УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОЙ ПОДАЧИ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ И ПРОЧИХ РАСТВОРОВ НА СТРОГО ОПРЕДЕЛЕННЫЙ УЧАСТОК ПОВЕРХНОСТИ

Заявляемая полезная модель относится к устройствам подачи потока реагентов или веществ в газовых смесях или жидких растворах на строго определенный участок поверхности с гарантированным исключением попадания реакционоспособных или токсичных компонентов из данного потока на соседние участки поверхности и в окружающую среду (рабочую зону).
Ранее нами было заявлено устройство [1], представляющее собой систему для подачи газа-носителя и отбора продуктов газовыделения с участка поверхности минимальной площади, которое минимизирует размывание пиков газовыделения и обеспечивает минимальный путь от источника газовыделения до датчика.
Заявляемая полезная модель и аналог имеют общие конструктивные особенности выполнения системы распределения потоков, состоящей из двух или трех коаксиально расположенных капилляров и трубок.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели от аналога являются изменение направления движения потоков, возможность использования жидких сред и область техники, к которой относится предлагаемое устройство.
Целью изобретения полезной модели являлось создание устройства для подачи рабочего потока в виде газообразного или жидкого раствора, содержащего компоненты, неконтролируемое попадание которых на другие участка поверхности изделия нежелательно и может привести к нарушению целевых структур или размытию аналитического сигнала, и выведения отраженного от поверхности потока за пределы рабочей зоны для того, чтобы обеспечить, если необходимо, повторное использование реакционноспособных компонентов и/или обезвреживание потенциально вредных веществ.
Поставленные задачи решаются при помощи конструктивного выполнения системы подачи рабочих потоков, состоящей из двух или трех коаксиально расположенных капилляров и трубок, которые обеспечивают подачу потока реагентов или анализируемых веществ через центральный капилляр (трубку) на строго определенный участок поверхности, дальнейший транспорт отраженного от поверхности потока в зазор между центральным и вторым капиллярами (трубками), далее через патрубок, присоединенный ко второму капилляру, выводится за пределы рабочей зоны.
Предлагаемое устройство может быть многократно использовано в технологиях непрерывного проточно-газового анализа веществ; для получения многослойных полупроводниковых и других покрытий методами газо- и жидкофазной эпитаксии и другими химическими, термофимическими и фотохимическими (в том числе с использованием лазерного излучения) методами модификации поверхностей; для нанесения функциональных слоев в электронной промышленности, микроэлектроники и прочих аналогичных технологиях.
По совокупности признаков не известно устройство того же назначения, что и заявляемая полезная модель, которому присущи все приведенные в независимом пункте формулы полезной модели существенные признаки, включая характеристику назначения, что позволяет сделать вывод о новизне полезной модели.
Принцип действия заявляемого устройства можно рассмотреть на примере использования его в проточных аналитических сенсорных системах с открытым участком чувствительной поверхности. К таким сенсорным системам относятся аналитические пъезорезонансные датчики состава (микро-, нановесы, молекулярные весы) на основе поверхностных акустических волнах (ПАВ), стандартных кварцевых резонаторов, генераторов и линий задержки, биологические и химические сенсоры различного типа.
Обычно в таких системах сенсор находится в герметичном корпусе (ячейке), через который проходит поток анализируемых газовых смесей и прочих растворов [2]. Включение сенсора (или части его чувствительной поверхности) в герметичный корпус в ряде случаев нежелательно в технологиях непрерывного проточно-газового анализа веществ, так как, например, герметизация чувствительной поверхности пьезодатчика с корпусом сенсорной системы неизбежно приводит к снижению исходной чувствительности датчика из-за их жесткой механической связи.
Задача механической «развязки» связи датчика с корпусом хорошо решена в пьезорезонаторах (кварцевые резонаторы и генераторы), являющихся массовой дешевой продукцией электронной промышленности. Стандартные кварцевые резонаторы и генераторы могут применяться в сенсорных системах газового анализа (в том числе в системах типа «электронного носа» и скоростной газовой хроматографии) только после дополнительной обработки поверхности электрода и при условии «адресной» подачи анализируемого потока на чувствительный элемент сенсора с минимальным размыванием зоны анализируемых веществ (аналитов) в потоке, что, например, важно для малоинерционных газовых детекторов.
Краткое описание чертежей предлагаемого технического решения приведено на Фиг.1.
На Фиг.1 приведен разрез предлагаемого устройства с указанием направлений движения потоков внутри устройства и на поверхности изделия.
На Фиг.1 введены обозначения:
1 - устройство для непрерывной подачи растворов,
2 - система коаксиально расположенных капилляров и трубок,
3 - зона обработки (обдува).
Сущность полезной модели состоит в том, что устройство состоит из двух или трех коаксиально расположенных капилляров и трубок (Фиг.1), которые герметично присоединяются к системе формирования потоков таким образом, чтобы обеспечить подачу потока реагентов или анализируемых веществ через центральный капилляр (трубку) на строго определенный участок поверхности и транспорт отраженного от заданного ограниченного участка поверхности рабочего потока только в зазор между центральным и вторым капиллярами (трубками), далее через патрубок, присоединенный ко второму капилляру, выводится за пределы рабочей зоны, и представляют собой самостоятельную сборочную единицу, которая легко монтируется в систему непрерывного проточно-газового анализа веществ, промышленное оборудование для нанесения функциональных слоев в электронной промышленности, микроэлектроники и прочих аналогичных технологиях.
Капилляры и трубки изготавливаются из жаропрочных материалов, устойчивых к химическим агрессивным средам и механическим повреждениям (например, кварц или нержавеющая сталь). Центральный капилляр (трубка) имеет меньший диаметр отверстия, чем средний.
В частном случае в нижней части устройства капилляры и трубки расположены на одном уровне и имеют ровный шлифованный срез.
Принцип действия предлагаемого технического решения заключается в распределение потоков следующим образом:
1. рабочий поток (реагент или анализируемая среда), которым может быть либо жидким раствором, либо газовой смесью, содержащей вещества в различных объемных соотношениях, подается на строго определенный участок поверхности через центральный капилляр (трубку);
2. далее отраженный от поверхности (сорбционная матрица, чувствительная поверхность датчика, электрода и прочие поверхности) рабочий поток всасывается в зазор между центральным и вторым капиллярами (трубками) и через патрубок, присоединенный ко второму капилляру, выводится за пределы рабочей зоны.
3. для обеспечения необходимых направлений движения потоков давление в зазоре между центральным и вторым капиллярами (трубками) поддерживается ниже, чем в центральном капилляре (трубке) и в зазоре между вторым и третьим капиллярами (трубками), а при отсутствии третьего капилляра (трубки) ниже давления окружающей среды.
Соотношения всех газообразных и/или жидких потоков задаются путем регулирования скорости подачи рабочего потока через центральный капилляр (трубку) и инертного газа или воздуха в зазор между вторым и третьим капиллярами (трубками), скорости всасывания в зазор между центральным и вторым капиллярами (трубками). При этом допускается подсос окружающей среды через зазор между обрабатываемой (обдуваемой) поверхностью и торцом второй трубки (капилляра).
Размер анализируемого участка поверхности, прежде всего, определяется внешним диаметром центрального капилляра (трубки), а также внутренним среднего капилляра. Четкость границы участка, с которого продукты газовыделения выводятся за пределы рабочей зоны, определяется размером зазора между центральным и средним капиллярами (трубками), размер которого должен быть минимальным.
Таким образом, детектирование осуществляется с минимально возможной площади поверхности, ограничиваемой чувствительностью детектирующей системы. Реализуемая при этом малая площадь, с которой снимается аналитическая информация, обеспечивает высокую разрешающую способность непрерывного проточно-газового анализа веществ.
Устройство может перемещаться вдоль исследуемой поверхности на фиксированном расстоянии, не выходя за пределы заданного участка поверхности.
Источники информации:
1. Заявка на полезную модель RU 2009114417 Дата подачи заявки: 16.04.2009
2. В.В.Малов "Пьезорезонансные датчики", М.: Энергоатомиздат - 1989 г., 272 стр.