Массочувстительные пьезорезонансные химические сенсоры для определения токсикантов в атмосфере.
Сенсоры разработаны на основе пьезокварцевых резонаторов объемных акустических волн с селективным сорбирующим покрытием на возбуждающих электродах. Аналитическим сигналом таких сенсоров является изменение собственной частоты резонатора после сорбции определяемого вещества в газовой фазе или же (при большой величине постоянной сорбции) - скорость изменения частоты в процессе сорбции. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что, несмотря на квадратичный рост массовой чувствительности с увеличением частоты, минимальные пределы обнаружения достигаются однако в области средних частот - в зависимости от типа и факторов, определяющих нестабильность собственной частоты, для большинства конструкций резонаторов оптимальная рабочая частота лежит в интервале 15-40 МГц.
Созданы различные конструкции специализированных пьезорезонаторов для массочувствительных сенсоров. Рабочие частоты их лежат в диапазоне 14-36 МГц. Часть сенсоров имеет встроенные пленочные микронагреватели, используемые для десорбции определяемого вещества. Разработаны и исследованы сорбирующие покрытия электродов пьезорезонаторов, обеспечивающие селективную сорбцию определенных химических веществ. Показано наличие оптимума величины массы сорбирующего покрытия, при котором сенсор имеет минимальный предел обнаружения. Созданы и исследованы высокочувствительные пьезорезонасные сенсоры паров ртути, ароматических углеводородов, ракетных топлив (несимметричный диметилгидразин), аммиака и др. Для повышения селективности и правильности определения малых содержаний применены оригинальные алгоритмы измерения, обеспечивающие корректное проведение холостого опыта.
Типичные пределы измерения для сенсоров составили:
пары ртути - 10 мкг/м3 при прямом определении и 0,3 мкг/м3 при предварительном накоплении,
аммиак - 0,04 мг/м3,
ароматические углеводороды 5-10 мг/м3,
несимметричный диметилгидразин - 1 мг/м3.
Разработаны также газоанализаторы с пьезорезонасными сенсорами, которые выпускались мелкими сериями. Конструктивные особенности сенсоров и газоанализаторов защищены 7 авторскими свидетельствами и патентами. На 49-й Всемирном салоне инноваций, научных разработок и новых технологий «Эврика 2000» (Брюссель,2000 г.) и Международном салоне промышленной собственности «Архимед 2000» (Москва, 2000 г.) работы по массочувствительным пьезорезонансным сенсорам и созданным на их основе газоанализаторам паров ртути, несимметричного диметилгидразина и аммиака отмечены золотыми медалями.