CC BY
18
УДК 620.1.08:537.311.33
Е.Д. Скутин, С.О. Подгорный, О.Т. Тимошенко
Омский государственный технический университет, г. Омск
НАНОРАЗМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ МУЛЬТИСЕНСОРНЫХ ГАЗОАНАЛИТИЧЕСКИХ СИСТЕМ «ЭЛЕКТРОННЫЙ НОС»
Аналитические возможности современной спектроскопической, хроматографической и масс-спектрометрической аппаратуры легко позволяют получить разнообразную и точную информацию о качественном и количественном химическом составе самых разнообразных объектов. Однако, такие исследования как правило требуют больших затрат времени, часто оказываются дорогостоящими и лишь за редкими исключениями могут проводиться во вне-лабораторных условиях. Именно по этим причинам для экспрессной химической оценки объектов в практических условиях становятся приоритетными разработки более простых, дешевых и быстрых анализаторов на основе сенсорных систем [1].
Традиционный подход при разработке химических сенсоров по схеме «замок-ключ» предполагает применение отдельных селективных сенсоров для каждого аналита, т.е. определяемой разновидности атомов, ионов или молекул. Однако, этот подход встречает множество затруднений при анализе и классификации сложных смесей, таких как пищевые продукты или автомобильные топлива [1].
Новым направлением в сенсорном анализе является использование мультисенсорных газоанализаторов, получивших название «электронный нос» [2]. Основу таких систем составляет массив сенсоров, каждый из которых характеризуется некоторой «перекрестной» чувствительностью, т.е. имеет свой характерный «профиль» откликов на любой аналит из заданного набора. Результирующая картина откликов всего массива сенсоров может быть использована для идентификации анализируемой смеси или получения информации о ее составе.
Выбор типа и количества сенсоров в массиве определяется сложностью решаемой аналитической задачи. С учетом требований портативности, мобильности и невысокой цены в мультисенсорных анализаторах в первую очередь предпочтительно использование простых сенсорных элементов, например, резистивных металл-оксидных и полимерных газовых сенсоров, обладающих перекрестной чувствительностью к индивидуальным химическим веществам.
Основным недостатком металл-оксидных сенсоров является высокая рабочая температура (как правило, выше 473К) [3-5], что увеличивает затраты энергии при эксплуатации и сокращает ресурс работы сенсоров. В свою очередь, к недостаткам полимерных газовых сенсоров относят сравнительно слабую изученность механизма преобразования сигнала и высокую чувствительность сенсоров к изменениям влажности, что часто требует их работы в контролируемом или кондиционируемом окружении. Кроме того, близкие величины сродства проводящих полимеров к очень широкому набору аналитов не позволяют оптимально разделять многие из них в пространстве данных сенсорного массива.
412
По сравнению с достаточно хорошо изученными оксидами, особого внимания заслуживают полупроводники типа Апг^ и АПВ^. Как показано, в частности, в работах [6,7], полупроводники систем 2пБе-СёТе и 1пР-Сё8 проявляют избирательно высокую адсорбционную чувствительность по отношению к компонентам, в том числе токсичным, окружающей и технологических сред (СО, О2, КН3) (рис. 1).
Рис. 1. Температурные зависимости величины адсорбции СО на пленках толщиной 19 (1), 60 (2), 730 нм (3) и порошке (ёсред=26073 нм ) (4) (2пБе)0,05(СёТе)0,95 при Рн=15 Па
Сенсоры, разработанные на основе нанополупроводников систем ZnSe-CdTe и InP-CdS, способны к эффективному обнаружению аммиака и угарного газа уже при комнатной температуре.
В итоге, объединение в гибридном массиве металл-оксидных, полимерных сенсоров и сенсоров на основе алмазоподобных полупроводников, позволит расширить аналитические возможности прибора типа «электронный нос».
Библиографический список
1. Скутин, Е. Д. Мультисенсорные газоаналитические системы «электронный нос». Разработка, применение и перспективы: монография / Е. Д. Скутин. □ Омск : Изд-во ОмГТУ, 2009. ^228 с.
2. Review of Gas Sensors Employed in Electronic Nose Applications /Arshak K. [et al.] // Sensor Review. Ш004ЛУ. 24, №2 2. □P. 181-198.
3. Indium oxide-based gas sensor for selective detection of CO / H. Yamaura [et al.] // Sensors and Actuators B. - 1996. - V. 35-36. - P. 325 - 332.
4. Mechanism of sensitivity promotion in CO sensor using indium oxide and cobalt oxide /
H. Yamaura [et. al.] // Sensors and Actuators B. - 2000. - V. 65. - P. 39 - 41.
5. Кинетика резистивного отклика тонких пленок SnO2-x в газовой среде // С. В. Рябцев [и др.] // Физика и техника полупроводников. - 2008. - Т. 42, Вып. 4. - С. 494 - 495.
413
6. Подгорный, С. О. Получение и адсорбционно-каталитические свойства системы ZnSe-CdTe : автореф. дис. ... канд. хим. наук : 02.00.04 / С. О. Подгорный. - Омск, 2011. - 21 с. : рис.
7. Тимошенко, О. Т. Новая многокомпонентная полупроводниковая система InP-CdS. Ее поверхностные физико-химические свойства : автореф. дис. ... канд. хим. наук : 02.00.04 / О. Т. Тимошенко. - Омск, 2006. - 24 с. : рис.
