CC BY
37
• 7universum.com
UNIVERSUM:
ХИМИЯ И БИОЛОГИЯ
№ 9 (27). 2016 г.
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ
АНАЛИТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕКОТОРЫХ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО СЕНСОРА СЕРОВОДОРОДА
Абдурахманов Илхом Эргашбоевич
соискатель кафедры аналитической химии Самаркандского государственного университета,
140104, Узбекистан, г. Самарканд, Университетский бульвар 15
Е-mail: I.Abduraxmanov@yandex. ru
Кабулов Бахадир Джаббарович
д-р хим. наук, проф. Ташкентского технического университета, зав. лаборатории Государственное унитарное предприятие «Фан ва таращиёт», 100095, Узбекистан, г. Ташкент, Алмазарский район, ул. Университетская 2
E-mail: kabulov@rambler.ru
RESEARCH OF SOME METEOROLOGICAL DATA OF HYDROGEN SULPHIDE SEMICONDUCTING SENSOR
Ilhom Abdurakhmanov
Degree-seeking student of Analytical Chemistry Chair, Samarkand State University, 140104, Uzbekistan, Samarkand, Universitetsky Bulvar, 15
Bahadir Kabulov
Doctor of Chemistry, Professor of Tashkent Technical University, Head of Laboratory of State Unitary Enterprise "Fan va tarayyiet", 100095, Uzbekistan, Tashkent, Almazarsky District, Universitetskaya Street, 2
АННОТАЦИЯ
В работе изучено некоторые метрологические параметры полупроводникового сенсора сероводорода. Экспериментально установлено, что сенсор в изученном интервале концентрации выдерживает перегрузки по концентрации, а также его сигнал в изученном интервале давления (600-900 мм рт. ст.) и расхода (5-50 л/ч) газа сохраняется стабильно.
ABSTRACT
In the article some meteorological data of hydrogen sulphide semiconducting sensor is studied. It is established experimentally that the sensor in the studied concentration range carries overloading of this concentration as well as its signal in the investigated pressure range (600-900 mm Hg), and the consumption (5-50 l/h) of the gas is maintained consistently.
Ключевые слова: Сенсор; сероводород; селективность; чувствительность; концентрация; сигнал; расход газа: давления.
Keywords: sensor; hydrogen sulphide; selectiveness; sensibility; concentration; signal; consumption of gas; pressure.
Введение. Ежегодно в атмосферу Земли в результате различных техногенных и биогенных процессов выбрасывается огромной количество сероводорода [1-4]. Поскольку такие выбросы токсичны и
обладают высокой химической активностью, разработка сенсоров для определения концентрации в различных средах является весьма актуальной задачей. Основными требованиями, предъявляемыми к
Библиографическое описание: Абдурахманов И.Э., Кабулов Б. Д. Исследование некоторых метрологических параметров полупроводникового сенсора сероводорода // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2016. № 9 (27) . URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/3606
№ 9 (27). 2016 г.
подобным сенсорам, являются дешевизна, портативность, селективность и высокая чувствительность.
Цель настоящего исследования - изучение некоторых метрологических параметров (селективность, зависимости сигнала от расхода, давления газовой смеси и устойчивость сенсора к перегрузкам по концентрациям) полупроводникового сенсора сероводорода (ППС-И28). В разработанных нами полупроводниковых сенсорах селективность определения обеспечена подбором оптимальных значений температур и соответствующих катализаторов.
Методика исследования. Изучение селективности определения сероводорода разработанными сенсорами проводили с использованием аттестованных газовых смесей по требованию ГОСТа, предъявляемого к газоаналитическим приборам для замкнутых экологических систем и объектов химической промышленности. Селективность работы полупроводникового сенсора сероводорода определяли в присутствии водорода, оксида углерода и метана. Эксперименты проводили при температуре газочувстиви-тельного материала (ГЧМ) 3500С, с применением газовых смесей (ГС), состав которых приведен в таблице 1.
Таблица 1.
Состав и параметры поверочных газовых смесей, использованных при определении селективности
сенсора сероводорода
№ Состав ГС Содержание компонента (X ±Дх), мг/м3.
п/п Ш8 Н2 СО СН4
1 И28+ воздух 356,0+0,6 - - -
2 И28+И2+воздух 356,0+1,0 460,0+1,8 - -
3 И28+СО+воздух 356,0+0,8 - 380,0+2,5 -
4 И28+СИ4+воздух 356,0+1,0 - - 450,0+1,5
На вход ППС подавали смесь N1 (сероводород + воздух) в течение 5 мин, фиксировали показания, затем подавали смесь N2 (сероводород + водород + воздух) и через 5 мин повторно фиксировали показания прибора. Аналогичным образом были получены сигналы для смеси N3 (сероводород + оксид углерода +
воздух) и N4 (сероводород + метан + воздух). Число параллельных измерений для каждой стандартной газовой смеси равно 5.
Результаты исследования. Средние результаты, полученные при установлении селективности ППС - Н28, представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Результаты проверки селективности полупроводникового сенсора сероводорода (п=5, Р=0,95)
Состав газовой смеси, мг/м3 Найдено сероводорода, мг/м3
ППС-Ш8 -№ 1 ППС-Ш8 -№ 2 ППС-Ш8 -№ 3
X ±Дх 8г*102 X +Дх 8г*102 X +Дх 8г*102
Н28-356,0+возд. (ост.) 354,0+3,2 1,1 351,0+1,5 0,8 355,0+2,2 1,0
Н28-356,0+Н2-460,0 +возд. (ост.) 355,0+4,2 1,0 350,0+2,8 0,6 357,0+4,1 0,9
Н28-356,0+СО-380,0+возд. (ост) 352,0+2,5 0,7 358,0+3,0 0,8 357,0+2,9 0,8
Н28-356,0+СИ4-450,0+возд. (ост) 356,0+3,9 0,9 359,0+4,6 1,0 359,0+4,3 1,0
Как следует из полученных экспериментальных данных, наличие в анализируемой смеси (Н28+воз-дух) оксида углерода (до 380 мг/м3), водорода (до 460 мг/м3) и метана (до 450 мг/м3) не влияет на значение выходного сигнала сенсора сероводорода. Из приведённых данных (табл. 2) следует, что разработанный сенсор в изученном интервале концентраций Н28 позволяет осуществлять селективное определение сероводорода. Установленной погрешность определения ППС - И28 за счет неизмеряемых компонентов не превышает 1,5 %.
Было установлено, что изменение расхода газовой смеси в исследуемом интервале (5-50 л/ч) не оказывает существенного влияния на значение выходного сигнала сенсора. Выходной сигнал сенсоров также не зависит от расположения в пространстве и
углов наклонов, что позволяет отнести разработанные сенсоры (согласно ГОСГ-13320-82) к типу независимых.
Испытания на воздействие давления проводились в интервале 600-900 мм рт. ст. Для определения влияния давления на работу сенсора устанавливали давление в камере сенсора от 600 до 900 мм рт. ст. (с разницей 50,0+1,5 мм рт. ст.) и через один час записывали показания прибора при пропускании стандартной смеси с содержанием сероводорода 250 и 500 мг/м3. Результаты проведенных экспериментов по определению влияния давления на полезный аналитический сигнал представлены в таблице 3.
Как следует из приведенных данных, в изученном диапазоне изменение давления газовой среды практически не оказывает влияния на значение выходного сигнала сенсора.
Таблица 3.
Результаты определения концентрации сероводорода при различных давлениях (п = 5, Р = 0,95)
Давления газовой смеси, мм. рт.ст Сигнал сенсора, (Ас/свозд) отн. ед.
Ch2s- 250 мг/м3 CH2S -500 мг/м3
X ±Ax Sr^102 X ±Ax Sr^102
600 2,57±0,02 0,88 3,26±0,9 0,69
700 2,58±0,02 0,86 3,28±1,7 1,32
800 2,57±0,02 0,89 3,27±1,8 1,40
900 2,59±0,03 1,32 3,26±0,9 0,71
Проверка устойчивости сенсора сероводорода к перегрузкам по концентрации (10 000 мг/м3) проводилась при содержании сероводорода в смеси 500 и
2500 мг/м3. Время восстановления нормальной работы сенсора «ППС-Н28» определялось по его выходному сигналу в зоне основной погрешности.
Таблица 4.
Результаты проверки устойчивости «nnC-H2S» к перегрузкам по концентрациям (n=5, Р=0,95)
№ п/п Концентрация сероводорода в смеси. Выходной сигнал сенсора до и после воздействия перегрузки, мг/м3 Основ. абсол. по-греш ность Допуск. значения основ. погр. по ГОСТу
до воздейств. перегрузки после воздейств. перегрузки
1 Сн2э =500 мг/м3 506±5 512±5 6 ±0,25 об. %
2 Сшз=2500 мг/м3 2497±9 2504±6 7 ±0,25 об. %
Результаты проведенных экспериментов (табл.4) показали, что разработанный сенсор сероводорода в изученном интервале концентраций выдерживает перегрузки по испытуемым параметрам. Значение дополнительной погрешности «ППС-Н28» при воздействии перегрузочной концентрации на работу прибора не превышает 0,03 об. %.
Разработанные в данной работе полупроводниковые сенсоры сероводорода применяются в системах мониторинга окружающей среды, в устройствах контроля утечек из газовой аппаратуры и в системах контроля непрерывных технологических процессов, связанных с изменением концентрации сероводорода.
Заключение. В результате проведенных опытов разработан селективный полупроводниковый сенсор
сероводорода, обеспечивающий экспрессное определение сероводорода в широком интервале его концентрации в атмосферном воздухе и технологических газах. Разработанные полупроводниковые сенсоры сероводорода характеризуется селективностью сигнала в широком интервале изменения водорода, оксида углерода и метана. Значение относительного стандартного отклонения (8г) за счет неизмеряемых компонентов, не превышает 0,05. Изменение расхода газовой смеси в исследуемом интервале (5-50 л/ч) не оказывает существенного влияния на значение выходного сигнала сенсора. Выходной сигнал сенсоров также не зависит от расположения в пространстве и углов наклонов, что позволяет отнести разработанные сенсоры (согласно ГОСТу-13320-82) к типу независимых.
Список литературы:
1. Абдурахмонов Б.М., Абдурахманов Э.А., Рузиев Э.А. Сенсор для экоаналитического мониторинга сероводорода в газовой среде // Журн. Узб. хим. журн. -Тошкент. - 2004. - № 2. - С. 63-67.
2. Бочаров С.В., Солодов С. Д., Мухамадиев A.A., Агниев С.В. Применение поглотителя сероводорода Asulpyer на производственных площадях ОАО «Комнедра» // Нефтяное хозяйство. - 200. - № 11. - С. 142-143.
3. Фахриев A.M., Новосельский И.М., Ярхунов В.Л. Применение ингибированного абсорбента для очистки газов от сероводорода // Химия и технология топлив и масел. - 1989. - № 7. - С. 14-16.
4. Шайдуллин Ф. Д. Денисламов И.З., Исланова Г.Ш. Применение нейтрализаторов, сероводорода на объектах нефтедобычи АНК «Башнефть» // Нефтяное хозяйство. - 2005. - № 3. - С. 108-109.
