تشخيص استون در غلظت هاي كم با حسگر مجهز شده به سامانه پيش تغليظ گر زئوليت A

Detection of low concentrations of acetone using a gas sensor equipped with A zeolite based pre-concentrator

آشكارسازي استون با استفاده از حسگر گاز در غلظت هاي پايين به علت كاربرد در شناسايي بيماري ديابت از تنفس بسيار حايز اهميت است، درحالي كه معمولا حسگرهاي گاز رايج فاقد چنين توانايي هستند. اندازه گيري استون موجود در بازدم انسان يك روش معتبر در تشخيص بيماري ديابت است، اما به علت مقدار كم استون در تنفس (كمتر از ppm 10) اندازه گيري آن با استفاده از حسگرهاي گاز تجاري داراي چالش هاي فراواني است. در پژوهش حاضر، جذب استون توسط زيوليت A نشان داده شد و سپس با استفاده از آن عملكرد حسگر گاز TGS2602 در تشخيص گاز استون بهبود داده شد. ابتدا پاسخ حسگر به مقادير كمتر از ppm 10 استون بررسي شد. سپس هواي آلوده به استون از بستر زيوليتي عبور داده شد تا استون موجود در آن در سطح زيوليت جذب شود. بلافاصله بعد از مرحله جذب، گرمايش زيوليت تا دماي 450 درجه سانتي گراد انجام شد تا استون هاي جذب شده به صورت يك جا رهاسازي شوند و باعث ايجاد غلظت لحظه اي بالاتري در محفظه حسگر نسبت به غلظت اوليه گاز شوند. به دليل افزايش غلظت در زمان رهاسازي، پاسخ حسگر بهبود يافت. با اين روش، غلظت استون در محفظه حسگر نسبت به هواي مورد آزمايش بيش از 50 برابر افزايش داشت كه باعث افزايش 7 برابري پاسخ حسگر گرديد. جهت بررسي كارايي سامانه ساخته شده، تاثير عواملي از جمله جرم زيوليت استفاده شده، سرعت جابه جايي هوا و دماي رهاسازي بررسي شد. مشاهده شد كه استفاده از حسگر مجهز شده به پيش تغليظ گر زيوليت A به عنوان يك روش آسان، كم هزينه و قابل اطمينان، حد آستانه تشخيص حسگر تجاري را افزايش مي دهد.

The detection of acetone using a gas sensor at low concentrations is very important due to its application in the diagnosis of diabetes from breathing, whereas common gas sensors usually do not have such capability. Measurement of acetone in human exhalation is a valid method for diagnosing diabetes, but due to the small amount of acetone in breathing (less than 10 ppm), measuring it using commercial gas sensors has many challenges. In this study, acetone absorption was demonstrated by zeolite A and then the performance of the TGS2602 gas sensor was improved by using zeolite A in acetone gas detection. First, the sensor response was investigated in acetone concentration levels less than 10 ppm. The acetone-contaminated air was then passed through a zeolite substrate to absorb the acetone in the zeolite surface. Immediately after the adsorption stage, the zeolite was heated to 450 ◦C to release the absorbed acetone at once and to create a higher instantaneous concentration in the sensor chamber compared with the initial gas concentration. Due to the increase in concentration at the time of release, the sensor response was improved. With this method, the concentration of the acetone in the sensor chamber increased more than 50 times compared to the incoming acetone polluted air, which increased the sensor response by 7 times. To evaluate the efficiency of the built-in system, the effect of factors such as the mass of the zeolite used, the air flow rate, the adsorption/desorption temperature and the adsorption time were investigated. It has been observed that the sensor equipped with zeolite pre-concentrator, as an easy way, low-cost, and reliable method, increases the detection capability of the commercial sensor beyond the detection threshold.