توصيفگر ها :
حسگر گاز QCM , هيدروفلوئوريك اسيد , پايش ايمني محيط , ريزترازوي كريستال كوارتز
چكيده فارسي :
گازها تاثير بسزايي در زندگي انسان و موجودات زنده دارند. بنابراين آشكارسازي گازها در بسياري از موارد يك امر ضروري است. امروزه انواع مختلفي از حسگرها شامل حسگرهاي نوري، الكتروشيميايي، مقاومتي و جرمي به صورت تجاري در دسترس هستند. يكي از انواع محبوب حسگرهاي جرمي، حسگر ريزترازوي كريستال كوارتز (QCM) است. اين حسگر به تغييرات جرم در سطح حسگر حساس است. حساسيت بالا، انتخابگري مناسب و قيمت ارزان از مهمترين ويژگيهاي اين حسگرها هستند. از طرفي پايش ايمني محيط و تشخيص گازهاي سمي در محيط، نياز به يك سيستم تشخيص ساده، سريع، برخط و ارزان است. در اين پروژه به ساخت و مشخصهيابي حسگرهاي QCM براي آشكارسازي گازهاي مضر در محيطهاي صنعتي و به طور خاص بخار هيدروفلوئوريك اسيد پرداخته شده است. براي ساخت حسگر از كريستال 6 MHz و روش لايهنشاني قطرهاي استفاده شده است. در اين تحقيق سه نوع حسگر با سه لايه جاذب مختلف شامل محلول نيترات لانتانيوم، نيترات لانتانيوم بعلاوه HF و نيترات روي بعلاوه HF به منظور پوششدهي سطح الكترود نقره استفاده شده است. مشخصات ساختار لايه جاذب با استفاده از روش FESEM و EDS آزموده شد. بيشترين حساسيت را حسگرهاي با لايه جاذب نيترات روي در مقايسه با ساير حسگرها داشتهاند. بهترين حساسيت و انتخابگري در برابر بخار هيدروفلوئوريك اسيد مر بوط به حسگر ساخته شده با ضخامت لايه 0.36 μm و لايه جاذب نيترات روي بعلاوه HF، برابر با 0.53 Hz/ppm به دست آمد. براي بررسي انتخابگري، حسگرها علاوه بر بخار HF در معرض بخارهاي اتانول، متانول و استون قرار داده شدند. بيشترين حساسيت ثبت شده مربوط به بخار HF بود. بهترين حد تشخيص مربوط به حسگر با ضخامت لايه 4/0 ميكرومتر و لايه جاذب نيترات لانتانيوم، برابر با 13 ppm به دست آمد. همچنين براي بررسي سرعت پاسخ حسگرها آزمايشهايي انجام شد. براي بررسي سرعت پاسخ، سرعت رفت و برگشت پاسخ در هر تراكم برحسب هرتز بر ثانيه محاسبه شد و متوسط سرعت براي حسگر با لايه جاذب نيترات لانتانيوم در تراكم 200-1000 ppm، 013/0 هرتز بر ثانيه و حسگر با لايه جاذب نيترات روي در تراكم 200-800 ppm، 062/0 هرتز بر ثانيه به دست آمد.
چكيده انگليسي :
Gases have important effect on human life and other organism. Thus, gas detection in many cases is an essential issue. Today, different types of gas sensors including, optical, electrochemical, metal oxide and piezoelectric are available. One of the most popular piezoelectric sensors is, quartz crystal microbalance (QCM). QCM sensors are extremely sensitive to change in mass of quartz surface. High sensitivity, high selectivity and low cost are the desirable features of QCM sensors. On the other hand, monitoring safety environment and toxic gas detection requires a simple, fast, online and cheap detection system. In the present study, 6 MHz QCM sensors have been constructed and characterized to detect harmful gases in industrial environments, in particular hydrofluoric acid. drop casting method was used for sensitive layer deposition. Three types of sensors with different adsorption layers including lanthanum nitrate solution, lanthanum nitrate with HF and zinc nitrate with HF have been used to be deposited on Ag electrodes. The microstructural and chemical properties of the layer were tested using FESEM and EDS methods. Sensors with zinc nitrate adsorbent layer have the highest sensitivity and selectivity compared to other sensors. The highest sensitivity was obtained for a sensor with a layer thickness of 0.36 μm which was equal to 0.53 Hz.ppm-1 toward Hydrofluoric acid vapor. The frequency response of QCM sensor to various analytes including methanol, ethanol, acetone and HF was recorded and obtained that fabricated sensors have best selectivity compared to other analytes. The calculated LOD was obtained for a sensor with layer thickness of 0.4 μm which was equal to 13 ppm. In order to evaluate the sensor response speed, the average speed for a sensor with lanthanum nitrate as sensing layer in 200-1000 ppm was 0.013 Hz/s and the average speed for a sensor with zinc nitrate and HF as sensing layer was 0.062 Hz/s.
