AMMIAK GAZI KONSENTRATSIYASINI ANIQLOVCHI OPTIK SENSORNI ZOL-GEL USULIDA ISHLAB CHIQISH MUNDARIJA KIRISH I. ADABIYOTLAR TAHLILI 1.1. Zol-gel texnologiyasi asosida yaratilgan materiallar 1.2. Turli xil ishqoriy va kislotali muhitini aniqlovchi indikatorlar 1.2.1. Indikatorlarning sinflanishi 1.3. Optik usullar yordamida turli muhitlarni aniqlovchi sensorlar 1.4. Ammiakni aniqlovchi opti k sensorlar II. TAJRIBAVIY QISM 2.1. Asboblar, reaktivlar va jihozlar 2.2. Indkator eritmasini TEOS asosidagi zol-gel qatlamga biriktirish uchun optimal tarkib tayyorlash 2.3. Gazli muhitda NH 3 ni aniqlovchi optik sensor tayyorlash 2.4. Turli dopantlarning birikish sharoitlarini o rganishʻ 2.5. Gazli muhitda NH3 ni aniqlovchi optik sensorning metrologik xususiyatlarini o rganish ʻ III. NATIJALAR VA ULARNING TAHLILI 3.1. Zol-gel usulida olingan optik qatlamda indikator fotokimyoviy xossalari 3.2. Gazli muhitda ammiak konsentratsiyasini aniqlovchi optik sensor xossalari 3.3. Tayyorlangan optik sensorlarga turli omillarning ta’sirini o rganish ʻ XULOSALAR FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR RO YXATI ʻ 1

KIRISH Ushbu magistrlik dissertatsiyasi ammiak gazi konsentratsiyasini aniqlovchi optik sensorni zol-gel usulida ishlab chiqish va xossalarini o rganishni maqsad qildi. ʻ Ammiak – bu avtomobil va kimyo sanoatida va tibbiy tahlilda ishlatiladigan tabiiy gazlardan hisoblanadi. Biosferadagi ammiakning asosiy manbai sanoat, isitish, yonish, biomassa chirishi va fermentativ reaksiyalar hisoblanadi. Atmosferadagi va gidrosferadagi ammiak miqdorini nazorat qilish yerdagi hayotning davom etishi uchun muhim ko‘rsatkichlar quyidagilardir: atmosfera bosimi, shamollar, namlik va haroratning muvozanatda bo‘lishini saqlash. Yer yuzida aniqlanishi dolzarbligi jihatidan ammiak, vodorod sul’fid, sulfid angidrid, karbonat angidrid, kislorod va azot bilan bir qatorda turadi. Ammiak 4-toifadagi xavfli o‘tkir hidli rangsiz gaz, u soatiga 50 ga yaqin konsentratsiyalarda sezilishi mumkin. U yuqori toksiklikka ega (ammiakning ruxsat etilgan maksimal kontsentratsiyasi ish xonalarida 20 mg/m3 dan oshmasligi kerak). Sanoat gigienistlarining Amerika konferentsiyasi (American Conference of Industrial Hygienists (ACGIH)) kunlik ish vaqti davomida 8 soat davomida ish joyida 25 ppm havoda ammiak kontsentratsiyasini va qisqa muddatli ta’sir qilish uchun atigi 35 ppm kontsentratsiyasi uchun belgilagan vaqt 15 minutdan oshmasligi zarurligi aytilgan (ammiakning 25 ppm dan kam bo lgan kontsentratsiyasi o pka funksiyalariga katta ta’sir ko rsatmaydi). 25 ʻ ʻ ʻ ppm dan 100 ppm/soatgacha bo lgan vaqt davomida ta’sir qilish astma va ʻ bronxitning paydo bo lishiga, ko zning surunkali yallig lanishini keltirib ʻ ʻ ʻ chiqaradi va dermatitga olib kelishi mumkin. 100 ppm dan yuqori kontsentratsiya asfiksiya holatiga qadar jiddiy nafas olish qiyinchiliklari bo lishi, ko zning yoshlanishi, ko z qovoqlarining shishishi, shox pardaning ʻ ʻ ʻ yallig lanishi, xira ko rish va hatto doimiy ko r bo lib qolishga olib kelishi ʻ ʻ ʻ ʻ 2

mumkin. U havoda 200-300 g/m3 kontsentratsiyasida portlovchi; 650 ℃ harorat o ‘ z-o ‘ zidan yonish, suvda eriganida kuyish xavfini tug ‘ diradi. Chunki bu jarayon sezilarli miqdorda issiqlik chiqishi bilan boradi; sovutish kompressorlarida siqilishni paytida yuqori haroratini tushiradi. Kimyoviy zavodlarga qo ‘ shimcha ravishda, ammiak – eng samarali sovutish agentlaridan biri hisoblanib, energetik ko‘rsatkichlarining agregat holati o‘zgarganda (kondensatsiya, qaynash) issiqlik almashinuv intensivligining yuqoriligi tufayli ko p miqdorda sovuqlik hosil qilinadigan ko‘plab yirik korxonalarning sovutishʻ ta’minoti masalalarini hal qilishda ham keng qo‘llaniladi. Sovutish qurilmalari ekologiyasiga qo‘yiladigan talablarning kuchayib borayotganligi sababli korxonalarda (hatto sovuqlik kam hosil qilinadigan korxonalarda ham) ammiakning qo‘llanilishi sohasi kengayib bormoqda. Ammiakli sovutish qurilmalaridan uzoq vaqtlardan buyon foydalanib kelinishiga qaramay, yangi sovutish qurilmalarini loyihalashda, ishlab turgan qurilmalardan foydalanishda, suyuq ammiak omborlarida va boshqalarda – portlash xavfi bor kimyoviy xavfli moddadir, shu sababli ammiakni ishlatish bilan bog‘liq o‘ziga xos qator xavf- xatarlar to‘g‘risida aniq tasavvurga ega bo‘lish lozim, jumladan:  ammiakning havodagi hajmiy ulushi 11% dan oshganda u yona boshlaydi;  15%-28% - bu normal sharoitlarda portlash xavfi bo‘lgan konsentratsiyalar diapazoni;  ammiak 100°C gacha qiziganda portlash xavfi bo‘lgan konsentratsiyalar chegaralari kengayadi va 14,5%-29,5% ni tashkil etadi;  maksimal portlash kuchi ammiakning havodagi 22% ga teng hajmiy ulushiga to‘g‘ri keladi;  agar havo tizimida kondensatsiyalanmaydigan xavfli gazlar, moy qoldiqlari va ularning parchalanish mahsulotlari mavjud bo‘lsa, 3

ammiakning portlash tezligi va bosimi keng doiralarda o‘zgarishi mumkin. Ammiak bilan ifloslanish parrandachilik fabrikalarida ham mavjud muammolardan biridir. Ammiak tovuq fabrikalaridagi tovuq chiqindilaridan ajralib tovuqning o sish va rivojlanishiga katta ta’sir ko rsatadi.ʻ ʻ Ammiak turli ishlab chiqarish korxonalari, go‘shtni qayta ishlash zavodlari, yog -moy zavodlari, ixtisoslashtirilgan sovutish zavodlari va boshqa ʻ sanoat korxonalarining ajralmas qismi bo‘lib, ular geografik jihatdan aholi punktlarida joylashganligini ko‘rsatadi. Bu esa nafaqat xodimlar uchun, balki aholi punktlari aholisi uchun ham katta xavf tug‘dirdi. Shu sababdan real vaqt monitoringi yordamida ammiakning past konsentratsiyasini sellektiv aniqlashga imkon beradigan yangi asbob va sensorlar juda muhim. Buning uchun ammiakning sezgir va selektiv optik sensorlarini ishlab chiqish va bu sensorlar uchun gaz sezgir materiallarning optimal tarkibini tanlash bo yicha ko plab ʻ ʻ tadqiqotlar o tkazilmoqda. Chunki optik sensorlar boshqa dizayndagi ʻ sensorlarga nisbatan bir qator afzalliklarga ega. Bu, birinchi navbatda, shovqin immunitetidir, bu ularni kuchli elektromagnit maydonlar sharoitida, portlash xavfi bor muhitda foydalanish uchun ishlatishga imkon beradi. Dizaynning nisbiy soddaligi va yuqori sezgirlik, shuningdek signallarni o lchash va tahlil ʻ qilishda spektral usullardan foydalanish imkoniyati optik kimyoviy sensorlar (OKS) muhitning kimyoviy parametrlaridagi o zgarishlarni kuzatishga imkon ʻ beradi. Ularning afzalliklari, kam quvvat iste’moli, miniatyura hajmi, sensorni masofadan ishlatish qobiliyati, integral optik konturlarga ulanishi va ular asosida ko p sensorli platformalarni yaratish qobiliyatidir. OKS yaratish uchun atrof- ʻ muhit parametrlarining o zgarishini optik va elektr signaliga aylantirish uchun ʻ nurlanish manbai va fotodetektor kerak. Yorug lik va fotodiodlardan ʻ foydalanish sensorlarni miniatyuralashga imkon beradi va ularni optik mikrosxemalar va “elektron burun” turidagi multisensor tizimlar asosida yaratish imkoniyatini ochib beradi. 4

Ammiakni aniqlashning turli xil usullari orasida Nessler reaktivi, fotoionizatsiya detektorlari, yarim o tkazgichlar yupqa plyonkalar,ʻ potentsiometrik elektrodlar, infraqizil gaz analizatorlaridan foydalanishga asoslangan usullarni topish mumkin. Ushbu sensorlar gazsimon ammiakni aniqlay olishiga qaramay, ular ba’zi bir kamchiliklarga ega. Masalan, Nessler reaktivi oz miqdordagi ammiakni aniqlash uchun ishlatiladigan kimyoviy reagentdir. Shu bilan birga, ushbu reaktiv nafas olayotganda, yo talganda yoki ʻ teriga singib ketganda toksik bo lib, kanserogen moddadir. Yarimo tkazgich ʻ ʻ yupqa qatlamlarga asoslangan datchiklar ma’lum bir gaz uchun past tanlangan siljish, past reproduktivlik, past barqarorlik, past sezgirlik va sensorning faol ishlash vaqti kamdir. Fotoionizatsiya detektorlari yuqori sezuvchanlik va tezkor javob vaqtini namoyish etadi, ammo aniq o lchovlarni ta’minlash uchun ularni juda tez-tez ʻ kalibrovkalash kerak. Potentsiometrik elektrodlarga asoslangan sensorlar sezgir va tanlangan bo lishning afzalliklariga ega. Ammo ular nisbatan yuqori quvvat ʻ iste’moli, tannarxi qimmat va tajribali operatorning ishtirokini talab etadi. Optik tolali sensorlari (OTS) yaxshi sezuvchanlik, elektromagnit nurllarga ta’siri kamlik, kichik o lcham, portativlik, arzon va oddiy yorug lik ulanishi kabi ʻ ʻ o ziga xos xususiyatlariga egaligi bilan boshqalardan ajralib turadi. Ammiakni ʻ aniqlash uchun OTS ni qo llashning qulay tomoni ammiakning asosiy ʻ jihatlaridan foydalanishdir. Shu sababli, ammoniy ionlari ta’siriga tushganda, pH ga bog liq bo yoq yoki tegishli fluorescent modda yoki rang o zgarishiga ʻ ʻ ʻ ega bo lgan sezgir qatlamdan foydalanish orqali ammiakni yutilish o zgarishini ʻ ʻ kuzatib o lchash mumkin. Nozik qatlamlar va bo yoqlarning aksariyati harorat ʻ ʻ va namlikning o zgarishiga sezgir bo lib, ular aniqlangan signalga xalaqit ʻ ʻ berishi mumkin. Shuning uchun o lchovlar odatda boshqariladigan muhit ʻ sharoitida bo lgan xonalarda o tkaziladi. ʻ ʻ Shuning sababli tetraetoksisilan (TEOS) ning to rsimon tuzilishli ʻ polimerlari zol-gel texnologiyasi yordamida tayyorlandi. Tayyorlangan optik 5