Специалисты Института нанотехнологий, электроники и приборостроения ЮФУ разрабатывают карманный газоанализатор, который намного быстрее и точнее аналогов. Он способен оперативно определить предполагаемую утечку газа или наличие опасных химических соединений в помещении.
Бытовой газ не только благо для человека, но и источник повышенной опасности. Утечка газа может вызвать отравление или привести к взрыву. Для того, чтобы избежать подобных экстренных ситуаций сотрудники кафедры техносферной безопасности и химии ИНЭП ЮФУ разработали новый газоанализатор по авторской методике.
Газоанализатор – прибор первой необходимости в сфере экологии, техники безопасности и во многих отраслях промышленности. Помимо распознания газовой смеси и его месторождения, скрининг летучих веществ необходим перед началом работ под землей, на объектах химического производства и местах техногенных аварий.
Разработанный учеными анализатор имеет два сенсора. Прототип сенсора газа проводит анализ при первых взаимодействиях молекул газа с датчиком, что быстрее в 10 раз по сравнению с аналогами, которые распознают вещество только после завершения взаимодействия с сенсором. Преимущество прибора также заключается в простоте и бюджетности, так как подобные устройства работают на базе искусственного интеллекта, задействуют четыре сенсора и более дорогостоящее оборудование.
«Как только информативный сигнал получен, устройство прекращает измерения и сразу выдает ответ в виде значения концентрации газа. Добиться этого помогли исследования динамики резистивного отклика, то есть изменения сопротивления сенсора при воздействии разных газов различной концентрации. Как только измерительная система фиксирует экстремумы (минимальные и максимальные значения) реакции на сенсоре, она выдает данные о наличии, насыщенности и типе летучего соединения», – рассказала завкафедрой техносферной безопасности и химии ИНЭП ЮФУ Нина Плуготаренко.
Разработанный специалистами прибор также отличается своей точностью и миниатюрностью. В него заложены алгоритмы точного распознавания множества химических соединений, несколько калибровочных зависимостей, которые позволяют точно определять концентрацию, а также выявлять несколько видов газа сразу. Сенсоры газоанализатора разработаны на основе двух полупроводниковых составов: диоксида циркония и кремния, а также кремне-углеродного материала. Сам газочувствительный датчик имеет размер всего 1х1,2 см. Миниатюрность – один из критериев, к которым стремились разработчики, так как массивные газоанализаторы проблематично использовать в труднодоступных местах, например, в пещерах и шахтах.
Сейчас программное обеспечение аппарата работает с компьютера, подключенного к датчику, однако в будущем ученые планируют создать специальный корпус с впаянной микросхемой. Это позволит устройству работать автономно и при этом оно останется компактным.
«Сегодня газоаналитические устройства, способные определять несколько газов, состоят из массива сенсоров — по их разной реакции и определяется газ, чаще всего для этого используют метод обработки данных на основе нейронных сетей. В нашем случае на стадии калибровки определяются прямые в многомерном параметрическом пространстве, которые являются уникальными для каждого газа. В процессе эксплуатации сенсора газ идентифицируются уже по реальным параметрам динамики отклика в сравнении с прямыми, полученными при калибровке», — дополнила Нина Плуготаренко.
Результаты исследования опубликованы в журнале Chemosensors.