Возможные пути решения. В настоящее время в прикладной химии одним из наиболее распространенных методов контроля состояния окружающей среды является газовая хроматография. Хроматография - гибридный метод вначале на колонке в потоке анализируемого газа происходит разделение смеси на отдельные компоненты, а затем детектор, расположенный после хроматографической колонки, определяет содержание разделенных соединений в потоке газа-носителя.
Газохроматографический детектор представляет собой измерительный прибор, который обнаруживает присутствие в газе-носителе компонентов, отличающихся от газа-носителя по химическому составу, и преобразует эту информацию в электрический сигнал.
Многообразие требований способствовало появлению целого ряда детекторов, отличающихся по своим свойствам чувствительности, селективности, динамическому диапазону и пр К достоинствам газохроматографических методов следует отнести высокую селективность и точность. В основном это связано с хорошей проработанностью методов интерпретации результатов измерений. Как конструкция детекторов, так и методы обработки результатов, отрабатывались на протяжении десятков лет и в настоящее время разработаны высокочувствительные методы, позволяющие обнаруживать даже фемтограммы вещества.
Однако эти результаты получены за счет чрезвычайно сложных и, соответственно, дорогих конструкций газовых хроматографов, работа на которых требует больших затрат рабочего времени высококвалифицированного персонала. Для простых применений, когда можно обойтись небольшой точностью и селективностью, применяют газовые датчики, вырабатывающие более или менее специфичные для различных веществ электрические сигналы. При этом используются различные физические и химические эффекты, реализуемые в Термокондуктометрических ячейках для обнаружения СО2, SO2, SF6 и др. газов. Термохимических каталитических ячейках для обнаружения CO, взрывоопасных и горючих газов. Полупроводниковых датчиках спирты, углеводороды, токсичные газы. Топливных ячейках кислород. Приборы, основанные на использовании газовых датчиков, отличаются относительной простотой конструкции, небольшой ценой и простотой в обращении с ними, что позволяет пользоваться ими персоналу не имеющему специальной подготовки.
К недостаткам таких приборов относятся их низкая чувствительность и селективность.
Эти приборы используются там, где необходимо определять концентрацию примесей на уровне единиц редко - долей объемных процентов и выше. Что касается селективности, то обычно требуется предварительная информация о том, какой газ из группы газов, воздействующих на сенсор присутствует в воздухе, после чего результаты измерений можно интерпретировать в терминах его концентрации.
Представляет несомненный интерес возможность создания анализатора газов, объединяющего достоинства газовых хроматографов высокая чувствительность и селективность и газовых датчиков простота использования и оперативность измерений. Речь может идти о некотором компромиссе вряд ли можно надеяться на создание датчика с параметрами газового хроматографа и ценой газового датчика, однако принципиальное улучшение параметров газовых датчиков при сохранении относительной по отношению к газовым хроматографам простоты конструкции и обслуживания представляется возможным.
Определенные перспективы здесь открылись после разработки и освоения массового производства полупроводниковых газовых датчиков. Принцип действия таких датчиков основан на явлении изменения электрического сопротивления тонкопленочного полупроводника при абсорбции на его поверхности молекул различных газов. Последние становятся донорами либо акцепторами электронов в зону проводимости полупроводника.
Чем больше концентрация молекул в окружающем пленку газе, тем больше число абсорбированных на поверхности молекул, и тем больше изменение сопротивления пленки. Как число абсорбированных молекул, так и результирующее изменение электропроводности пленки зависят от температуры. Если задаться целью повышения селективности измерений, следует иметь в виду, что несмотря на качественную однотипность, температурные зависимости сопротивления ниже, для краткости, будем называть их термограммами полупроводникового сенсора в присутствии различных газов различаются.
Ниже описана методика определения состава газовой смеси, основывающаяся на предположении о линейной аддитивности термограмм, и ее аппаратная реализация, примененная в приборы. Следует отметить, что полученные на настоящем этапе исследования результаты как по чувствительности, так и по селективности разработанный анализатор газов уступает современным газохроматографическим анализаторам.
Надо иметь в виду, однако, что это первый шаг в направлении модификации методов работы с полупроводниковыми газовыми сенсорами. Задача исследований на настоящем этапе состояла в основном в определении перспективности описываемого направления. В этом отношении полученные результаты представляются вполне обнадеживающими - показано, что обыкновенный полупроводниковый сенсор можно использовать для селекции отдельных газов в произвольной смеси.