СЕЛЕКТИВНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГАРНОГО ГАЗА ЕДИНИЧНЫМ МЕТАЛЛОКСИДНЫМ СЕНСОРОМ
Аннотация
Полупроводниковые сенсоры часто используются для решения важной практической задачи – определения концентрации угарного газа в воздухе. Их недостатком является низкая селективность, которая может привести к ложному срабатыванию, когда в воздухе присутствуют другие газы-восстановители, например, пары аммиака или этанола. Для повышения селективности нами использовалась импульсная температурная модуляция в сочетании со специальным составом газочувствительного слоя сенсора. Использование импульсной температурной модуляции позволило выявить особенности аналита, связанные с кинетикой его сорбции на поверхности сенсора, с кинетикой химического взаимодействия между аналитами и хемосорбированным кислородом, а также с кинетикой десорбции продуктов химического взаимодействия. Однако, информация о качественном составе газовой среды содержится в экспериментальных данных в неявной форме, поскольку процедура качественного анализа с использованием низкоселективных сенсоров до сих пор не разработана. В этой статье мы предложили метод качественного анализа, основанный на модели степенной регрессии, связывающей концентрацию аналита с электрическим сопротивлением сенсора в различные моменты времени по измерительному циклу. Описанная в нашей работе экспериментальная процедура приводит к увеличению чувствительности количественного анализа на один – два порядка в зависимости от концентрации угарного газа.
<span style="opacity: 0;"> . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . </span>
Литература
Ionescu R., Llobet E., Brezmes J., Vilanova X., Correig X. Dealing with humidity in the qualitative analysis of CO and NO2 using a WO3 sensor and dynamic signal processing. Sens. Actuators B. 2003. V. 95. P. 177–182. DOI: 10.1016/S0925-4005(03)00411-8.
Ding H., Ge H., Liu J. High performance of gas identification by wavelet transform-based fast feature extraction from temperature modulated semiconductor gas sensors. Sens. Actuators B. 2005. V. 107. P. 749–755. DOI: 10.1016/j.snb.2004.12.009.
Ge H., Liu J. Identification of gas mixtures by a distributed support vector machine network and wavelet decomposition from tempera-ture modulated semiconductor gas sensor. Sens. Actuators B. 2006. V. 117. P. 408–414. DOI: 10.1016/j.snb.2005.11.037.
Huang X.-J., Choi Y.-K., Yun K.-S., Yoon E. Oscillating behaviour of hazardous gas on tin oxide gas sensor: Fouri-er and wavelet transform analysis. Sens. Actuators B. 2006. V. 115. P. 357–364. DOI: 10.1016/j.snb. 2005.09.022.
Nakata S., Okunishi H., Nakashima Y. Distinction of gases with a semiconductor sensor depending on the scan-ning profile of a cyclic temperature. Analyst. 2006. V. 131. P. 148–154. DOI: 10.1039/b509996j.
Kato Y., Mukai T. A real-time intelligent gas sensor sys-tem using a nonlinear dynamic response. Sens. Actuators B. 2007. V. 120. P. 514–520. DOI: 10.1016/j.snb.2006. 03.021.
Vergara A., Llobet E., Brezmes J., Ivanov P., Cane C., Gracia I., Vilanova X., Correig X. Quantitative gas mix-ture analysis using temperaturemodulated micro-hotplate gas sensors: selection and validation of the optimal modu-lating frequencies. Sens. Actuators B. 2007. V. 123. P. 1002–1016. DOI: 10.1016/j.snb.2006.11.010.
Vergara A., Llobet E., Brezmes J., Vilanova X., Ivanov P., Gracia I., Cane C., Correig X. Optimized Tempera-ture Modulation of Micro-Hotplate Gas Sensors Through Pseudorandom Binary Sequences. IEEE Sens. J. 2005. V. 5. N 6. P. 1369–1378. DOI: 10.1109/jsen.2005.855605.
Vergara A., Llobet E., Martinelli E., Di Natale C., D’Amico A., Correig X. Feature extraction of metal oxide gas sensors using dynamic moments. Sensors and Actua-tors B. 2007. V. 122. P. 219–226. DOI: 10.1016/j.snb. 2006.05.028.
Martinelli E., Polese D., Catini A., D’Amico A., Di Natale C. Self-adapted temperature modulation in metal-oxide semiconductor gas sensors. Sens. Actuators B. 2012. V. 161. P. 534–541. DOI: 10.1016/j.snb.2011.10.072.
Herrero-Carron F., Yanez D.J., Rodriguez F., Varona P. An active, inverse temperature modulation strategy for single sensor odorant classification. Sensors and Actuators B. 2015. V. 206. P. 555–563. DOI: 10.1016/ j.snb.2014.09.085.
Fernandez L., Guney S., Gutierrez-Galvez A., Marco S. Calibration transfer in temperature modulated gas sensor arrays. Sens. Actuators B. 2016. V. 231. P. 276–284. DOI: 10.1016/j.snb.2016.02.131.
Samotaev N.N., Vasiliev A.A., Podlepetsky B.I., Sokolov A.V., Pisliakov A.V. The mechanism of the formation of selective response of semiconductor gas sensor in mixture of CH4/H2/CO with air. Sens. Actuators B. 2007. V. 127. P. 242–247. DOI: 10.1016/j.snb.2007.07.022.
Shaposhnik A., Zviagin A., Sizask E., Ryabtsev S., Vasiliev A., Shaposhnik D. Acetone and ethanol selective detection by a single MOX-sensor. Proced. Eng. 2014. V. 87. P. 1051–1054. DOI: 10.1016/j.proeng. 2014.11.343.
Shaposhnik A., Moskalev P., Zviagin A., Chegereva K., Ryabtsev S., Vasiliev A., Shaposhnik P. Selective gas detection by a single MOX-sensor. MDPI Proceed. 2017. V. 1. N 4. P. 594. DOI: 10.3390/proceedings 1040594.
Cox D.R. Regression models and life-tables. In Break-throughs in statistics. New York: Springer. 1992. P. 527–541.
Yu W., Wu B., Huang T., Li X., Williams K., Zhao H. Statistical methods in proteomics. In Springer handbook of engineering statistics. London: Springer. 2006. P. 623–638.
Jeirani Z., Jan B.M., Ali B.S., Noor I.M., See C.H., Saphanuchart W. Correlations between interfacial tension and cumulative tertiary oil recovery in a triglyceride mi-croemulsion flooding. J. Indust. Eng. Chem. 2013. V. 19. P. 1310–1314. DOI: 10.1016/j.jiec.2012. 12.033.
Voit E.O., Martens H.A., Omholt S.W. 150 years of the mass action law. PLoS Comput. Biol. 2015. V. 11. P. e1004012. DOI: 10.1371/jour-nal.pcbi.1004012.
Abdul Aziz O.I., Ishtiaq K.S., Tang J., Moseman Valtierra S., Kroeger K.D., Gonneea M.E., Mora J., Morkeski K. Environ-mental controls, emergent scaling, and predictions of greenhouse gas (GHG) fluxes in coastal salt marshes. J. Geophys. Res.: Biogeosci. 2018. V. 123. DOI: 10.1029/2018JG004556.
