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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(cè)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(duì)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(cè)方法和甲醛探測(cè)器的發(fā)展也就成了一個(gè)比較吸引人的課題。已經(jīng)存在的傳感器的測(cè)量原理,，從能譜測(cè)量到電阻式測(cè)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(rùn)的環(huán)境下，測(cè)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(cè)揮發(fā)性有機(jī)物，比如甲醛,。

經(jīng)過對(duì)比國(guó)內(nèi)國(guó)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(guó)內(nèi)鄭州煒盛公司的傳感器，足以滿足室內(nèi)測(cè)量監(jiān)測(cè)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(duì)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(shí)其作用是用伏安測(cè)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(duì)電極,，以及銀準(zhǔn)參考電極。電化學(xué)電池由三個(gè)內(nèi)部合成傳感涂層的電極組成,，這三個(gè)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(cè)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(cè)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(cè)機(jī)制基于紫外吸收,，相對(duì)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(hào)一定比例于臭氧的濃度，其范圍是5-10ppm,。兩個(gè)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(duì)濕度和氣體樣本的流動(dòng)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(dòng)率,，為了要補(bǔ)償傳感器的基準(zhǔn)漂移而調(diào)零的過程中,?？焖俚臐穸茸兓ā?/span>20%/min）會(huì)在傳感器信號(hào)中產(chǎn)生顯著立刻的變化，傳感器需要大概40分鐘的時(shí)間來恢復(fù)到原始值,。相反，慢速的濕度變化對(duì)傳感器響應(yīng)有微弱的影響。為了檢測(cè)小型化臭氧儀的性能,，臭氧儀被用在實(shí)驗(yàn)室來檢測(cè)臭氧損耗，通過海水吸收和空氣質(zhì)量檢測(cè)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(cè)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(shí)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(shí),，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(duì)電極同時(shí)浸入到電解液中時(shí),，通過測(cè)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(huì)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(gè)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(shí)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(duì)應(yīng)到一氧化碳?xì)怏w濃度,，然后輸出相應(yīng)的電信號(hào),；當(dāng)室內(nèi)氣體超過300ppm時(shí)，說明可燃?xì)怏w泄漏,，實(shí)時(shí)報(bào)警,。低溫檢測(cè)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(hào),，MC112有四個(gè)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(cè)器件D和表面沒有涂催化劑的補(bǔ)償器件C,，這兩個(gè)檢測(cè)器件構(gòu)成了電橋的兩臂，外加上阻值為兩個(gè)2K,？贅和一個(gè)500,？贅的電阻構(gòu)成了回路，以便回路中的工作電流不會(huì)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(shí)能夠提供燃燒需要的熱量[5],。此時(shí)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(huì)變化,，但是檢測(cè)器件的電阻率,，溫度以及電橋輸出電壓都會(huì)發(fā)生變化，這個(gè)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(hào),，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(shí)，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?jī)x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(cè)依靠化學(xué)方法而造成的周期長(zhǎng)，操作復(fù)雜等麻煩,，使得室內(nèi)空氣的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)成為未來發(fā)展的一種趨勢(shì),。