Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

физико-химические методы исследования, методики и другие вопросы аналитической химии
analytical chemistry, analysis and techniques for professionals
Funtov
Сообщения: 29
Зарегистрирован: Ср окт 03, 2012 2:02 pm

Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение Funtov » Чт дек 21, 2017 8:24 pm

Здравствуйте, хотел бы спросить совета по такой проблеме.
Занимаюсь эксплуатацией автоматизированной системы экологического мониторинга, где используются в т.ч. китайские полупроводниковые газовые датчики (сенсоры) серии MQ. Все - на основе SnO2, и, я подозреваю, мало отличаются друг от друга, но, тем не менее, производитель декларирует следующие отличия (для тех датчиков, что имеются в наличии):
MQ-7 CO, СН4, природный, горючие газы
MQ-131 Озон, Cl2, NO2
MQ-135 NH3, H2S, пары бензина, NOx, CO2, пары спирта, "общее загрязнение"
MQ-137 NH3, амины, CO
Последние несколько лет использую MQ-137.
Вопрос: можно ли оценить вероятность реакции (хотя бы "есть/нет") этих датчиков на возможное (мало ли) загрязнение атмосферы боевыми ОВ? Понятно, что поверка-калибровка невозможны, но прогноз? И какая из перечисленных моделей предпочтительнее для этого применения?

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 9926
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение avor » Пт дек 22, 2017 8:51 am

Я не знаю принципа работы датчиков. Какие физические или химические характеристики детектируемых молекул определяются этими датчиками?
Насколько я знаю, ни один уважающий себя исследователь не делает выводов о строении и свойствах веществ на основнии показаний полупроводниковых сенсоров и только их.
Без дополнительных манипуляций любой полупроводниковый сенсор не способен обеспечить избирательность достаточную для идентификации молекулы.
Если вы откроете учебник по БОВ, то там обычно описывается запах вещества. Обратите внимание, на то что запах обычно описывается как запах вполне безобидных веществ типа миндальный, фруктовый, чесночный. Наш нос ощущает посторонний запах, но решить что является его причиной холодец Марьи Ивановны или иприт не может. Хотя обонятельные сенсоры считаются куда как более чувствительными и избирательными, в сравнении с полупроводниковыми.

То есть теоретически можно предположить, что получив некий необычный профиль на сенсограмме мы можем предположить, что он порожден БОВ, но вполне может окзаться что такой же профиль будет выдавать роза или кишечные газы проходившей мимо коровы.

Funtov
Сообщения: 29
Зарегистрирован: Ср окт 03, 2012 2:02 pm

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение Funtov » Пт дек 22, 2017 2:46 pm

Общий принцип - пленка SnO2 адсорбирует молекулу газа, при этом меняется электрическое сопротивление пленки, тем больше, чем выше концентрация газа. Эффект заметен (опытно, вопреки официциальным характеристикам) где-то с 0.05 ppm для аммиака. Конечно, датчик не претендует на селективность и высокую точность, но привлекателен именно в применении к круглосуточному мониторингу - высокими долговечностью, надежностью, дешевизной, экономичностью, миниатюрностью.
Относительно запахов, действительно, об этом классе сенсоров производители часто пишут, как о датчиках пахучих газов, но - СО, да и тот же аммтак обнаруживается в концентрации гораздо ниже порога чувствительности.
Собственно, хотелось бы прояснить 2 вопроса:
1. Похож ли (по какой-либо классификации, хим. формуле,...) какой-либо из перечисленных выше газов сенсоров на какое-либо из БОВ?
2. Важнее: каковы у БОВ допустимые низкие концентрации в ppm? Есть у них какие-то ПДК? Ну или какие могут быть концентрации на расстоянии несколько километров от эпицентра? Хочу понять, отреагирует ли сенсор на приближающееся облако. А то вот у бенз-а-пирена, помнится, такая низкая ПДК, что отследить ее данным способом явно нереально.
Посторонние источники-коровы не помеха, т.к. мониторинг достаточно инерционный - конечные усреднения 15-минутные. В целом, задача видится достаточно примитивная - отслеживать подозрительное изменение обычно стабильной обстановки, без уточнения деталей, но будет ли БОВ достаточно влиятельным фактором в этом случае?

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 9926
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение avor » Пт дек 22, 2017 4:21 pm

1 В основном - нет. Некоторые отдаленно напоминают например H2S.
Подозреваю что некоторые БОВ будут даже реагировать со SnO2 например Зарин.
И мне совершенно непонятно, как CO может влиять на проводимость диоксида олова. Уж больно он должен быть инертен по отношению к кислороду олова.
2 Что касается ПДК. Они конечно не такие как у бензапирена или диоксина, но тоже низкие. Например тот же зарин вызывает заметные физиологические эффекты в концентрации 0.4 ррm(весовых, объемных будет на порядок два меньше) через 2 минуты. Это значит что ПДК должна быть где-то в 1000 раз, а то 1000000 раз меньше. V-газ примерно в 10 раз токсичнее.

Можете сами изучить этот вопрос по википедии

Основными БОВ на сегодняшний день можно считать:
Иприт - ди(2-хлорэтил)сульфид
Азотистый иприт - три(2-хлорэтил)амин
Зарин
V-газ(газ VX)
Все остальное можно считать либо промышленными ядами, либо полицейскими газами.

А! Еще есть психотоксиканты - ЛСД и BZ. У них действующие концентрации исключительно низкие тоже. И что считать поражением или обратимым отравлением - ооочень растяжимое и мутное понятие.

Funtov
Сообщения: 29
Зарегистрирован: Ср окт 03, 2012 2:02 pm

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение Funtov » Пт дек 22, 2017 5:38 pm

В некоторых "продвинутых" источниках (советские, с описанием технологии) указывают, что свойства плёнки могут корректироваться добавками, может отсюда и реакция на СО. Кстати, в прошлые годы, когда фирменные дешёвые датчики были еще недоступны, я как-то случайно выяснил, что некоторые типы переменных резисторов (кажется, СП-22 и др.) изготавливаются именно нанесением тонкой плёнки двуокиси олова на керамическую подложку. Пробовал "нюхать", с подогревом, как положено - не вышло. Так там тоже упоминались возможные добавки для увеличения механической прочности, они-то наверное все и портили.
Спасибо за информацию )) нужно и правда в вопрос углубиться.

kbob
Сообщения: 506
Зарегистрирован: Сб окт 17, 2009 9:48 am

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение kbob » Сб дек 23, 2017 4:08 pm

Датчики отличаются температурой нагрева SnO2 и ее толщиной. Окислители, озон, кислород, хлор, окись азота адсорбируясь на поверхности меняют ее проводимость. При наличии восстановителей они окисляются на поверхности кислородом воздуха понижая концентрацию адсорбированного кислорода.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4367385/
https://www.researchgate.net/publicatio ... ndamentals

БОВ как и любая окисляющаяся органика будет вызывать отклик датчика, однако без калибровки и выбора подходящей модификации любые измерения будут бессмысленными.
If you are not part of the solution, you are part of the precipitate.

Аватара пользователя
bigM
Сообщения: 550
Зарегистрирован: Ср фев 15, 2017 2:05 am

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение bigM » Сб дек 23, 2017 11:20 pm

avor писал(а):
Пт дек 22, 2017 4:21 pm
Основными БОВ на сегодняшний день можно считать:
Иприт - ди(2-хлорэтил)сульфид
Азотистый иприт - три(2-хлорэтил)амин
Зарин
V-газ(газ VX)
Все остальное можно считать либо промышленными ядами, либо полицейскими газами.
из перечисленного только зарин, возможно, является газом, остальное используется как мелкодисперсные аэрозоли. из вменяемого только фосген является газом. скорее всего для таких задач целесообразно использовать датчики каталитического типа.
Не красота спасёт мир, а транквилизаторы.

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 9926
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение avor » Сб дек 23, 2017 11:27 pm

Зарин не является газом. Вообще все газооразные ОВ малоэффективны в смысле боевого примененения. Тем не менее некая концентрация паров над жидкой(да и над твердой(полицейские газы и психотоксиканты твердые в н.у.)) фазой существует всегда. Для БОВ для паров даже существует такая характеристика Сmax - концентрация насыщенного пара при 20гС выраженная в мг/л.

Аватара пользователя
bigM
Сообщения: 550
Зарегистрирован: Ср фев 15, 2017 2:05 am

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение bigM » Вс дек 24, 2017 12:20 am

это я к тому какая будет адсорбция аэрозолей БОВ на пленке оксида олова.
Не красота спасёт мир, а транквилизаторы.

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 9926
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение avor » Вс дек 24, 2017 12:33 am

Я вообще не понимаю какая там и почему будет адсорбция и чего хочет ТС. Судя по тому что я прочитал на проводимость кристалла диоксида олова как раз влияет наличие микропримесей двух валентного олова, которое при действии окислителей образовываться не должно. Если говорить просто об физической адсорбции, то тогда не нужен диоксид олова, а вполне бы сгодился диоксид кремния, например. Если для детекции используется диоксид допированый микропримесям, то это отдельный разговор. Но в любом случае отличить действие ОВ на пленку от любого другого аналита мне представляется весьма затруднительным.
БОВ как и любая окисляющаяся органика будет вызывать отклик датчика
Как то не привык я считать БОВ окисляющей органикой. V-газ так вообще натуральный восстановитель.

Аватара пользователя
bigM
Сообщения: 550
Зарегистрирован: Ср фев 15, 2017 2:05 am

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение bigM » Вс дек 24, 2017 1:15 am

Funtov писал(а):
Чт дек 21, 2017 8:24 pm
Вопрос: можно ли оценить вероятность реакции (хотя бы "есть/нет") этих датчиков на возможное (мало ли) загрязнение атмосферы боевыми ОВ? Понятно, что поверка-калибровка невозможны, но прогноз? И какая из перечисленных моделей предпочтительнее для этого применения?
вспомнил! устройство автоматической детекции ОВ и биологических аэрозолей (Автоматический определитель специальных примесей АСП) стояло и стоит в БРДМ войск РХБЗ как устроено не знаю.
Не красота спасёт мир, а транквилизаторы.

kbob
Сообщения: 506
Зарегистрирован: Сб окт 17, 2009 9:48 am

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение kbob » Вс дек 24, 2017 3:38 am

avor писал(а):
Вс дек 24, 2017 12:33 am
Я вообще не понимаю какая там и почему будет адсорбция и чего хочет ТС. Судя по тому что я прочитал на проводимость кристалла диоксида олова как раз влияет наличие микропримесей двух валентного олова, которое при действии окислителей образовываться не должно. Если говорить просто об физической адсорбции, то тогда не нужен диоксид олова, а вполне бы сгодился диоксид кремния, например. Если для детекции используется диоксид допированый микропримесям, то это отдельный разговор. Но в любом случае отличить действие ОВ на пленку от любого другого аналита мне представляется весьма затруднительным.
БОВ как и любая окисляющаяся органика будет вызывать отклик датчика
Как то не привык я считать БОВ окисляющей органикой. V-газ так вообще натуральный восстановитель.
ОкисляюЩАЯся - способная окислятся.
If you are not part of the solution, you are part of the precipitate.

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 9926
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение avor » Вс дек 24, 2017 9:15 am

kbob писал(а):
Вс дек 24, 2017 3:38 am
ОкисляюЩАЯся - способная окислятся.
Ага! Понял свою ошибку в прочтении вашего текста

Funtov
Сообщения: 29
Зарегистрирован: Ср окт 03, 2012 2:02 pm

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение Funtov » Вс дек 24, 2017 5:11 pm

Как я уже писал, селективность в данном случае не очень важна, датчик должен работать лишь как сигнализатор о подозрительном изменении атмосферы, с последующим вызовом соотв. специалистов с высокоточными приборами. К тому же, своеобразную "селективность" создаст направление ветра, т.к. опасные направления заранее известны.
Но идея, всё же, может быть сомнительна по другой причине - слишком малы опасные концентрации: в последней таблице по ссылке видно, что "мгновенно опасные концентрации" БОВ колеблются в пределах 0.003-0.7 ppm.

Funtov
Сообщения: 29
Зарегистрирован: Ср окт 03, 2012 2:02 pm

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение Funtov » Вс дек 24, 2017 5:22 pm

bigM писал(а):
Вс дек 24, 2017 1:15 am
Funtov писал(а):
Чт дек 21, 2017 8:24 pm
Вопрос: можно ли оценить вероятность реакции (хотя бы "есть/нет") этих датчиков на возможное (мало ли) загрязнение атмосферы боевыми ОВ? Понятно, что поверка-калибровка невозможны, но прогноз? И какая из перечисленных моделей предпочтительнее для этого применения?
вспомнил! устройство автоматической детекции ОВ и биологических аэрозолей (Автоматический определитель специальных примесей АСП) стояло и стоит в БРДМ войск РХБЗ как устроено не знаю.
Жаль, концентрации не указаны и принцип действия, шифруются )) Что-то на фотоэффекте основано, судя по всему...

kbob
Сообщения: 506
Зарегистрирован: Сб окт 17, 2009 9:48 am

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение kbob » Вс дек 24, 2017 5:49 pm

Funtov писал(а):
Вс дек 24, 2017 5:22 pm
bigM писал(а):
Вс дек 24, 2017 1:15 am
Funtov писал(а):
Чт дек 21, 2017 8:24 pm
Вопрос: можно ли оценить вероятность реакции (хотя бы "есть/нет") этих датчиков на возможное (мало ли) загрязнение атмосферы боевыми ОВ? Понятно, что поверка-калибровка невозможны, но прогноз? И какая из перечисленных моделей предпочтительнее для этого применения?
вспомнил! устройство автоматической детекции ОВ и биологических аэрозолей (Автоматический определитель специальных примесей АСП) стояло и стоит в БРДМ войск РХБЗ как устроено не знаю.
Жаль, концентрации не указаны и принцип действия, шифруются )) Что-то на фотоэффекте основано, судя по всему...
Никакой тайны в методах определения ФОВ нет. Измеряют активность иммобилизированной ацетилхолинестеразы по методу Эллмана
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/do ... 1&type=pdf
Принцип которого заключается в определении ферментативной активности ацетилхолинэстеразы по наработке продукта ферментативной реакции тиохолина, образующегося в ходе гидролиза субстрата ацетилтиохолина. Количество тиохолина определяют фотометрически по окраске, образующейся при реакции тиол-дисульфидного обмена тиохолина и 5,5’-дитио-бис(2-нитробензойной кислоты).

Вещества ингибирующие работу фермента и есть ФОВ по определению.
If you are not part of the solution, you are part of the precipitate.

Funtov
Сообщения: 29
Зарегистрирован: Ср окт 03, 2012 2:02 pm

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение Funtov » Вс дек 24, 2017 7:56 pm

Честно говоря, из описания понял только, что сделать такой прибор мне слабо ))) (а на основе ПП-датчика - нормально получился). Почитал про ФОВ... так это что, можно бытовыми средствами узнать "реагирует-нет", просто брызнув рядом с датчиком соотв. по составу "дихлофосом", или поставить рядом раствор соотв. огородного инсектицида?

Аватара пользователя
avor
Сообщения: 9926
Зарегистрирован: Пн янв 24, 2005 1:13 pm

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение avor » Вс дек 24, 2017 10:45 pm

Не, во первых все ФОС из инсектицидов, особенно бытовых давно исключили, остался только раундап/глифосат. Во-вторых в балончиках 90% растворителя, которые на ваш детектор будут давить не менее сильно, а может и более чем любой ФОС.

Funtov
Сообщения: 29
Зарегистрирован: Ср окт 03, 2012 2:02 pm

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение Funtov » Пн дек 25, 2017 8:33 am

Да, растворитель даже может испортить датчик, в документации оговорено. К тому же, смотрю, там может быть множество компонентов, например, дихлофос от клопов: диметил-дихлорвинилфосфат, тетраметрин, синергист и циперметрин. Незнакомые все названия :-)

Funtov
Сообщения: 29
Зарегистрирован: Ср окт 03, 2012 2:02 pm

Re: Полупроводниковые газовые датчики и БОВ

Сообщение Funtov » Пн дек 25, 2017 8:58 am

Может, глупый вопрос :-) - а вот если фосфорное удобрение растворить - в парах будет что-то фосфорное? И будет ли обязательно что-то аммонийное, мешающее измерению?

Ответить

Вернуться в «аналитическая химия / analytical chemistry»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: conz и 5 гостей