Датчик сероводорода

Сернистый газ (H2S) — это ядовитый газ, характеризующийся своим характерным запахом, напоминающим тухлые яйца. [1] Он имеет несколько разговорных названий, включая канализационный газ, вонючую сырость, болотный газ и навозный газ. [2] Этот газ естественным образом встречается в сырой нефти, природном газе, горячих источниках и некоторых продуктах питания. В природе H2S является распространенным побочным продуктом разложения органических веществ, таких как человеческие и животные отходы, в септических и канализационных системах из-за бактериальных процессов. [3] Кроме того, он производится в промышленных масштабах в значительных количествах посредством таких видов деятельности и объектов, как добыча нефти и природного газа, переработка, очистка сточных вод, коксовые печи, кожевенные заводы, фабрики по производству крафт-бумаги и свалки. [4]

Датчик сероводорода или датчик H 2 S — это газовый датчик для измерения сероводорода . [5]

Принцип

Датчик H 2 S представляет собой датчик на основе металл-оксида-полупроводника (МОП), который работает за счет обратимого изменения сопротивления, вызванного адсорбцией и десорбцией сероводорода в пленке с чувствительным к сероводороду материалом, таким как толстые пленки оксида олова и тонкие пленки золота . Текущее время отклика составляет от 25 ppb до 10 ppm < одной минуты.

Механизм обнаружения газа

Основной принцип, лежащий в основе обнаружения газа в газовых датчиках на основе МОП, основан на изменениях электропроводности или удельного сопротивления МОП. В МОП, работающих в типичных температурных диапазонах и в обычных атмосферных условиях, присутствие атмосферного кислорода приводит к образованию поверхностного слоя с обедненными электронами, который либо адсорбирует, либо хемосорбирует молекулы кислорода из окружающего воздуха. Первоначально, когда поверхностный слой подвергается воздействию воздуха, ионы кислорода, такие как O−2, O− и O2, адсорбируются на зернах оксида металла, вызывая эффект изгиба зон и создание области обеднения, известной как поле пространственного заряда.

Когда определенные частицы целевого газа вступают в контакт с поверхностью зерен оксида металла, они взаимодействуют с анионами кислорода, что приводит к изменению концентрации электронов внутри материалов оксида металла. Следовательно, это изменение вызывает изменение проводимости, тем самым генерируя электронный ответный сигнал, который можно количественно оценить. Механизм обнаружения, используемый датчиками газа оксида металла, связан с адсорбцией ионов и видов на их поверхности. Когда газовый датчик подвергается воздействию кислорода, образуются адсорбированные частицы кислорода, при этом атомы кислорода отрывают электроны от внутренней части оксида металла. Последующая последовательность реакций иллюстрирует кинетику этого процесса адсорбции.

O2(газ)⇔O2 (поглощенный),

O2(абсорбированный)+e−⇔O−2, (<100∘C),

O−2+e−⇔2O− (100−300∘С),

и O−+e−⇔O2− (>300∘C).

Состав хемосорбированных ионов кислорода на газовых сенсорах зависит от рабочей температуры. При температурах ниже 100 °C преобладают ионы O−2, тогда как в диапазоне от 100 °C до 300 °C преобладают ионы O−. При температурах выше 300 °C преобладающие хемосорбированные ионы кислорода смещаются в сторону O2−.

Рис.1. Принципиальная схема: механизм считывания МОП-транзисторов n-типа и p-типа.

Природные опасные газы можно разделить на две группы в зависимости от их окислительного и восстановительного воздействия. Такие газы, как NO2, NO, N2O и CO2, считаются окислителями, в то время как H2S, CO, NH3, CH4 и SO2 попадают в категорию восстановительных. Когда газовый датчик MO n-типа подвергается воздействию окисляющего газа, целевой газ взаимодействует с окружающими ионами кислорода и захватывает электроны на поверхности датчика. Это взаимодействие приводит к снижению концентрации электронов в MOS. Поскольку электроны являются основными носителями заряда в MOS n-типа, их проводимость уменьшается при воздействии окисляющих газов.

Напротив, в газовом датчике MOS p-типа дырки служат основными носителями заряда. При воздействии окисляющих газов извлеченные электроны увеличивают концентрацию дырок внутри MOS. Следовательно, проводимость p-типа MOS увеличивается в присутствии окисляющих газов. На рисунке 1 представлена ​​схематическая диаграмма, иллюстрирующая механизм чувствительности для n-типа и p-типа MOS.

Приложения

Этот тип датчика постоянно совершенствуется из-за токсичности и едкости сероводорода:

Исследовать

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Malone Rubright, Samantha L.; Pearce, Linda L.; Peterson, Jim (2017-12-01). "Экологическая токсикология сероводорода". Оксид азота: биология и химия . 71 : 1– 13. doi :10.1016/j.niox.2017.09.011. ISSN  1089-8603. PMC  5777517 . PMID  29017846.
  2. ^ NIOSH: обучение специалистов по охране труда и технике безопасности: информационный бюллетень (отчет). Министерство здравоохранения и социальных служб США, Служба общественного здравоохранения, Центры по контролю и профилактике заболеваний, Национальный институт охраны труда и техники безопасности. 2001-07-01. doi : 10.26616/nioshpub2001158 .
  3. ^ Чжан, Линчжи; Ван, Сюэцинь; Милле, Жан-Марк М.; Мэттер, Пол Х.; Озкан, Умит С. (2008-12-15). «Исследование высокоактивных катализаторов Fe-Al-Cu для реакции конверсии водяного газа». Applied Catalysis A: General . 351 (1): 1– 8. doi :10.1016/j.apcata.2008.08.019. ISSN  0926-860X.
  4. ^ Ким, Ки-Хюн; Чой, ЙДж; Чон, ЕС; Санву, Янг (2005-02-01). «Характеристика зловонных соединений серы в свалочном газе». Atmospheric Environment . 39 (6): 1103– 1112. Bibcode : 2005AtmEn..39.1103K. doi : 10.1016/j.atmosenv.2004.09.083. ISSN  1352-2310.
  5. ^ Датчики H2S
  6. ^ "Керамический датчик". Архивировано из оригинала (PDF) 2020-09-15 . Получено 2009-12-13 .
  7. ^ Gong, J.; Chen, Q.; Lian, MR; Liu, NC; Stevenson, RG; Adami, F. (2006). «Микромашинный нанокристаллический датчик SnO 2 H 2 S, легированный серебром». Датчики и приводы B: Химия . 114 (1): 32– 39. doi :10.1016/j.snb.2005.04.035.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Датчик_сероводорода&oldid=1220671392"