УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ NO В ВЫДЫХАЕМОМ ВОЗДУХЕ

Полезная модель относится к области анализа материалов путем определения их химических и физических свойств с помощью электрических средств, в частности, путем определения электрохимических параметров и промышленно применима для селективного определения микроконцентраций оксида азота в выдыхаемом человеком воздухе для решения проблем в области медицины и биологии.
3
2
3
Наиболее близким к заявляемому является известное устройство для определения содержания NO в выдыхаемом воздухе, содержащее диэлектрическую подложку с нанесенным на нее чувствительным слоем, причем подложка снабжена Pt нагревателем и Pt контактной группой [G.Lu, N.Miura, N.Yamazoe Stabilized zirconia-based sensors using WO electrode for detection of NO of NO// Sensors and Actuators, 2000, vol. B 65, p.125-127]. В этом устройстве подложка представляет собой стабилизированную иттрием циркониевую (YSZ) трубку. Внутри в дно трубки впрессован эталонный электрод, представляющий собой Pt чернь и Pt контакт, сцепленный с ней. Снаружи трубки наносится чувствительный слой WO, который после прокаливания при 700°С в течение 3 часов прочно соединяется с трубкой. В оксид также вживляется платиновый контакт. Внутренняя часть трубки находится постоянно в чистом воздухе. Наружная часть YSZ трубки обтекается либо чистым воздухом, либо воздухом, содержащим NO. Рабочая температура сенсора составляет 500-700°С. Появляющаяся при этом разность потенциалов и ионный ток характеризуют концентрацию газообразного NO в воздухе. Однако время отклика данного устройства при появлении NO в воздухе превышает 80 секунд. Это делает его
-3
малоэффективным при анализе NO в выдыхаемом воздухе с учетом времени жизни NO. Пороговая чувствительность твердотельного электрохимического сенсора не высока (10 об.%).
С помощью заявляемой полезной модели решается техническая задача повышения чувствительности и быстродействия устройства для определения содержания NO в выдыхаемом воздухе.
2
3
2
3
2
3
2
3
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для определения содержания NO в выдыхаемом воздухе, содержащем диэлектрическую подложку с нанесенным на нее чувствительным слоем, причем подложка снабжена Pt нагревателем и Pt контактами, чувствительный слой выполнен на основе InO и модифицирован добавкой SmО, подложка выполнена в виде пластины из АlO, а содержание SmO в чувствительном слое составляет от 0.5 до 10 вес.%.
В частности, устройство может дополнительно содержать корпус, внутри которого расположена подложка с чувствительным слоем.
В частности, корпус может быть дополнительно снабжен пористой крышкой. При этом пористая крышка может быть выполнена в виде фторопластовой сетки.
В частности, устройство может дополнительно содержать источник питания, к которому подключен нагреватель.
В частности, устройство может дополнительно содержать измеритель сопротивления, к которому подключены контакты
Оксид азота выделяется эндотелиальными клетками человека в ответ на многие внешние воздействия и является сосудорасширяющим эндотелиальным фактором. Синтезировать и выделять NO способно большинство клеток организма человека и животных: эндотелий кровеносных сосудов, клетки нервной ткани (нейроны) и макрофаги -клетки соединительной ткани, обладающие высокой фагоцитарной активностью. После вредного внешнего воздействия на организм человека (в условиях патологии) макрофаги продуцируют огромные (в
100-1000 раз больше, чем другие клетки) количества NO. Низкомолекулярный газ NO легко проникает через клеточные мембраны и компоненты межклеточного вещества.
Высокие дозы NO токсичны для клеток. Время жизни оксида азота в среднем составляет 10 секунд. Оно ограничено высокой реакционной способностью молекулы и ее взаимодействием с железосодержащими ферментами. При больших концентрациях NO образуется реакционное и токсичное свободнорадикальное соединение пероксинитрита:
2
-
-
NO+О  (свободный радикал)=ONOO
Токсический эффект NO проявляется в снижении выработки АТФ, а также ферментов, участвующих в репликации ДНК. С NO связывают и развитие септического шока, когда большое количество микробов, циркулирующих в крови, резко активируют синтез газа в эндотелии, что приводит к длительному и сильному расширению мелких кровеносных сосудов и как следствие - значительному снижению артериального давления, с трудом поддающемуся терапевтическому воздействию. При многих нейродегенеративных заболеваниях, ишемии, травмах, опухолях головного мозга продуцируется большое количество NO.
2
3
2
3
2
3
Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображена схема заявляемого устройства. Устройство содержит корпус с крышкой из пористого материала (фторопластовая сетка) 1, датчик 2, источник питания постоянного тока 3, измеритель сопротивления 4. Датчик 2 выполнен в виде пластины из АlO, на которую нанесен чувствительный слой, выполненный на основе InO, и модифицированный добавкой SmО. Датчик 2 снабжен платиновым нагревателем, подключенным к источнику питания постоянного тока 3, и платиновыми контактами, подключенными к измерителю сопротивления 4.
В корпус через пористую крышку 1 на датчик 2 поступает выдыхаемый воздух, содержащий NO. Для анализа NO используется
2
3
2
3
чувствительный слой датчика 2, выполненный на основе InO и модифицированный добавкой SmO. В результате хемосорбции оксида азота чувствительным слоем датчика 2 изменяется его сопротивление. При измерении относительного сопротивления датчик 2 нагревается до температуры 250-300°С при пропускании тока через нагреватель, подключенный к источнику питания 3. По полученным данным с привлечением калибровочной характеристики рассчитывается концентрация NO в выдыхаемом воздухе.
2
3
2
3
2
3
Пример конкретного выполнения. Чувствительный слой на основе InО, модифицированный добавкой SmO в количестве 3 вес.%, наносили на диэлектрическую подложку из АlO размером 1.5×1.5×0.3 мм, снабженную Pt нагревателем и Pt контактами 4. Температура датчика 2 составляла 275°С. Время отклика при появлении NO в выдыхаемом воздухе не превышало 5 секунд. Именно данный состав чувствительного слоя позволяет селективно определять концентрацию NO в выдыхаемом воздухе. В результате хемосорбции NO чувствительным слоем изменяется проводимость слоя.
-5
Определение концентрации NO может быть проведено посредством использования калибровочной зависимости, построенной по характеристикам проводимости для эталонных образцов. Нижний предел определения концентрации NO в выдыхаемом воздухе составляет 10об.%.
2
3
2
3
Использование предлагаемого устройства с применением селективного полупроводникового чувствительного слоя, состоящего из InO с добавкой SmО, обеспечивает по сравнению с ближайшим аналогом следующие преимущества:
- высокую чувствительность;
- простоту конструкции и малые габариты;
- малое время отклика;
- высокую стабильность и продолжительный срок службы.