CC BY
12
УДК: 539.23:535:621.315
Цж Б.Р.1'3, д.т.н., професор ([email protected]), Акаментьева О.1.2, д.х.н., гол. наук. сп., Чохань М.1. 1, к. т.н., асистент © 1Льегвська нацюнальний ушверситет ветеринарног медицины та бютехнологш ¡мет С.З. Гжицького, 2Льв1вський нацюнальний ушеерситет гменг 1еана Франка 3Ушверситет Казимира Великого в Бидгощг, м. Бидгощ, Польща
СЕНСОР В1ЗУАЛЬНОГО КОНТРОЛЮ ВМ1СТУ АМ1АКУ
Запропоновано сенсорний пристрт для в1зуального експрес-контролю наявност1 амгаку в оточуючому середовищ1, зокрема, в харчовт промисловост1 для оцтки якост1 харчових продуктгв в процес гх збер1гання при ргзних температурах. Принцип дп сенсор1в грунтуеться на змн спектральних властивостей ¡, вгдповгдно, кольору тонких плгвок спряжених пол1ам1ноаретв тд д1ею полярних газ1в, зокрема, ам1аку. Пропонуеться застосування гнучких пол1мерних матриць як носив ¡ндикаторног речовини, що забезпечило би отримання гнучкого чутливого елемента.
Ключо^^ слова: сенсор, пол1амтоарени, продукти тваринництва, контроль св1жост1
Вступ. Газова сенсорика е одшею з найважливших галузей сучасно! електрошки, що штенсивно розвиваеться. Потреба у розробщ газових сенсорiв зумовлена необхщшстю забезпечення безпеки життедiяльностi людини, еколопчного контролю, мошторингу газових середовищ в харчовш промисловост тощо. При збер^анш харчово! продукцп (молочш, м'ясш, рибш вироби) у неналежних умовах втрачаеться И свiжiсть, при цьому вiдбуваеться видiлення газоподiбних речовин (амiак, сiрководень, оксиди азоту та ш.), якi можуть бути виявлеш за допомогою сенсорiв [1,2]
Оргашчш напiвпровiдники е перспективними матерiалами для виготовлення чутливих елементiв сенсорних пристро!в [3]. Зокрема, тонкi шари полiанiлiну або полюртотолущину, здатнi змшювати сво! оптичнi характеристики пiд дiею газоподiбних речовин, що видiляються при збер^анш продуктiв тваринництва [2]. Вщома чутливiсть опору деяких спряжених полiмерiв, в тому числi полiанiлiну, до дп полярних газiв (амiаку, дiоксиду азоту, фосфiну) та випарiв оргашчних розчинникiв - ацетону, спирту, бензолу та ш.[3]. Альтернативою резистивним е оптичш сенсори, вони працюють без зовшшнього електричного сигналу, а !х оптичний вiдгук можна передавати волоконно-оптичним зв'язком [3]. Для експрес-контролю свiжостi продукцп в умовах И збер^ання необхiдно створити чутливi системи, змши в яких можна би було визначити вiзуально, без застосування пристро!в реестраци оптичного сигналу.
Метою дано! роботи стало вивчення можливост використання органiчних полiмерних напiвпровiдникiв - спряжених полiамiноаренiв (полi- анiлiну та його
© Цж Б.Р., Акаментьева О.1., Чохань М.I., 2011
144
похщних) в оптичних сенсорах вiзуального контролю свiжостi продукив тваринництва при !х збер^анш за рiзних умов.
Матер1али 1 методи. Сенсор вiзуального контролю вмiсту амiаку виконуеться у виглядi гнучко! плiвки, яка е композитом кислотно-легованого полiанiлiну або полюртотолу!дину та полiвiнiлового спирту (ПВС). Отримання плiвки здiйснюють шляхом окисно! полiмеризацп 0,01 - 0,025 М розчину анiлiну або орто-толу!дину у водному гелi ПВС концентращею вiд 0,125 до 5 мас.% при кiмнатнiй температурi. Сенсорну плiвку виготовляють методом поливу композици на поверхню тефлону або органiчного скла, висушують протягом 4-х годин при Т = 60 - 70 °С. Шсля вiддiлення вiд пщкладки отримують рiвномiрну, гнучку плiвку зеленого кольору, яку використовують як чутливий елемент сенсора. Товщину композицiйних плiвок вимiрюють мiкрометром з точнiстю до 0,01 мм.
Час змши забарвлення фжсували за показами оптично! густини плiвки впродовж часу ди амiаку з заданим парцiальним тиском за юмнатних температур (18...20 °С) та у камерi холодильника (2...5 °С) у кварцовiй кюветi спектрофотометра, фжсуючи змiну оптично! густини реакцiйного розчину на довжиш хвилi 610 нм.
Результати дослщжень. Виявлено, що при подачi амiаку в камеру вщбуваеться рiзка змiна не тiльки оптичного поглинання, але й кольору плiвки.
В табл. 1 представлено значення часу змiни забарвлення газочутливих гшвок пщ Д1ею аляаку
Табшщя!
Результати вппробувань сенсор ¡в аупаку з рЬннмп мдикаторними речовпнамп
Час змши забарвлення сенсора, секунд и
Тттек ашаку, кПа Прототип Пропонований сенсор Прототип Пропонований сенсор
По.тпаншш Композит Поттолущин Композит
(ПАН) ПВС-ПАН (ПоТ1) ПВС-ПоТ1
(1 =18 20 °С) (1=18. 20 °С) (1 = 2 5 °С) (1 = 2 5 °С)
1 0.5 - 1 5 2 12
0,1 2 15-20 5 60
10"- 30-40 190 65 360
10-^ 60 300 100 450
Як можна бачити з даних табл. 1, час виходу на стацiонарне значення оптично! густини композицшно! плiвки бiльший порiвняно з плiвкою чистого полiанiлiну або полюртотолу!дину i залежить вiд температури, тиску газу i типу iндикаторноl речовини, впроваджено! у матрицю ПВС, але в загальному становить вщ декiлькох секунд до декiлькох хвилин.
При припиненш контакту з амiачним середовищем вiдбуваються зворотнi процеси - десорбщя амiаку i вiдновлення властивостей плiвки. Проте швидкiсть
десорбцп aMiaKy з композицшних nniBOK е досить повшьною (вiд 25-30 хвилин до 2-х годин), а при вищих парщальних тисках aMiaKy (понад 10 кПа) процес стае необоротним.
Вiдновлення властивостей iндикaторa здiйснюють шляхом його промивання у водному розчинi 0,5 М сульфатно! кислоти та вод^ що займае 10-20 секунд. При цьому вщновлюеться як колiр плiвки до яскраво-зеленого, так i !! спектральш характеристики. Отже, такий iндикaтор придатний до повторного використання. Швидкiсть вiзyaльних змiн залежить вiд пaрцiaльного тиску aмiaкy i дещо зменшуеться при низьких температурах [3].
Змша оптичних властивостей полiaмiноaренiв зумовлена взaемодiею молекул aмiaкy з aмiно-грyпaми полiмерного ланцюга. Молекули aмiaкy адсорбуються на поверхш за декiлькомa мехaнiзмaми, основним з яких е утворення донорно-акцепторних комплекав з атомами азоту, що спричиняе зменшення концентрацп носив р-типу [2].
Висновки. На основi дослiдження впливу концентрацп (тиску) aмiaкy на оптичне поглинання плiвок спряжених полiaмiноaренiв запропоновано чутливий елемент оптичного сенсора, що дае можливють використання композицiйних плiвок як одноразових сенсорiв aмiaкy, що може знайти застосування в iндивiдyaльних засобах захисту прaцiвникiв (газопроводи, хiмiчнa промисловiсть), а також контролю свiжостi запаковано! продyкцi! тваринного походження, псування яко! супроводжуеться видiленням aмiaкy. Отримання чутливо! речовини на гнучких полiмерних носiях дае змогу спростити технологш виготовлення i значно зменшити собiвaртiсть сенсорiв, зробити !х доступними для кожного споживача.
Л1тература
1. Harsanyi G. Polymer films in sensor applications: a review of present uses and future possibilities. Sensor Review, 2000. - V.20. N.2. P. 98-105.
2. Vernat-Rossi V., Garcia C., Talon R., Denoyer C., Berdague J.L.. Rapid discrimination of meat products and bacterial strains using semiconductor gas sensors, Sensors and Actuators, 1996. - B.37. P. 43-48.
3. Патент 26256, Укра!на, МПК 7G01N 33/02; G11B 11/00. 1ндикатор свiжостi продукпв тваринництва / Чохань М.1., Цдж Б.Р., Акаментьева О.1., Польовий Д. О. Заявл. 10.05.2007; опубл. 10.09.2007р., Бюл. № 14.
Summary
Tsizh B.R., Aksimentyeva O.I., Chohan' M.I. SENSORS FOR VISUAL CONTROL CONTENT OF AMMONIA
The sensor devices for visual control of the animal product duality have been proposed during their preservation at different temperatures. Sensor action based on the change in spectral properties and correspondently the color of conjugated polyaminoarenes thin film on the transparent surface under polar gases such as ammonium.
Рецензент - д.т.н., проф. Бшонога Ю.Л.
