Mikrosystemy z prekoncentracją w detekcji bardzo niskich stężeń gazów

• Autorzy: Pisarkiewicz, T. , Maziarz, W. , Rydosz, A.

Warianty tytułu

EN

Microsystem with preconcentrators in detection of very low gas concentrations

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

We wstępie pracy omówiono zagadnienie konieczności detekcji gazów o bardzo niskich koncentracjach rzędu ppb. W dalszej kolejności dokonano analizy możliwości pomiaru niskich koncentracji gazów z użyciem chemosensorów półprzewodnikowych. W analizie wykorzystane zostały pomiary autorów z użyciem czujników zarówno dostępnych w ofercie rynkowej jak i wytworzonych w laboratorium. Aby uzyskać odpowiednie czułości przedstawione zostało rozwiązanie w postaci mikrosystemu, którego istotnymi elementami są, prekoncentrator i matryca półprzewodnikowych sensorów gazów. Opisano konstrukcję i działanie mikroprekoncentratora wytworzonego w technologii ceramicznej LTCC. Z użyciem wytworzonego prekoncentratora uzyskano współczynnik koncentracji rzędu 102 dla badanego gazu (benzenu).

EN

In the first part of the paper the necessity of measurements of very small gas concentrations, of order ppb, was discussed. In the following the possibility of measurements of small gas concentrations with the help of semiconductor chemosensors was analysed. In the analysis the measurements with both commercially available sensors and those fabricated in authors' laboratory were used. In order to obtain the expected sensitivity, the concept of a microsystem was introduced which consists of the preconcentrator and an array of semiconductor gas sensors. The design and working parameters of that rnicropreconcentrator manufactured in ceramic LTCC technology were described. For the preconcentrator the concentration factor of order 102 was obtained.

Słowa kluczowe

PL

sensory gazów; mikrosystemy pomiarowe; procedury pattern recognition; absorpcja gazów

EN

gas sensors; measurement microsystems; pattern recognition procedures; absorption of gases

• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 51, nr 10
• Strony: 57-60
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., wykr.

Twórcy

autor

Pisarkiewicz, T.

autor

Maziarz, W.

autor

Rydosz, A.

• Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Katedra Elektroniki

Bibliografia

• [1] Bender F., Barie N., Romoudis G., Voigt A., Rapp M.: Development of a preconcentration unit for a SAW sensor micro array and its use for indoor air quality monitoring. Sensors and Actuators B93, pp. 135-141, 2003.
• [2] Lu C.-J., Jin C.G., Zellers E.T.: Chamber evaluation of a portable GC with tunable retention and microsensor-array detection for indoor air quality monitoring. J. Environ. Monitor. 8 (2006) 270-278.
• [3] Pinnaduwage L.A., Thundat T., J.E. Hawk, D.L. Hedden, P.F. Britt, E.J. Hauser, S. Stepnowski, R.A. McGill, D. Bubb: Detection of 2,4-dinitrotoluene using microcantilever sensors. Sensors and Actuators B 99 (2004) 223-229.
• [4] Groves W.A., Zellers E.T., Frye G.C.: Analyzing organic vapors in exhaled breath using a surface acoustic wave sensor array with preconcentration: selection and characterization of the preconcentrator adsorbent. Analytica Chimica Acta 371 (1998) 131-143.
• [5] Ito J., Nakamoto T., Uematsu H.: Discrimination of halitosis substance using QCM sensor array and a preconcentrator. Sensors and Actuators B 99 (2004) 431-436.
• [6] Cho S.M., Kim Y.J., Heo G.S., Shin S.-M.: Two-step preconcentration for analysis of exhaled gas of human breath with electronic nose. Sensors and Actuators B 117 (2006) 50-57.
• [7] Comini E., Ponzoni A., Ferroni M., Faglia G., Vomiero A., Sberveglieri G.: Conductometric gas sensors based on metal- oxide nanowires for chemical warfare agents detection. 3rd GOSPEL Workshop: Gas sensors based on semiconducting metal oxides-new directions, 30 Nov - 1 Dec 2009, 49-51, Tubingen, Germany.
• [8] www.alphasense.com
• [9] www.vaisala.com
• [10] www.figarosensor.com
• [11] Pisarkiewicz T.: Mikrosensory gazów. Monografia, Uczelniane Wydawnictwa Naukowo Dydaktyczne AGH, Kraków 2007.
• [12] Maziarz W., Pisarkiewicz T.: Gas sensors in a dynamic operation mode. Measurement Science and Technology 19, No.5 (2008) 1-7.
• [13] Lewis P.R., Manginell R.P., D.R. Adkins, R.J. Kottenstette, D.R. Wheeler, S.S. Sokołowski, D.E. Trudell, J.E. Byrnes, M. Okan- dan, J.M. Bauer, R.G. Manley, G.C. Frye-Mason: Recent Advancements in the Gas-Phase MicroChemLab. IEEE Sensors Journal, 6 (2006) 784-795.
• [14] Ruiz A.M, Gracia I., N. Sabate, P. Ivanov, A. Sanchez, M. Duch, M. Gerboles, A. Moreno, C. Cane: Membrane-suspended microgrid as a gas preconcentrator for chromatographic applications. Sensors and Actuators A 135 (2007) 192-196.
• [15] Gracia I., Ivanov P., F. Blanco, N. Sabate, X. Vilanova, X. Correig, L. Fonseca, E. Figueras, J. Santader, C. Cane: Influence of the internal gas flow distribution on the efficiency of a p-preconcentrator. Sensors and Actuators B 135 (2008) 52-56.
• [16] Manginell R.P, Radhaktrishan S., Sharitati M., Robinson A.L., Ellison J.A., Simonson R.J.: Two-Dimensional Modeling and Simulation of Mass Transport in Microfabricated Preconcentrators. IEEE Sensors Journal, vol. no. 7, July 2007.
• [17] Blanco F., Vilanova X., Fierro V., Celzard A., Ivanov P., Llobet E., Canellas N., Ramirez J.L., Correig X.: Fabrication and characterization of microporous activated carbon-based pre-concentrators for benzene vapours. Sensors and Actuators B 132 (2008) 90-98.
• [18] Simoes E.W., de Souza S.G., M. L. Pereira da Siiva, R. Fur- lan H.E.M. Peres: Study of preconcentration on non-polar compounds in microchannles with constrictions. Sensors and Actuators B 115 (2006)232-239.
• [19] Pisarkiewicz T., SutorA., Maziarz W., H. Thust, T. Thelemann: Thin film gas sensors on LTCC. Symp. Proc. IMAPS-EUROPE Prague 2000, 18-20 June 2000, pp. 399-403.
• [20] Sutor A., Potempa P., T. Pisarkiewicz, W. Maziarz, P. Wójcik: Cienkie warstwy tlenków metali na podłożach ceramicznych LTCC jako mikrosensory gazów. Elektronika, Nr 3, (2002) 21.
• [21] Pisarkiewicz T., SutorA., Potempa P., Maziarz W., Thust H., Thelemann T.: Microsensor based on low temperature cofired ceramics and gas-sensitive thin film. Thin Solid Films, 436 (2003) pp. 84-89.