теристику линейной части системы управления деформацией электроупругого актюатора, частотный критерий абсолютной устойчивости будет выполняться.
Множество положений равновесия системы управления деформацией электроупругого актюа-тора устойчиво относительно математических ожиданий, если выполняются полученные условия на производную нелинейной гистерезисной характеристики. Определены условия абсолютной устойчивости системы управления деформацией пьезоактюатора при продольном и поперечном пьезоэффекте. Полученные зависимости позволяют проводить синтез корректирующих устройств системы управления деформацией электроупругого актюатора.
ЛИТЕРАТУРА
1. Миронов В. Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. — М.: Техносфера, 2004. — 144 с.
2. Акопьян В. А., Панич А. Е., Соловьев А. Н., Шевцов С. Н. Некоторые физико-механические проблемы пьезоэлектрических актюаторов и области их применения // Нано-и микросистемная техника. — 2006. — № 10. — С. 35—40.
3. Афонин С. М. Абсолютная устойчивость системы автоматического управления с пьезоприводом наноперемеще-ний // Датчики и системы. — 2000. — № 10. — С. 24—25.
4. Афонин С. М. Абсолютная устойчивость системы управления деформацией пьезопреобразователя // Известия
РАН. Теория и системы управления. — 2005. — № 2. — С. 112—119.
5. Наумов Б. Н. Теория нелинейных автоматических систем. Частотные методы. — М.: Наука, 1972. — 544 с.
6. Барабанов Н. Е., Якубович В. А. Абсолютная устойчивость систем регулирования с одной гистерезисной нелинейностью // Автоматика и телемеханика. — 1979. — № 12. — С. 5—12.
7. Физическая акустика. Т. 1. Ч. А. Методы и приборы ультразвуковых исследований / Под ред. У. Мэзона. — М.: Мир, 1966. — 592 с.
8. Preisach А. Über die magnetische Nachwirkung // Zeitschrift für Physik. Berlin: Verlag von Julius Springer. — 1935. —
B. 94. — № 5, 6. — S. 277—302.
9. Турик А. В. К теории поляризации и гистерезиса сегнето-электриков // Физика твердого тела. — 1963. — Т. 5, № 4. —
C. 1213—1215.
10. Турик А. В., Резниченко Л. А. Сегнетокерамика в сильных электрических полях: электромеханический гистерезис, пьезоэффект и электрострикция. Обзор // Фазовые переходы, упорядоченные состояния и новые материалы. — Ростов-на-Дону: Ростовский университет, 2008. — № 1. — С. 1—4.
11. Lynch C. S. The effect of uniaxial stress on the electro-mechanical response of 8/65/35 PLZT // Acta materialia. — 1996. Vol. 44, N 10. — P. 4137—4148.
12. Афонин С. М. Исследование и расчет гистерезисных характеристик составных пьезодвигателей наноперемеще-ний // Датчики и системы. — 2003. — № 9. — С. 15—16.
Сергей Михайлович Афонин — канд. техн. наук, ст. научн. сотрудник, доцент Московского государственного института электронной техники (ТУ).
E-mail: eduems@mail.ru □
УДК 681.586.74:678.049.12
ЗАКОНОМЕРНОСТИ АДСОРБЦИИ ОРГАНИЧЕСКИХ СПИРТОВ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ
Ю. Н. Николаев, М. А. Пинигин, И. В. Павловский, П. В. Самойленко
Впервые рассмотрены основные закономерности изменения величины сигнала спирта от строения его молекулы (молекулярного веса, пространственной изомерии, многоатомности данного спирта, наличия двойной связи или ароматического кольца) с целью дальнейшей экстраполяции этих закономерностей на высокомолекулярные органические соединения (ферменты, витамины и пр.). Все эксперименты проводились на мультисенсорном газоанализаторе ГАНК — 4РБН, содержащем восемь датчиков, из которых два полупроводниковых, один термохимический и пять электрохимических целевых, ориентированных на измерение конкретных веществ: N0, 802, СО, формальдегид, N02.
Ключевые слова: адсорбция, закономерности воздействия, спирты, полупроводниковые поверхности.
ВВЕДЕНИЕ
В мире на сегодняшний день в международной службе CAS (American Chemical Society) зарегистрировано более 54 млн природных и синтезированных веществ. На практике более пяти миллионов из них используются в промышленности и быту [1]. Среди этих веществ более трех тысяч от-
несено к категории вредных и опасных для здоровья человека. Ввиду исключительной роли, которую играют многие из них в жизни человека, и влияния их на физиологическое состояние человека важнейшей задачей является правильное и своевременное определение уровня содержания этих вредных веществ в зоне пребывания челове-
Н3С сн 3 н3с н3с
Л ОН
^сн3
Рис. 1. Ретинол
ка. Предельно допустимые концентрации (ПДК) этих веществ, разработанные при участии коллектива авторов Научно-исследовательского института экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сысина, приведены в гигиенических нормативах [2—4]. Нами принята программа по изучению закономерностей изменения величины сигнала вредного вещества от строения его молекулы.
Данная работа посвящена спиртам. Спирты являются обширным и очень разнообразным классом органических соединений: они широко распространены в природе, имеют важнейшее промышленное значение и обладают исключительными химическими свойствами.
По мнению издания [5] в сотне самых важных химических соединений четыре позиции занимают спирты (холестерин, этанол, глицерин и метанол). Области использования спиртов многочисленны и разнообразны, особенно учитывая широчайший спектр соединений, относящихся к этому классу. Многие спирты являются незаменимыми участниками биохимических процессов, происходящих в живом организме.
Ряд витаминов можно отнести к классу спиртов. Например, витамин А — ретинол — жирорастворимый витамин, необходимый для нормального обмена веществ (рис. 1).
Одноатомные предельные спирты вводят организм в наркозоподобное или гипнотическое состояние [6], а также оказывают токсическое действие. Эти эффекты усиливаются (токсический — начиная с этанола) с увеличением углеродной цепи, достигая максимума при С5—С8 (метанол гораздо более токсичен, но это связано с особенностями его биотрансформации). Разветвленные, а также вторичные и третичные спирты обладают большей физиологической активностью. Пары спиртов оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки, поражают зрение — метиловый, гексиловый, гептиловый, нониловый и де-циловый спирты [7].
Ввиду исключительной роли, которую играют спирты в промышленности и быту и влияния их на физиологическое состояние человека важнейшей задачей является правильное и своевременное определение уровня содержания спиртов в рабочей зоне (р. з.) пребывания человека. Разра-
ботанные методы определения концентрации спиртов в воздухе рабочих помещений дают возможность контролировать в непрерывном режиме большой класс относительно простых органических спиртов, однако определение более сложных органических соединений остается открытым.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Поставлена задача: изучить закономерности изменения величины сигнала спирта от строения его молекулы (молекулярного веса (МВ), пространственной изомерии, многоатомности данного спирта, наличия двойной связи или ароматического кольца) с целью дальнейшей экстраполяции этих закономерностей на высокомолекулярные органические соединения (ферменты, витамины и пр.)
Все эксперименты проводились на газоанализаторе непрерывного контроля ГАНК 4РБН, содержащем восемь датчиков, из которых два полупроводниковых (СГ, ПГС) на основе диоксида олова 5п02, один термохимический (ДТХ) и пять целевых (ориентированных на измерение N0, 8О2, СО, формальдегида и N02). Сравнительный анализ результатов приведен для первых двух датчиков. Достаточно подробное изучение сигналов датчиков на основе 8пО2 приведено в диссертации Васильева А. А. [8]. В ней, в частности, показано, что скорость нарастания проводимости полупроводникового сенсора зависит от количества молекул газа, адсорбированного в единицу времени в момент измерения и пропорциональна концентрации молекул. Существенным также является вывод о том, что время отклика тонкопленочного полупроводникового сенсора на основе 8пО2 не зависит от толщины слоя в интервале 30...200 нм. Эти положения использованы нами при интерпретации экспериментальных данных.
В основной массе экспериментов концентрации спиртов создавались в специальной камере методом добавок. В камеру впрыскивалась минимальная концентрация вещества С1, равномерно разгонялась по камере вентилятором и проводились измерения сигнала. Далее добавлялось АС вещества для создания концентрации С2 = С1 + АС и опять проводились измерения. Так последовательно увеличивалась концентрация данного спирта в камере вплоть до максимальной. Отдельная группа экспериментов для определения стабильности нулевой точки проводилась по другой схеме: после определения величины сигнала для концентрации С1, камера "продувалась", измерялся нулевой уровень и далее впрыскивалась концентрация С2 вещества. И так до максимальной концентрации. Результаты коррелировали друг с другом в пределах ошибок измерения.
Для экспериментов были выбраны следующие группы спиртов:
Нормальные спирты (гомологический ряд): Метанол СН3ОН Этанол С2Н5ОН Пропан-1-ол С3Н7ОН Бутан-1-ол С4Н9ОН Спирт амиловый С5Н11ОН Гексан-1-ол СбН^ОН Гептан-1-ол С7Н15ОН Октан-1-ол С8Н17ОН
Изомеры нормальных спиртов: Пропан-2-ол С3Н7ОН Бутан-2-ол С4Н9ОН Спирт изоамиловый С5Н11ОН Спирт изооктиловый С8Н17ОН
Ненасыщенные спирты: Спирт аллиловый СН2 = СН — СН2 — ОН
Двухатомные спирты: Этиленгликоль С2Щ(ОН)2 Бутандиол С4Н8(ОН)2 Метилбутандиол С5Ню(ОН)2
Ароматические спирты: Бензиловый спирт С6Н5СН2ОН
Результаты экспериментов для ряда нормальных спиртов, проводимых на газовом сенсоре СГ, показаны на рис. 2.
Из рис. 2 видно, что с увеличением концентрации спирта величина сигнала монотонно возрастает, а скорость изменения сигнала падает. Кривые на рисунке соответствуют кривым адсорбции Лэнгмюра, описывающим процесс заполнения поверхности адсорбента молекулами адсорбата, т. е. при низких концентрациях молекулы адсор-бтива свободно в произвольном порядке "садятся" на центры адсорбции, постепенно заполняя поверхность. С увеличением концентрации и заполнения активных центров скорость адсорбции
Рис. 2. Датчик СГ. Зависимость величины сигнала от концентрации для разных спиртов:
1 — пропан-1-ол; 2 — бутан-1-ол; 3 — спирт амиловый; 4 —
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.