Selektywność czujników

Powtarzalność wskazań i różnice w działaniu wśród egzemplarzy tego samego modelu czujnika

Sprawdzono powtarzalność wskazań oraz różnice w działaniu wśród egzemplarzy tego samego modelu czujnika. Do oceny powtarzalności wskazań posłużono się wartościami esty-mat połączonych odchylenia standardowego (wzór (8.9)). Różnice w działaniu oceniono na podstawie charakterystyk pomiarowych (tj. zależności wartości sygnałów od stężeń kompo-nentów mieszanin) dla poszczególnych egzemplarzy.

8.2.1. Selektywność czujników

Zasada działania czujników półprzewodnikowych, wykorzystanych w stanowisku pomia-rowym, wyklucza ich selektywność. Przeprowadzone badania potwierdziły fakt odpowiedzi tych czujników na substancje inne niż docelowe, tzn. podane w kartach charakterystyk produ-centa. Na badane substancje z grupy lotnych związków organicznych reagowały nie tylko sensory dedykowane ściśle do tych celów, ale również czujniki przeznaczone np. do detekcji siarkowodoru, amoniaku i amin, freonów, metanu, a nawet pary wodnej. Przykłady takich zależności czujnikowych zamieszczono na rysunku 8.4.

Omawiane zachowanie czujników znacznie poszerzało ich możliwości pomiarowe. Zaob-serwowano jednak, że na sygnały analityczne sensorów półprzewodnikowych wyraźny wpływ miała para wodna oraz inne LZO, obecne w badanych mieszaninach.

Rys. 8.4. Przykłady nieselektywności czujników – zależności sygnałów czujników dedykowanych do detekcji siarkowodoru (TGS

825), amoniaku i amin (TGS 826), freonów (TGS 832) od stężeń toluenu w suchym powietrzu. Punkty przedstawiają uśrednione wartości sygnałów pomiarowych pozyskanych w 420 s ekspozycji

88

Selektywność w pomiarach toluenu w powietrzu o różnej zawartości wilgoci

Na rysunku 8.5. zamieszczono zależności sygnałów pomiarowych wybranych czujników od stężenia toluenu w badanych mieszaninach powietrza. Poszczególne serie danych odnoszą się do pomiarów wykonanych w powietrzu o różnej zawartości pary wodnej. Na rysunku wi-doczny jest wpływ interferencji, pochodzących od pary wodnej, na otrzymane sygnały. Za-sadniczo wzrost zawartości wilgoci w badanych próbkach powodował przyrost wartości mie-rzonych sygnałów czujnikowych. Niejednokrotnie zauważalna była także zmiana czułości sensorów.

Rys. 8.5. Przykłady nieselektywności czujników – wpływ pary wodnej na sygnały czujników: a) TGS 823, b) TGS 825 uzyskane w pomiarach mieszanin powietrza z toluenem. Punkty przedstawiają uśrednione wartości sygnałów pomiarowych pozyskanych w 420 s ekspozycji. Oznaczenia w legendzie:

x – zawartość wilgoci w mieszaninie gazowej

Przebadane czujniki odznaczały się zróżnicowaną czułością na wytypowane lotne związki organiczne, a także różną podatnością na wpływ pary wodnej zawartej w analizowanych próbkach. Generalnie jednak interferencje pochodzące od pary wodnej dotyczyły szerokiego zakresu stężeń toluenu.

Selektywność w pomiarach benzenu w powietrzu o różnej zawartości wilgoci

Problem wpływu pary wodnej zaobserwowano także w pomiarach mieszanin zawierają-cych benzen. Na rysunku 8.6 zamieszczono zależności sygnałów pomiarowych wybranych czujników od stężenia benzenu w mieszaninach powietrza o różnej zawartości pary wodnej. Stwierdzono, że interferencje pochodzące od pary wodnej dotyczyły całego przebadanego zakresu stężeń benzenu.

Przedstawione wyniki pomiarów pokazują niewielką selektywność półprzewodnikowych czujników gazów podczas oznaczania lotnych związków organicznych w obecności pary wodnej. Uzyskanie dokładnych informacji o stężeniu LZO za pomocą wskazań pojedynczego

b) a)

89

czujnika nie jest możliwe ze względu na zmiany sygnałów pomiarowych, wywoływane przez ten interferent.

Rys. 8.6. Przykłady nieselektywności czujników – wpływ pary wodnej na sygnały czujników: a) TGS 825, b) TGS 832 uzyskane w pomiarach mieszanin powietrza z benzenem. Punkty przedstawiają

uśrednione wartości sygnałów pomiarowych pozyskanych w 420 s ekspozycji. Oznaczenia w legendzie:

x – zawartość wilgoci w mieszaninie gazowej

Selektywność w pomiarach LZO w obecności innych LZO

Problem ograniczonej selektywności zauważalny był także w czasie pomiarów mieszanin gazowych, w których jako substancję zakłócającą traktowano lotny związek organiczny. Na rysunku 8.7 zamieszczono przykładowe zależności pomiarowe wybranych czujników, odpo-wiadające mieszaninom, w których benzen był analitem, a toluen interferentem. Serie danych wiążą się z zawartością toluenu w gazach – do zilustrowania zagadnienia wybrano kilka po-ziomów stężeń.

Rys. 8.7. Przykłady nieselektywności czujników – wpływ toluenu jako interferentu na sygnały czujników: a) TGS 826, b) TGS 832 uzyskane w pomiarach mieszanin powietrza z benzenem. Punkty przedstawiają

uśrednione wartości sygnałów pomiarowych pozyskanych w 420 s ekspozycji. Oznaczenia w legendzie:

c_T – stężenie toluenu w mieszaninie gazowej

Podobnie jak w poprzednich przypadkach, wzrost zawartości interferentu w oznaczanych próbkach powodował generalnie wzrost wartości rejestrowanych sygnałów pomiarowych. Sytuacja ta dotyczyła szerokiego zakresu stężeń oznaczanych substancji i była obserwowana także niezależnie od tego, który związek przyjęto za analit, a który za interferent.

a) b)

90

Przedstawione wyniki obrazują problem braku możliwości selektywnego oznaczania lot-nych związków organiczlot-nych w obecności inlot-nych związków z tej grupy za pomocą pojedyn-czego czujnika półprzewodnikowego.

Wpływ trybu pracy matrycy na selektywność oznaczeń

Na rysunkach 8.8–8.10 zamieszczono zależności parametrów sygnałów pomiarowych wy-branych czujników od stężeń lotnych związków organicznych w badanych mieszaninach wietrza. Omawiane zależności sporządzono na podstawie wartości parametrów sygnałów po-chodzących z różnych punktów czasowych procedury pomiarowej (120, 420, 630, 840 sekun-da ekspozycji). Rysunek 8.8 dotyczy mieszanin powietrza z toluenem, rys. 8.9 pomiarów z benzenem, natomiast rys. 8.10 mieszanin, w których obecne były oba rozpatrywane związ-ki.

Zastosowanie dynamicznego trybu pracy stop-flow nie pozwoliło na poprawę selektywno-ści oznaczeń dokonywanych półprzewodnikowymi czujnikami gazów. W każdym z rozpa-trywanych punktów czasowych obserwowano wpływ interferentów na sygnały pomiarowe. Obecność interferentów w mieszaninach gazowych powodowała generalnie wzrost wartości rejestrowanych sygnałów wyjściowych czujników.

Rys. 8.8. Przykład nieselektywności czujnika – wpływ pary wodnej na sygnały czujnika TGS 825 w pomiarach mieszanin powietrza z toluenem. Sygnały pozyskane z: a) 120 s, b) 420 s, c) 630 s, d) 840 s ekspozycji.

Punkty przedstawiają uśrednione wartości sygnałów pomiarowych

a) b)

91

Rys. 8.9. Przykład nieselektywności czujnika – wpływ pary wodnej na sygnały czujnika TGS 832 w pomiarach mieszanin powietrza z benzenem. Sygnały pozyskane z: a) 120 s, b) 420 s, c) 630 s, d) 840 s ekspozycji.

Punkty przedstawiają uśrednione wartości sygnałów pomiarowych

Rys. 8.10. Przykład nieselektywności czujnika – wpływ toluenu jako interferentu na sygnały czujnika TGS 826 w pomiarach mieszanin powietrza z benzenem. Sygnały pozyskane z: a) 120 s, b) 420 s, c) 630 s, d) 840 s

ekspozycji. Punkty przedstawiają uśrednione wartości sygnałów pomiarowych

a) b)

c) d)

a) b)

92

Wpływ technik korekty linii bazowej na selektywność oznaczeń

Popularne techniki korekty linii bazowej (odjęcie od parametrów sygnałów linii bazowej oraz podzielenie parametrów sygnałów przez linię bazową) potwierdziły ograniczoną selek-tywność czujników półprzewodnikowych. W pomiarach mieszanin toluenu (przykład na ry-sunku 8.11), a także benzenu w powietrzu o różnej zawartości pary wodnej, wpływ tego inter-ferentu był wyraźnie widoczny. Zasadniczo, w przypadku odejmowania linii bazowej wzrost zawartości wilgoci powodował wzrost wartości skorygowanych sygnałów czujnikowych, uniemożliwiając tym samym poprawne wyznaczanie stężenia analitu. W przypadku metody ilorazowej otrzymywane zależności pomiarowe w znacznym stopniu różniły się od poprzed-nio omówionych, choć i w tym wypadku wyznaczenie poprawnej zawartości LZO w miesza-ninie nie było możliwe.

Wpływ zawartości interferentów był również widoczny, gdy rozpatrywano metody korekty linii bazowej dla sygnałów pozyskanych w pomiarach mieszanin z dwoma LZO. Z reguły wzrost stężenia związku traktowanego jako interferent powodował wzrost wartości sygnałów wyznaczonych po uwzględnieniu linii bazowej.

Rys. 8.11. Przykłady nieselektywności czujników – wpływ pary wodnej na sygnały wyjściowe czujnika TGS 823 uzyskane: a) w różnicowej metodzie korekty linii bazowej, b) w ilorazowej metodzie korekty linii bazowej, w pomiarach mieszanin powietrza z toluenem. Punkty przedstawiają uśrednione wartości otrzymanych

parametrów sygnałów pomiarowych z 420 s ekspozycji. Oznaczenia w legendzie: x - zawartość wilgoci w mieszaninie gazowej

8.2.2. Liniowość zależności sygnałów czujników od stężeń komponentów