Detekce par aromatických uhlovodíků pomocí fotoluminiscenčního senzorového pole na bázi porézního křemíku

Abstract

The diploma thesis is focused on the preparation, functionalization, and investigation of the sensor properties of porous silicon for the detection of volatile aromatic hydrocarbon vapors using a photoluminescent sensor array. Porous silicon was prepared by anodic etching of crystalline silicon and subsequently modified by oxidation and photochemically induced hydrosilylation. The prepared samples were characterized by FTIR and photoluminescence spectroscopy, and changes in surface chemical composition and optical properties depending on the type of surface modification were investigated. Sensor properties were studied using a sensor array consisting of four porous silicon-based sensor elements with different surface terminations: H- terminated, O-terminated, phenylpropyl-terminated, and guaiacol-terminated. The concentration dependencies of the photoluminescent sensor response to benzene, toluene, ethylbenzene, and p-xylene vapors were measured, and the repeatability of the sensor response was evaluated for selected analyte concentrations. Based on the measured data, the basic sensor parameters, particularly sensitivity, limit of detection, and repeatability, were determined. It was found that surface modification significantly affects both the magnitude of the sensor response and the selectivity...

Diplomová práce je zaměřena na přípravu, funkcionalizaci a studium senzorových vlastností porézního křemíku pro detekci par těkavých aromatických uhlovodíků pomocí fotoluminiscenčního senzorového pole. Porézní křemík byl připraven anodickým leptáním krystalického křemíku a následně modifikován oxidací a fotochemicky indukovanou hydrosilylací. Připravené vzorky byly charakterizovány metodami FTIR a fotoluminiscenční spektroskopie, přičemž byly sledovány změny chemického složení povrchu a optických vlastností v závislosti na typu povrchové úpravy. Senzorové vlastnosti byly studovány na senzorovém poli tvořeném čtyřmi senzorovými prvky na bázi porézního křemíku s různou povrchovou terminací: H-terminace, O-terminace, fenylpropyl-terminace a guajakolpropyl- terminace. Byly změřeny koncentrační závislosti fotoluminiscenční senzorové odezvy na páry benzenu, toluenu, ethylbenzenu a p-xylenu a pro vybrané koncentrace analytů byly změřeny opakovatelnosti senzorové odezvy. Na základě naměřených dat byly stanoveny základní senzorové parametry, citlivost, mez detekce a opakovatelnost. Bylo zjištěno, že povrchová modifikace významně ovlivňuje velikost senzorové odezvy i selektivitu vůči jednotlivým analytům. Nejnižší meze detekce byly dosaženy pro ethylbenzen, přičemž byl pozorován trend zvyšování citlivosti s...