×
16.08.2019
219.017.c0a8

Способ регистрации следовых количеств веществ в газовой среде

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к оптике и аналитической технике и может быть применено для определения наличия следовых количеств летучих веществ. Способ регистрации следовых количеств веществ в газовой среде, вызывающих поверхностную оптическую сенсибилизацию галоидного серебра под действием света в трехслойной тонкой пленочной структуре, содержащий зеркальный серебряный слой, защитный слой и слой из галогенида серебра, по изменению формы кривой коэффициента отражения падающего излучения от угла падения, отличающийся тем, что одновременно с засветкой молекул светом с частотой излучения, совпадающей с линией поглощения и вызывающей поверхностную оптическую сенсибилизацию, включается постоянное электрическое поле, параллельное плоскости пленок. Технический результат заключается в повышении чувствительности регистрации следовых количеств веществ в газовой среде.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к оптике и аналитической технике и может быть применено для определения наличия следовых количеств летучих веществ.

Известен способ определения следовых количеств летучих веществ, вызывающих поверхностную оптическую сенсибилизацию галоидного серебра под действием света в трехслойной тонкой пленочной структуре Ag-Al2O3-AgI по изменению формы кривой коэффициента отражения падающего излучения от угла падения [С.В. Виноградов, М.А. Кононов, В.В. Савранский, С.И. Валянский, М.Ф. Урбайтис. Влияние оптической сенсибилизации на поверхностный плазмонный резонанс. Квантовая электроника, 33, №8 (2003), с. 711-713]. В этом способе берется прямоугольная призма, на гипотенузной грани которой размещена трехслойная тонкопленочная структура Ag-Al2O3-AgI, определяется диэлектрическая постоянная внешней пленки (AgI) методом нарушенного полного внутреннего отражения по схеме Кречмана. Затем грань призмы (сенсор) с тонкопленочной структурой вводится в контакт с тестируемым воздухом, где происходит адсорбция целевого вещества, и облучают ее светом с длиной волны возбуждения адсорбированных молекул, что вызывает их поверхностную оптическую сенсибилизацию. В результате на поверхности нанокристаллов пленки AgI образуются кластеры металлического серебра размером порядка 50×50 нм - формируются центры скрытого изображения, - которые вызывают изменение диэлектрической постоянной внешней пленки, что приводит к изменению резонансного угла поверхностного плозмонного резонанса, т.е. изменяется форма кривой коэффициента отражения падающего излучения от угла падения.

Недостатком метода является его низкая чувствительность для определения следовых количеств веществ, так как размер кластеров металлического серебра незначителен для четкой регистрации изменений резонансного угла поверхностного плозмонного резонанса.

Наиболее близким способом является способ определения малых концентраций молекул летучих веществ в газовой среде [Патент RU 2510014]. В этом способе также для трехслойной тонкопленочной структуры Ag-Al2O3-AgI, сформированной на грани призмы, диэлектрическая постоянная внешней пленки (AgI) определяется методом нарушенного полного внутреннего отражения по схеме Кречмана, для чего определяются параметры поверхностного плазмонного резонанса: резонансный угол для какой-либо длины волны либо резонансная длина волны при каком-либо угле. Затем тонкопленочную структуру вводят в контакт с тестируемым воздухом, где происходит адсорбция целевого вещества, и также облучают ее светом с длиной волны возбуждения адсорбированных молекул. В результате на поверхности пленки AgI формируются центры скрытого изображения, которые подвергаются фотографическому проявлению, так как процессы, происходящие в нанокристаллах йодистого серебра, аналогичны процессам, происходящим в нанокристаллах фотографических эмульсий. В способе осуществляется практически полное восстановление металлического серебра в центрах скрытого изображения с помощью фотографического проявления, что должно обеспечить значительный отклик поверхностного плазмонного резонанса. И это должно увеличить на несколько порядков чувствительность способа. И из теоретических расчетов, приведенных в патенте, следует какая чувствительность может быть достигнута.

Недостатком способа является трудность интерпретации полученных измерений, так как в процессе проявления на поверхности пленки AgI помимо разложения этих молекул и выделение на поверхности пленок металлического серебра на этой поверхности будут адсорбироваться молекулы проявителя. Причем они будут адсорбироваться в любом случае, будет ли скрытое изображения за счет взаимодействия света с молекулами определяемого вещества либо этих молекул не будет на поверхности сенсора. Отмыть же пленку от проявителя, чтобы на ней не оставалось даже следовых количеств проявителя и проконтролировать это крайне сложно. То есть в любом случае произойдет изменение вида кривой отражения падающего излучения от угла падения в трехслойной тонкой пленочной структуре Ag-Al2O3-AgI. Кроме того, такой способ обнаружения происходит не в реальном режиме времени, а по прошествии проявки скрытого изображения.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создание способа, при котором размер образовавшихся кластеров металлического серебра достаточен для четкой регистрации изменений резонансного угла поверхностного плозмонного резонанса в тонкопленочной структуры Ag-Al2O3-AgI без ее фотографического появления.

Техническим результатом является повышение чувствительности регистрации следовых количеств веществ в газовой среде, происходящим в реальном режиме времени.

Технический результат достигается тем, что в способе регистрации следовых количеств веществ в газовой среде, вызывающих поверхностную оптическую сенсибилизацию галоидного серебра под действием света в трехслойной тонкой пленочной структуре, содержащий зеркальный серебряный слой, защитный слой и слой из галогенида серебра, о наличии целевых веществ судят по изменению формы кривой коэффициента отражения падающего излучения от угла падения, причем, одновременно с засветкой молекул светом с частотой излучения совпадающей с линией поглощения и вызывающей поверхностную оптическую сенсибилизацию включается постоянное электрическое поле параллельное плоскости пленок. Тестируемые молекулы должны либо прямо, либо через подобранную последовательность реакций с другими адсорбированными на поверхности нанокристаллов молекулами, передавать возбуждения нанокристаллам галогенида серебра.

Для реализации способа необходим сенсор, содержащий тонкопленочную структуру: зеркальный серебряный слой, защитный, например, из оксида алюминия, и слой из галогенида серебра, например, иодида. Толщина слоев должна быть пригодна для исследования процессов поверхностного плазмонного резонанса. Затем в газовой среде не содержащей целевое вещество определяется диэлектрическая постоянная внешней пленки (AgI) методом нарушенного полного внутреннего отражения по схеме Кречмана, для чего определяются параметры поверхностного плазмонного резонанса, т.е. резонансный угол для какой-либо длины волны либо резонансная длина волны при каком- либо угле. Готовый сенсор с измеренным резонансным углом вводится в контакт с тестируемым газом. Одновременно включается свет с длиной волны, которая возбуждает молекулы целевого вещества и включается постоянное электрическое поле параллельное плоскости пленок. Постоянное электрическое поле концентрирует атомы серебра. Напряженность электрического поля должна быть порядка 1000 В/М. При меньшей напряженности процесс концентрации замедляется и может остаться незавершенным, при большей может произойти разрушение пленки галогенида серебра. Концентрация атомов серебра меняет диэлектрическую проницаемость пленки галогенида, что приводит к смещению резонансного угла и изменению вида кривой коэффициента отражения, по которым фиксируются наличие в газе тестируемые молекулы вещества.

На поверхности пленки после засветки кристаллов галогенида серебра в электрическом поле, частицы серебра выделяются в основном в той части кристалла, куда перемещаются фотоэлектроны в электрическом поле. С противоположной стороны кристалла, т.е. по направлению электрического поля должны быть следы дырок (атомов йода). Но, атомы йода быстро испаряется с поверхности, а серебро концентрируется на той части кристаллитов, которая противоположна направлению поля. Причем тестируемые молекулы играют роль катализаторов по созданию электронов. Поэтому нахождение хотя бы одной молекулы тестируемого вещества на нанокристале галогенида серебра способствует генерации серебра.

Подобные эксперименты по разделению галогенидов серебра на ионы серебра и ионы галогенида в электрическом поле описано в работе [Шапиро Б.И. Теоретические начала фотографического процесса, М.; Эдиториал УРСС, 2000. 288 с. 35-36].

Оценки чувствительности можно провести, базируясь на основных положениях молекулярно-кинетической теории.

Положим, имеется сенсор Ag-Al2O3-AgI. Необходимо определить наличие в воздухе молекул красителя Арсеназо III. Оптическую сенсибилизацию этого красителя вызывает его облучение светом с длиной волны 543,5 нм.

Мощность излучения He-Ne лазера с длиной волны 543,5 нм составляет P~5 мВт/см2, тогда количество фотонов будет N=Pλ/ch=5×1016 фотонов/см2с, где λ - длина волны излучения лазера, с - скорость света, h - постоянная планка.

Характерный размер площади нанокристалла AgI равен 104 нм2. На 1 см2 будет 1010 нанокристаллов. То есть на каждый нанокристал приходится 5×106 фотонов/с. Коэффициент диффузии молекул в воздухе D=7,7 10-1 см/с. Средняя скорость молекул Арсеназо III V=(kT/m)1/2=20 м/с, где k - постоянная Больцмана, Т - температура окружающей среды в Кельвинах, m - масса молекулы Арсеназо III. Если на нанокристалле есть хоть одна молекула красителя, то по нашему методу будет происходить генерация электронов и тем самым атомов серебра, то есть одна молекула красителя может сгенерировать до 100 атомов серебра и более (их количество зависит от времени экспозиции). Кроме того увеличивая время экспозиции увеличивается число молекул красителя адсорбирующихся на нанокристала. При экспозиции в 600 секунд дает возможность обнаруживать концентрацию 5×105 частиц/см2.

Таким образом, предложенный способ измерения малых концентраций летучих веществ на основе поверхностного плазмонного резонанса с применением йодида серебра позволяет значительно (на несколько порядков) повысить чувствительность сенсора к находящимся в воздухе фотосенсибилизирующим йодид серебра веществам с помощью метода одновременного экспонирования поверхности излучением нужной частоты (которая зависит от оптических свойств материала) и наложения электрического поля на эту поверхность параллельно ей.

Способ регистрации следовых количеств веществ в газовой среде, вызывающих поверхностную оптическую сенсибилизацию галоидного серебра под действием света в трехслойной тонкой пленочной структуре, содержащий зеркальный серебряный слой, защитный слой и слой из галогенида серебра, по изменению формы кривой коэффициента отражения падающего излучения от угла падения, отличающийся тем, что одновременно с засветкой молекул светом с частотой излучения, совпадающей с линией поглощения и вызывающей поверхностную оптическую сенсибилизацию, включается постоянное электрическое поле, параллельное плоскости пленок.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 51-60 of 108 items.
29.12.2017
№217.015.f11f

Высокопрочная низколегированная азотосодержащая мартенситная сталь

Изобретение относится к области металлургии, а именно к высокопрочной низколегированной азотосодержащей мартенситной стали, используемой для изготовления высоконагруженных деталей и конструкций в машиностроении и железнодорожном транспорте. Сталь содержит, мас.%: углерод 0,05-0,10, кремний...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638873
Дата охранного документа: 18.12.2017
29.12.2017
№217.015.fd6a

Способ получения порошка карбонитрида титана

Изобретение относится к получению порошка карбонитрида титана. Способ включает генерирование потока термической плазмы в плазменном реакторе с ограниченным струйным течением, подачу в поток термической плазмы паров тетрахлорида титана, газообразного углеводорода и азота с обеспечением их...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638471
Дата охранного документа: 13.12.2017
19.01.2018
№218.015.ff1d

Листопрокатная клеть

Изобретение относится к прокатному производству, конкретно к конструкциям прокатных валков в клетях листопрокатных станов дуо, в том числе одноклетьевых. Комплект прокатных валков содержит пару валков с бочками цилиндрической формы, на которых выполнены геликоидальные выступы, имеющие форму...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002629579
Дата охранного документа: 30.08.2017
20.01.2018
№218.016.184f

Способ получения композиционного металломатричного материала, армированного сверхупругими сверхтвердыми углеродными частицами

Изобретение относится к получению композиционного металломатричного материала, армированного сверхупругими сверхтвердыми углеродными частицами. Способ включает приготовление смеси порошков металла и фуллеритов и ее прессование при давлении 5-8 ГПа и температурах 800-1000°С с обеспечением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002635488
Дата охранного документа: 13.11.2017
20.01.2018
№218.016.1b8b

Реактор со стабилизированной высокотемпературной приосевой струей

Изобретение относится к области высокотемпературных аппаратов, используемых в химических и металлургических производствах, в частности к реактору со стабилизированной высокотемпературной приосевой струей периферийным вихревым потоком. Реактор включает корпус с рубашкой охлаждения,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002636704
Дата охранного документа: 27.11.2017
10.05.2018
№218.016.3971

Способ получения нанопорошка оксинитрида алюминия

Изобретение относится к получению нанопорошка оксинитрида алюминия. Тонкодисперсный порошок алюминия вводят в поток термической плазмы, в котором осуществляют взаимодействие паров алюминия с аммиаком в присутствии кислорода в количестве, отвечающем атомному соотношению элементов 1,16
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002647075
Дата охранного документа: 13.03.2018
09.06.2018
№218.016.5cf4

Рабочее вещество для термолюминесцентной дозиметрии рентгеновского и гамма-излучения

Изобретение относится к области радиоэкологического мониторинга и дозиметрии рентгеновского и гамма-излучения и может быть использовано в персональных и аварийных дозиметрах для определения дозозатрат персонала рентгеновских кабинетов, мобильных комплексов радиационного контроля, зон с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002656022
Дата охранного документа: 30.05.2018
09.06.2018
№218.016.5f85

Способ получения проволоки из сплава титан-ниобий-тантал-цирконий с эффектом памяти формы

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке сплавов титан-ниобий-тантал-цирконий с эффектом памяти формы и может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине, в частности при изготовлении медицинских устройств типа «стент»,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002656626
Дата охранного документа: 06.06.2018
16.06.2018
№218.016.62ea

Способ получения биоцемента на основе карбоната кальция для заполнения костных дефектов

Изобретение относится к области медицины, а именно к керамическим и цементным материалам, и раскрывает способ получения биоцемента на основе карбоната кальция для заполнения костных дефектов. Способ характеризуется тем, что цементный раствор получают в результате последовательного добавления в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657568
Дата охранного документа: 14.06.2018
12.07.2018
№218.016.700b

Способ повышения критической температуры сверхпроводящего перехода в поверхностном слое высокотемпературного сверхпроводника

Изобретение относится к способам повышения критической температуры сверхпроводящего перехода (Тс) в высокотемпературных сверхпроводниках (ВТСП) и может быть использовано для создания различного рода датчиков и счетчиков в сверхбыстродействующих электронных устройствах, криоэлектронных приборах,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660806
Дата охранного документа: 10.07.2018
Showing 11-14 of 14 items.
25.04.2019
№219.017.3b97

Способ изготовления термостабильных редкоземельных магнитов

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению термостабильных редкоземельных магнитов. Магниты могут использоваться в системах автоматики, промышленном оборудовании, автомобилях. Осуществляют выплавку базового сплава на основе интерметаллического соединения NdFeB и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002685708
Дата охранного документа: 23.04.2019
29.04.2019
№219.017.42af

Способ получения металлов

Изобретение относится к области электрохимии, в частности к электролитическому получению металлов из их сульфидов. Электролиз ведут с использованием раствора электролита и положительного электрода, содержащего сульфид получаемого металла, порошок вещества, являющегося акцептором атомов серы, и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002307202
Дата охранного документа: 27.09.2007
11.07.2019
№219.017.b29f

Устройство для измерения толщины и диэлектрической проницаемости тонких пленок

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается устройства для исследования толщины и диэлектрических свойств тонких пленок. Устройство включает в себя два лазера с различной длиной волны, делительный кубик, расширитель светового потока, линзу, два поляризатора,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002694167
Дата охранного документа: 09.07.2019
01.06.2023
№223.018.750a

Способ герметизации мембран из сплавов палладия с рзм в конструкции фильтрующих элементов для глубокой очистки водорода методом контактной сварки

Изобретение может быть использовано для получения неразъемных вакуумно-плотных соединений при герметизации мембран из сплавов палладия с РЗМ в конструкции фильтрующих элементов для глубокой очистки водорода. После очистки соединяемых поверхностей проводят сборку пакета, содержащего детали из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002749404
Дата охранного документа: 09.06.2021
+ добавить свой РИД