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一氧化碳传感器检测仪的研究进展

    我们都知道一氧化碳(CO)其应用范围越来越广,检测仪在工业、环境监测和日常生活等方面有广泛的应用市场。实时、准确地测出这些场合CO的浓度,对保障工业安全生产、提高人们生活质量具有十分重要的意义。

    1、几种常见的检测方法

    对CO气体检测的适用方法有红外吸收探测法、气相色谱法、半导体法、电化学气体传感器检测法等。

    1.1红外吸收探测法

    理论与实践研究证明,每一种气体在红外辐射波段都有一条或数条特征吸收光谱。当红外辐射通过被测气体时,其分子吸收光能量,吸收关系遵循朗伯一贝尔(Lamber-Beer)定律,当气体浓度很低或吸收层很薄时.被测气体所吸收的光能量近似与气体含量呈线性关系。CO气体能吸收的红外线波长为2.37μm和4.65μm,而且对4.65μm的红外线吸收能力最强。

    1.2气相色谱法

    气相色谱分析仪是由载气源、流量控制器、进样装置、色谱柱、检测器、流量计、恒温箱、信号衰减器及记录仪等部件组成。当一定量的气样在纯净的载气(称为流动相)的携带下通过具有吸附性能的固体表面,或通过具有溶解性能的液体表面(这些固体和液体称为固定相)时,由于固定相对流动相所携带气样的各成分的吸附能力或溶解度不同、气样中各成分在流动相和固定相中的分配情况是不同的,分配系数大的成分不易被流动相所带走,因而在固定相中停滞的时间较长;相反,分配系数小的成分在固定相中停滞的时间较短。固定相是充填在一定长度的色谱柱中,流动相与固定相之间作相对运动,气样中各成分在两相中的分配在沿色谱柱长度上反复进行多次,使得即使分配系数只有微小差别的成分也能产生很大的分离效果,也就是能使不同成分完全分离,分离后的各成分按时间上的先后次序由流动相带出色谱柱,进入检测器检出.并用记录仪记录下该成分的峰形,各成分的峰形在时间上的分布图称为色谱图。

    1.3半导体一氧化碳传感器

    半导体一氧化碳传感器,通过溶胶—凝胶法获得SnO2基材料,在基材料中掺杂金属催化剂来测定气体。现国外有研究对SnO2基材料中掺杂Pt、Pd、Au等,并发现当传感器工作在220℃时,在SnO2中掺杂2%的Pt时,传感器对CO具有最大的敏感度。由于气体传感器的交叉感应,使得CO传感器对很多气体如H2、CO、H2O等都有感应,但是采用上面的方法使得对其他气体的敏感度下降很多。

    1.4电化学气体传感器

    CO电化学气体传感器敏感电极如常用的金属材料电化学电极有Pt、Au、W、Ag、Ir、Cu等过渡金属元素,这类元素具有空余的d、f电子轨道和多余的d、f电子,可在氧化还原的过程中提供电子空位或电子,也可以形成络合物,具有较强的催化能力。又研制了一种新型的CO电化学式气体传感器.即把多壁碳纳米管自组装到铂微电极上,制备多壁碳纳米管粉末微电极,以其为工作电极。Ag/AgCl为参比电极,Pt丝为对比电极,多孔聚四氟乙烯膜作为透气膜制成传感器,对CO具有显著的电化学催化效应。其响应时间短,重复性好。

    利用CO气体近红外吸收机理.研究了一种光谱吸收型光纤CO气体传感器.该仪器检测灵敏度可达到0.2×10^(-6)。另一种光学型传感器是用溶胶一凝胶盐酸催化法和超声制得SiO2薄膜.将薄膜浸入氯化钯、氯化铜混合溶液,匀速提拉,干燥后制得敏感膜,利用钯盐与CO反应,生成钯单质,引起吸光度变化。

    2、新型传感器工艺

    在微电子和微机械迅速发展的基础上,基于MEMS的新型微结构气敏传感器,主要有硅基微结构气敏传感器和硅微结构气敏传感器。硅基微结构气敏传感器是衬底为硅,敏感层为非硅材料的微结构气敏传感器。主要有金属氧化物半导体、固体电解质型、电容型、谐振器型。硅微结构:主要是金属氧化物-半导体-场效应管(MOSFET)型和钯金属-绝缘体-半导体(MIS)二极管型。MEMS技术将传感器与IC电路集成一起,而且精度高、体积小、质量轻功耗低、选择性高、稳定型高,同种器件之间的互换型高,可以批量生产。所以是传感器工艺的发展方向.而且基本所有的传感器都可以用MEMS技术生产。

    结语

    目前CO检测仪的发展方向是微小型化、集成化、智能化和多功能化,并且对长期工作稳定性、易维修性方面要求越来越高。随着电子技术的发展.将会给一氧化碳传感器的发展提供更广阔的的前景。同时实现传感器陈列,也就是电子鼻集成成为可能,并将有很大的发展空间,给传感器带来新的发展篇章。


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