кс'н Ith I jüdinii наполни 1гл и [R] V;v*jibHC»r сопротивление полимерного композита р, в соотвегствш! с этой моделью, определяется вешгпшой ocbesaion фракции >тлеродного наполнителя х~
х(р/* р:*).д ххр,1* рхл) (Г,
а™
где х объемная доля прово дяшего углеродного наполнителя: хс критическая объемная доля прозедяшеге углеродного наполнителя, нлн порог протекания; Ь~{Рс - удельное сопротивление углеродного налог шггеля; Рр - удельно? сопротивление полимера: р - удельное сопрополепие композита; показатель степени к -
1Бфг1МПр |[||)|)МЫ ЧЙПИЦ НН1Н1.1НИ1Г.1И И ИК рИГПрСДШГНИЯ
Решением этого уравнения относительно удельного сопротивления композита р яелястся выражение:
Р<Р> . (?)
{Л+В+[{Л+В)г + 2(рср;?1*/(\-хс)Г-)к
где Л=рг1 *(х + хг - та -хг) н В=р/\х - хД
Форму кривой зависимости рч.х) определяют четыре параметра хс. ре. р^нк. Величины ре н р? определяют нижнюю н верхнюю границы кривой, соответственно Порог протекания хг дает точку перехода композита нз лроьодхщех о в неигхдеедмшее сисшшне. Пошакль емгиеми Д иоы1ри.шруп .чахлон лши перехода.
На рнс. 1 (7 показано влияние удельного сопротивления полимера п наполнителя на положение верхней н нижней границы кривой, рнс. 16 показывает влияние величины порога протекания х1 на положение перехода
КОШГПШТЯ ИЧ НГПрОНОДЯТГ.ГГП В ТТрОК^ДИТЛГГ ГПСТГИГККГ
■ о
10
14 - 10"
™ "Ч%
12 ---14 11"
? 0 .......«к- 1
6
С о
в
0
\ V
г 0 :: -...................
Э 41 02 СЗ 04 0 5 06 37 0 8 09 1 ССьсчпая д«л* •«■юлтгел» л
а
■2 — *
•п 1 — - ¡¿41 >
I .... .^.1
в £ | *1 1
4 ; !
2 ___
с 01 о; с» о.« >.> оо 07 01 с.» I ГМмиммдонмктмгйг«
6
Рнс. 1. Зависимо сл. сдельного сопротивления композита р от величины объемной доли углеродного наполните ли г. «) д. го различных генмтшгний удшкнош аш|к)шш1книи уин-рц,» и полимера¡¡¿¡10 при могтиннмх }.— I 5 а значении порога лротекания хе = 0.2; 6) для различных значений пороге, протекания хе. при постоянных .'с = 1.5. а также удельном сопротивлении полимера оР -1011 Ом м и углерода о,~ 1 Ом-м
Наибольшая чувствительность композитных сенсоров может быть достигнута вблизи порога протекания л>. когда малые изменения объема плешах ко>.агоз1па вызывают наибольшие шмепегшя ее сопротивления. Увелн чгние НИК.К1НИ л ннии к области перехода г рос.тм ноьа-ители спгпгни чомгг хннчи гглкж) рлгширшк рлГючий
диапазон сенсора Однако значения этого показателя определяются характером взаимодействия на границе раздела наполнителя н полимера, поэтому управление параметром к встречает определенные затруднения.
IV. Методика экспериментов Экспериментальная газэаналитнческая мультнсенсорная система представляет собой комплекс из трех оуикцпопальных узлов: сенсорного массива, подсистемы проосотбсра и опека обрабопш сигналов сенсорного массива
Сенсорный массив Основу сенсорного массива составляли пять полимерных композитных (ПК) сенссров. В качестве изолирующей полимерной мтгртгщ композите» иепп-кчочаны жидкие фачк* для глзггооЯ чромятогря-оин (ГХ;. представленные в Табл. I. а структурные формулы мономерных звеньев этих полимеров приведены на рнс. 2. Электропроводным наполнителем композитов служил технический углерод мпркн 111Ы-Э. с размерами частиц 20 . .25 им.
ТАБЛИЦА 1
МАТЕРИАЛЫ ПОШ1МЕРНЫХ МАТРИЦ ДЛЯ ЭЛЕКТЮГРОВОДНЫХ КОМПОЗИТОВ
•>s чей не Полимер Жидкая ГХ фаза Марка
1 PDMS Poly(dimethyl-siloxane) Метнлснлнконовын эластомер М (1-2) 10 6 SE-3C
PCPMS Polv(cyanopropylmetbyl siloxane) Циапопропилметпл днметиленлнкон OV 105
л J PPhMS Polyfphenylincthyl-siloxanc) Фенил (50 %)- метиле нлнкововос масло OV-17
I
--Si-O-I
PDMS PCPMS PPhMS Рис. 2. Структурные формулы мэномерных звеньев полимеров
1LK сенсоры изготавшшалп в двух видах:
а} пленочные лемирезшлиры - нанесением шлуильнш о раствора ^тшуюшпи композита на подложку из слподы г. преднари-елмплм ватсуумккш напылением на нее чпнтаvtkktx площадок и электро.ттв иг Ар;
о) полимерные неллнеторы (суснкы) погруженном в толуольный раствор соотвстсгеующсго композита двух проводников, фиксированных на расстоянии 3.1 мм фторопластовой прокладкой.
Об* <1ICM'.llfui ИЧГОП1К.1-НИИ <-1КГрм И. 1И( К КЫСуШННИНИГМ I11IOKKIX t rmXtJIUM НИ mrv^yxr ДО IIOJIHOI и удаления
расгвсрителя. что контролировали по стабилизации электрического сопротивления сенсоров R0 Характеристики изготовленных полимерных композитных сенсоров с электропроводным углеродным наполнителем представлены в таол. 2.
ТАБЛИЦА 2
ХАРАЮЪШСТИКИ ПОЛИМЫ'НЫХ КОМПОЗИТНЫХ СЬНСОЮВ
CN
(CH2)3
-Si-О I
СНз
D
Si-0+
CH
з .
Сенсор Полимерная Массовая доля Способ Rj. МО.м
M.I11UU.I >iaepuja, ».час. и*1 о шьл ении
1 PDMS 10 пленка 0.24
7 PCPMS 10 пленка 0.36
3 PPhMS 10 пленка 0.52
4 PDMS В пеллнетор 1.0'/
5 PCPMS 8 иелджлор 1.36
Среди рсзистивных сенсоров композитные хеморезисторы можно рассматривать ках узкоеелектнвнке Структура пленочных сенсоров показана па рис. 3.
Непо.-»ш-©пь х
Полимер
Подложке
4 Улжгрод., '
Рис. 3. Струкгура плепотпых полимерпых композитных хеморезнсторов
13 состав сенсорного массива системы дополнительно в золи ли один терыокаталнтичеекпй (119 сенсор и два металл оксидных (МО) сенсора с различающейся рабочей температурой.
Работа ПС-сенсоров основана на измерении теплового эффекта реакции каталитического окисления акалн-
TOR «шглпродтг РОЧДуХЛ г ГОЛГГТТТЧЮ КЛГрГЯЛГХГОГО тгрлтргчи.-торл ттпкрытого К.ЧТЛШИЧГСКТТМ глоем ия нлнг-
ССННЫХ на оксид алюминия платины нлп палладия. Особенностью этих сенсоров является широкая чувствительность к любым практически горючим веществам, способным к окислению па активных центрах катализа тора. [1].
ДЕа тенкопленочных (~1 мкм) металл-сксндных Snü:-сенсора были изготовлены на подложках из слюды методом термического папылепия металшпеского олова с последующим его окисле1шем при температуре 773 К на воздухе МО-сенсоры в ряду резиетивных устройств обладают средней селективностью [10].
Подсмстамп чрпбтчб.эрп. Сгнгорный мдггив рл.чметдллн к ичтлернтг.гкной ячейке пбьемпм 71 \тл, которую продували воздушным насосом со скоростью 50 мл'мзш. Список использованных в данной работе аиалнтов. обозначения их проб, а также результаты хроматографической калибровки этих проб, проведенной на газовом хромг-тогрлфг «Хромое. ГХ-10ОО» ттредгтлялггнчт в тлбл 3
ТАБЛИЦА 3
РЬЗУЛЫАТЫ ХРОМАЮ1 'РАФИЧиСКОЙ КАЛИЪРОВКИ llPOb Ai lAJlHTOU
Обозначс Объем Копнспт Обозначс Объем Коппепт
№ Аналит ни« пробы пробы, раппя па- нне пробы пробы. рация ил-
лст рог.. ррш -W.7 pr>R, ppHI
1 Эглн<1л F.I 5 50 43 9 F.i 7 14 8
? 11етролейньгк pi:s 5 0 1 Л)
3 Ацетои Ас 5 5.0 185
4 Эфир днушлозый Ер5 5.0 437
5 Толуол Т15 5.0 25.5
Г» ГТ[к* анол-7 р. i 50 37.4 Pi 7. Ii а
7 Б>такол Bt 5 5.0 4.4 В12 2.0 1.4
S Хлороформ С15 5.0 1Э6
Импульсное дозирование проб производили с точностью 3...5 % введением паро-воздушных смесей насыщенных парок лнллитгж в иочдутггкуто млгигтрлтть г тю\тогпт>к> пгпртщл
Блок обраоотпхи сигналов сенсорного массива. Сбор н предварительную обработку аналоговых данных от сенсорного массива производили с помощью измерительного модуля Е14-140 под управлением программы Т Graph? Прикладная пршрлмма Анапы-tri cvhiujjhui > гжнпмж (А СС) pa:qia(xnaHa kkihjihmh линией рГчмы к грег.е ттрогрлммнроклнпя «VimviI Ilasir 701II» тт реалтует ретттгние рядл ялдлч 11лиЬопгг- нлжнлж -тттх дл.г.лч — ндептификапия образна пробы. Она решается обработкой полученной выборки сигналов всех сенсоров массива с помощью искусственной пейрошюй сети. Сеть имела структуру однослойного пероептропа с назначением каждому kis алалмив своего нейрона, уровень выходною ишнала xu.upoiu должен после обученкх сети соответствовать коицсшрапии «валета в пробе. Количество входов сети соответствовало произведению числа сенсоров в массиве на число точек в дискретной кинетической выборке сигналов каждого сенсора. Задача ндеити фикации могла решаться в режиме on-lme.
Критерием аналнтнческоЗ эффективности системы служила средняя квадратичная ошибка ¿. вычисляемая по рллнице между иг тинными значениями гончентрпции и пмглиииши гячолнллкчлтпрл
V. Обсуждение результатов В ходе работы проведено исследование аналитической эффективности трех вариантов сенсорных массивов. Исходный массив включал пять указанных в табл. 2 ПК-сенсоров и. после обучения сета на веем наборе гиалитов указанных в хаб.т 3. давал величину погрешности 8 - 0 31. При этом массив показывал слабую чувствительность к полярным аналитам в частности, к спиртам. Все последующие варианты получены наращиванием исходного массива добавлением сначала двух МО-сенсоров с различающимися рабочими температура.\ш (£ = 0.24) н затем добавлением одного "ПС-сенсора (е = 0.19). Как видно кг полученных результатов, гибридный массив, составленный из ПК-. МО- и 7К- сенсоров, имеет превосходство в точности. Кроме того, он обнаруживает наличие днекримппациощюп способности по отношению к спиртам, которая 01сутсплгег у МО и ТК сел соров.
В качестве примера аналитических возможностей гибридного сенсорного массива в табл. 4 представлены результаты анализа проб (объем з мл) индивидуальных спиртов, проведенного по методике «введено
шшучг-но» И КК11К1ЧЛМ1П1Г10 ДИННЫГ IК1 ||(112>Г1ПНСМ-|М ИНИЛИЧ-1 Л 1ИНЖГ К иду И обыМ) НЯибоЛМПГЙ ПО НГЛИЧИНГ
(главной) прнмесн в показаниях газоанализатора.
ТАЯ7ТИЦА 4
РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ИНДИВИДУАЛЬНЫХ СПИРТОВ ГИБРИДНЫМ СЕНСОРНЫМ МАССИВОМ
>8 Проба Результат, л г. 7 Погрешность, % Примесь Объем, мл
1 Е| 7 7.9 4е! Р. 7 1
2 Бt5 4.2 16 ?г 0.4
3 Рг 2 3.2 50 ьх 0.2
4 Рг 5 4.5 10 Вх 0.4
3 В1 2 1.7 15 0.6
п В| 5 5 1 ? Е.1 08
Как видно из представленных данных, идентификация индивидуальных спиртов производится с удовлетворительной точностью, особенно при больших объемах пробы. Количество прнмсск. ошибочно указываемое
ГИЧ0-1НН.1И<Л10|Н)М К СОПИ КГ ЧИСТОК) К ДГИГГКИГГЛЬЖХ'ГИ а НИЛ И1*. МОЖНО рЖ1ММ1рИНИ1К как порог оснару жгнин
дайной примеси в составе смесн эшх аналнгов.
Способность гибридного массива противостоять мешающему влиянию кнгерферентов демонстрируют данные табл. 5-А н 5- Б, где приведены результата анализа индивидуальных аналитсв. проведенного по методике < взсдено-получено». при возрастании количества аналнтов в обучающей выборке.
ТАБЛИЦА 5-А
РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИЗА ИНДИВИД V А-1ЬНЫХ АНАШ1ТОВ ПРИ ВОЗРАСТАНИИ ИХ КОЛИЧЕСТВА
В ОБУЧАЮТ"(ЕЙ ВЬТБОРКТ.
Количество анплнтав в ооучяющей выборке
л? Проба 3 4 5
Результат Примесь Результат Примесь Результат Примесь
1 Ед 5 5.9 (18 %)' Ас 0 3 5 <(10%) РЕ 0 3 4 7 (Г. %) Т104
7. РЕ 5 5 5(10%) А« 0 5 6 4 (78 %) Ел 0 9 5 3(6%) Т1 1 7
3 Ас 5 5.7 (14%) РЕ 0.4 6.3 (16%) Ер 0.4 5.5 (Ю%) РЕ 1.0
1 Ер 5 5.9 (18 %] Ас 0.4 5.5 (10 %) Т10.9
5 Т15 4.0 (20 %) РЕ 1.9
'Примечание: в скобках указана относительная погрешность
ТДКТТИТ1А 5-б
РБЗ У Jlb'L А1'Ы АНАЛИЗА ИНДИВИД YAJLbHblX АНА,111ГОВ ПРИ ВОЗРАСТАНИЙ ИХ КОЛИ ЧЬС ГВА
D ОБУЧАЮЩЕЙ ВЫБОРКЕ
Количество аналнтов в обучающей выооркс
JVs Проба 6 7 8
Результат Примесь Результат Примесь Результат Примесь
1 Et 5 4 0(20%)* РЕ 2.1 2.0 (60 %) Рг 04 2.3 (5'1 %') РЕ 2.0
2 РЕ 5 5.5(10%) Ас 2.3 4.9 (2 %) Т12 6 4.7 (6 %) Т11.6
3 Ас 5 5 7(14%) РЕ 1.5 5.2 (4 %) Et 1.7 4.9(2%) РЕ 1.6
4 Ер 5 5.1 (2 %) Т10.8 6.0 (20 %) Bt 0.5 6.1 (22%) Bt 0.4
5 Т15 3 5(30%) РЕ 2.3 2.9(42 %) РЕ 1.9 2.3 (¿4 %) С11.8
6 Рг 5 4 6(8 %) Et 0.9 5.1(2%) Ас 1.9 4.4(12%) Et 0.7
7 Bi 5 5.3(6%) El 0 4 5.2(8%) El 0.6
S с: 5 3.4 (6 %) T11.7
'Примечание: б скобках указана относительная погрешность.
Из представленных данных видно, что но мере возрасташм количества апалигов в обучающей выборке ошибка анализа индивидуальных чистых веществ либо возрастает (11 5], лнбо проходит через минимум (Et 5, Ер 5. IV 5) и может даже монотонно уменьшаться (Ас 5). Прн этом, однако, в большинстве случаев регулярно возрастает количество какой-либо главной примеси из ряда ошибочно указываемых газоанализатором. В нелом ЖС ^лсдусх нршн<иь. НЮ БJiMO/ЬНJClb > 1 ибрНДНШU mäcchbcl UpOIHbOC.ÜHlb МСШаК.'ШСМ> BJJiUL-iKKJ ИН.СрфсрГН" тов имеется. если некоторое количество аналктов услсвно рассматривать как интерференгы.
Полученные результаты согласуются с больлшнетвом экспериментальных и теоретических исследований, когда разрешающая способность сенсорного массива увеличивается прн возрастании числа сенсоров. Широкая перекрестная чувствительность дополнительных сенсоров способствует расширению диапазона детектируемых анашггов. но при этом может возрастать v^bhmoctt массива от шперфереигов. загрязняющих анализируемый оЬьскт.
Проблема такой уязвимости решается нспользованнсм сенсорных массивов второго н более высокого порядков [10]. Порядок массива оценивают по числу ортогональных дсменов. которые независимы друг от друга и предоставляют кнформешию о различных физико-химических свойствах аналктов Гибридный массив из ПК-и МО- генгоргда ня пример игпоткяутопих рччтичные принципы преобразование модно раегматрийятт. как массив с двумя ортогональными доменами. Первый из доменов соответствует способности аналнтов абсорбироваться полимерной матрицей сенсоров, а второй - их спососпост участвовать в реакциях омыления па по верхиостн окендпглх сенсоров. Способность ТК сенссра образовал, ортогональный домен несколько сомни тсльна нз-за сходства физике -химических процессов на 1К- и МО- сенсорах.
YL выводыи заключение
Исследование аналитической эффективности сенсорною массива. включгшлцею полимерные комнозишые сенсоры на основе трех различно модифицированных пслиснлоксанов с наворазмерным углеродным наполнителем. показывает, что расширению аналитических возможностей газоанализатора способствует их объединение в гибридном массиве с дополнительными металл-окенднымн и термокаталнтнческимн сенсорами. Кроме превосходства в точности, гибридный массив обнаруживает наличие дискриминационной способности по ст-пошешпо к спиртам, которая отсутствует у дополняющих сенсоров В значительной мере это связано с возмож ностью выбора из широкого многообразия ра зличных неподвижных фаз для газовой хроматограф™ достаточно сслсктнвных материалов, обеспечивающих необходимую химическую дискриминацию
список литературы
1. James D.. Scott S М.. A-i Z., O'Hare W.T. Chemical sensers for electronic nose systems '! Microchini Acta 2005. Vol. 14У. Р. 1 1/.
2. Lcvvis N. S. Comparisons bcftvecr. Mammaliar. and Artificial CHfaction Bascd on Arrays of Carbon Black-Polymer Composite Vapor Detectors // Acc. Cliem. Res. 2004. Vol. 37. P. 663-672
3. Штыкое С. IL. Русанова Т. 10. Паномагерналы и нанотехнелогии в химических и биохимических сенсорах. возможное! и н области применения Ч Российский химнчеелнй Аур нал. 2008. Т LH. № 2. С 921-100.
4. Alkasab Т. KL, White Л., Kauer J. S. A Computational System for Simulating and Analyzing Arrays of Biological and Artificial Chemical Sensor? П Cliem. Senses. 2002. Vol 27. P. 261-275.
5. Heirero-Carron F., Yanez D. Л., Rodriguez F. В.. Varotia P. An active, inverse temperature modulation strategy for single sensor odorant classification i! Sens. Actuators B. 2015. Vol 206. P. 555—563.
6. С'нутин E. Д., Буданова EM, Лещннскнн С. С. Повышение селективности полупроводниковых газовых сенсоров применением импульсного режима адсорбции И ЖАХ. 2004. Т. 59, № 12. С. 1259-1263.
7. Снарскин А. А., Безсуднав И. В., Севрюков В. А. Процессы переноса в макроскопически неупорядоченных средах. От теории среднего поля до перколяцнн. М_: ЛКИ, 2007. 304 с.
8. McLachlan D. S., Blaszkiewicz М.. Nerenliam R. Е. Electrical-resistivity of composites ft J. Am. Ceram Soc. 1990 Vol 73. P 2187-2203.
9. Sашпеп Das , Jayaraman V. SnO] A comprehensive review oil structures and gas sensors fi Prog. Mater Sci. 2014 Vol 66. P 112-255.
10. LaFratta C.N.. Walt D R. Very High Density Sensing Arrays // Cliem. Rev. 2008. Vol 108. P. 614-637.
