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簡要描述:室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測儀中電化學(xué)傳感器的應(yīng)用天道牌空氣質(zhì)量監(jiān)測儀TD-AQM便攜式的電化學(xué)傳感器被用來方便探測甲醛氣體,這種傳感器有三電極,質(zhì)量輕,成本低,反應(yīng)靈敏,無需化學(xué)試劑而造成二次污染等優(yōu)點(diǎn)。
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標(biāo)簽:電化學(xué)氣體傳感器;無需化學(xué)試劑;應(yīng)用
引言
甲醛被認(rèn)為是主要的污染物之一,就是因?yàn)樗母叨拘院蜐撛诘闹掳┬裕兹┊a(chǎn)生的來源有很多,比如工業(yè),交通,森林火災(zāi),以及吸煙產(chǎn)生的煙霧。它也可能從不同的物體內(nèi)散發(fā)出來,比如新的家具和高分子材料在降解的過程中,因此,它也可以作為材料降解過程中的標(biāo)志分子。
甲醛檢測Z常用的分析方法利用液相質(zhì)譜結(jié)合2,肼衍生的方法。盡管這種方法可靠精確,但是他需要相對較貴的儀器而且只能在實(shí)驗(yàn)室完成[1]。因此,新型的甲醛探測方法和甲醛探測器的發(fā)展也就成了一個比較吸引人的課題。已經(jīng)存在的傳感器的測量原理,從能譜測量到電阻式測量,再到比色法,而后者是現(xiàn)在Z廣泛被研究的。金屬氧化物薄膜和納米金屬氧化物通常被用在傳感器的圖層上。盡管,使用這種放的靈敏度很高,但是,它本質(zhì)的缺陷是需要高溫,在濕潤的環(huán)境下,測量不準(zhǔn)。為了克服高溫下的操作問題,導(dǎo)電聚合物圖層被引入用來探測揮發(fā)性有機(jī)物,比如甲醛。
經(jīng)過對比國內(nèi)國外的電化學(xué)傳感器,從價(jià)格,分辨率,精度等方面考慮,而后選擇了國內(nèi)鄭州煒盛公司的傳感器,足以滿足室內(nèi)測量監(jiān)測的要求。
1 電化學(xué)氣體傳感器介紹
甲醛氣體傳感器有很多種類型,有熱導(dǎo)式,電導(dǎo)式,比色式,通常包括酶甲醛脫氫酶,然而,由于潛在的穩(wěn)定性問題,對于其使用并不是在所有條件和環(huán)境下都合適。而無酶的電化學(xué)傳感器性能提升了很多,也使得其開始被廣泛關(guān)注,盡管這種傳感器還比較少。
現(xiàn)有一種室溫伏安的多功能聚合物傳感層甲醛氣體傳感器,這是一種合成聚合物傳感涂層,其結(jié)合了分析積累能力,其衍生物通過ZSZZ的肼反應(yīng),同時其作用是用伏安測量聚合物電解質(zhì)。
電化學(xué)氣體傳感器按照工作原理可以分為以下幾種類型:燃料電池型氣體傳感器,極限電流型氣體傳感器,濃差電池型氣體傳感器。
2 電化學(xué)氣體傳感器的選型
商用絲網(wǎng)印刷電極用來當(dāng)作底座,與碳工作和對電極,以及銀準(zhǔn)參考電極。電化學(xué)電池由三個內(nèi)部合成傳感涂層的電極組成,這三個涂層作為分析物衍生媒介以及高分子電解質(zhì),三電極的系統(tǒng)涂有20 L of 1% HPA or PAA解決方案,一夜之間干,所有的解決方案都使用了Milli-Q水,聚丙烯酸用來接收和溶解在水中,離子聚丙烯酸酯在實(shí)驗(yàn)室中被準(zhǔn)備用來先溶解水中的聚丙烯酸,隨后,用克分子數(shù)相等的數(shù)量水合肼來中和它。循環(huán)伏安測量方法使用Autolab PGSTAT 30來運(yùn)行。
2.1 臭氧電化學(xué)氣體傳感器
臭氧的測量是空氣質(zhì)量和許多大氣化學(xué)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵部分,傳統(tǒng)的臭氧監(jiān)測機(jī)制基于紫外吸收,相對較貴,并且有一定高的能量的損耗,限制了固定的地點(diǎn),而電化學(xué)傳感器僅僅需要5v的直流電,總共的耗電量還不到5W??傊亓坎怀^1公斤,這種電化學(xué)傳感器產(chǎn)生的電壓信號一定比例于臭氧的濃度,其范圍是5-10ppm。兩個臭氧傳感器的性能有很好的線性度。傳感器的校準(zhǔn)和靈敏度受到相對濕度和氣體樣本的流動率的影響,被分開進(jìn)行。線性校準(zhǔn)曲線表明傳感器的性能WQ相同,即使是在不同的濕度和流動率,為了要補(bǔ)償傳感器的基準(zhǔn)漂移而調(diào)零的過程中。快速的濕度變化(~20%/min)會在傳感器信號中產(chǎn)生顯著立刻的變化,傳感器需要大概40分鐘的時間來恢復(fù)到原始值。相反,慢速的濕度變化對傳感器響應(yīng)有微弱的影響。為了檢測小型化臭氧儀的性能,臭氧儀被用在實(shí)驗(yàn)室來檢測臭氧損耗,通過海水吸收和空氣質(zhì)量檢測18天,研究表明,臭氧被海水吸收是線性于海水表面微層的YYS的。18天中從臭氧傳感器中檢測到的數(shù)據(jù)與使用紫外吸收法得到的數(shù)據(jù)具有很好的一致性。
2.2 甲醛電化學(xué)氣體傳感器
本文選擇的電化學(xué)甲醛傳感器ME3M-CH2O,其分辨率可達(dá)0.02ppm,當(dāng)傳感器暴露在甲醛氣體中的時候,甲醛氣體傳感器使用絲網(wǎng)印刷碳電極作為基底,工作電極響應(yīng)甲醛氣體,其表面使用改進(jìn)的聚丙烯酸離子傳感層,生成和甲醛氣體濃度成比例的極小電流,聚丙烯酸離子用來收集甲醛,同時,也是聚合電極,根據(jù)甲醛傳感器的結(jié)構(gòu)可知,工作電極與對電極同時浸入到電解液中時,通過測試電流的大小就可判定 CH2O 濃度的高低。每ppm甲醛氣體輸出1.1±0.5uA電流,在經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換后得到AD轉(zhuǎn)換器可以接收的模擬電壓值。外加電壓會使得兩電極間產(chǎn)生極化[2]。定電位電化學(xué)型甲醛傳感器有三個電極,圖1為其結(jié)構(gòu)圖。
在甲醛傳感器中,以及催化劑鎳、釕、鉑等金屬粒子的作用下,酸性電解液的電解池內(nèi),甲醛氣體向工作電極擴(kuò)散,而發(fā)生氧化還原反應(yīng)[3]。
2.3 CO電化學(xué)氣體傳感器
CO傳感器主要有可變電阻式以及電化學(xué)式兩種類型。CO傳感器選用的鄭州煒盛電子科技有限公司的ME2-CO,其中可變電阻式CO傳感器應(yīng)用高低溫循環(huán)方式,1000ppm的大量程,高溫清洗低溫時吸附的雜散氣體,因?yàn)椴捎玫臍饷舨牧显谇鍧嵖諝庵须妼?dǎo)率低,通過電路把電導(dǎo)率的變化對應(yīng)到一氧化碳?xì)怏w濃度,然后輸出相應(yīng)的電信號;當(dāng)室內(nèi)氣體超過300ppm時,說明可燃?xì)怏w泄漏,實(shí)時報(bào)警。低溫檢測一氧化碳,隨空氣中的一氧化碳?xì)怏w濃度增加,一氧化碳傳感器的電導(dǎo)率增大[4]。
綜上所述,其實(shí)反應(yīng)狀態(tài)如圖2所示。
2.4 氨氣電化學(xué)氣體傳感器
本文選擇的氨氣傳感器和甲醛傳感器一樣,選用的鄭州煒盛電子科技有限公司的ME4-NH3,0.12±0.03uA/ppm電流輸出,同為電化學(xué)式傳感器??諝庵袎勖?/span>2年,分辨率為0.1ppm。
2.5 甲烷電化學(xué)氣體傳感器
本文選取的是鄭州煒盛公司的MC112型號,MC112有四個引腳,甲烷傳感器的應(yīng)用電路如圖3所示。引腳包括表面涂有催化劑的檢測器件D和表面沒有涂催化劑的補(bǔ)償器件C,這兩個檢測器件構(gòu)成了電橋的兩臂,外加上阻值為兩個2K?贅和一個500?贅的電阻構(gòu)成了回路,以便回路中的工作電流不會因過大導(dǎo)致元件燒毀。
在應(yīng)用電路中,傳感器所工作的電橋需要3V的直流工作電壓,為傳感器在接觸甲烷氣體時能夠提供燃燒需要的熱量[5]。此時補(bǔ)償器件C無反應(yīng),電阻率,溫度以及電橋輸出電壓都不會變化,但是檢測器件的電阻率,溫度以及電橋輸出電壓都會發(fā)生變化,這個變化反應(yīng)了空氣中甲烷氣體的濃度值。
本文選取的是鄭州煒盛公司的MC112型號,它屬于載體催化氣敏元件,MC112催化燃燒式甲烷傳感器,由圖可知,在低濃度時,傳感器的線性度很好。甲烷傳感器的靈敏度特性如圖4所示。
3 結(jié)束語
本文介紹了應(yīng)用在室內(nèi)空氣質(zhì)量儀中的電化學(xué)氣體傳感器,這四款傳感器體積小,質(zhì)量輕,能夠解決現(xiàn)有的氣體監(jiān)測依靠化學(xué)方法而造成的周期長,操作復(fù)雜等麻煩,使得室內(nèi)空氣的實(shí)時監(jiān)測成為未來發(fā)展的一種趨勢。
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