1电化学传感器重点

1、电化学传感器这类传感器以电化学半电池为基础6，由一对贵金属电极组成的电极系统，充以特定的电解液（与被测气体相关）并经全密封封装组成（图1）。传感器中另一个重要部件是半通透膜，它可选择性地让被测气体分子经过扩散方式进入传感器电解液，将大多数搅乱物质的分子间隔掉，所以有效减少搅乱。透过的气体在工作电极上，在水分子上参加下，发生氧化还原反应，引起电子转移而形成与被测气体浓度相关的电极电流或电势。常有气体的电化学反应以下：氧气：O2+2H2O+4e+4OH-被测气体膜电子一氧化碳：CO+H2OCO2+2H+2e+子至甲醛：HCHO+H2OCO2+4H+4e+传感器工作的牢固性取决于参照电极电位的牢固性

2、。为保证参照电极电位的牢固，可引入第三电极，称平衡电极。在该电极上施加合适的偏压，该偏压与在与参照电极上形成的电位相反，以保证总参参照电极工作电极考电位为零。图1电化学传感器可用于绝大多数游离态小分子的检测。一般说，凡是能与某种特定电解质溶液发生氧化还原法反应的分子都可经过电测法进行定量解析，如表3所示。表1：可使用电化学传感器检测的气体可测气体最大可测范围最高分辨率可测气体最大可测范围最高分辨率O20100%0.1%H2S02,000ppm0.01ppmO30200ppm0.01ppmH2010,000ppm10ppmCO040,0000.1ppmHCN02,000ppm0.01ppmppm

3、SO204,000ppm0.01ppmHCL02,000ppm0.01ppmNO02,000ppm0.01ppmPH305ppm0.1ppmNO202,000ppm0.01ppmCxHy0100%LEL1%LELCl20250ppm0.01ppmC2H4O0100ppm0.1ppmNH30200ppm0.01ppmHCHO0200ppm0.01ppm传感器的最大测量范围和它最高可达到的分辨率是互相排斥的，一般不能够同时满足。比较表2，大多数气体传感器的技术指标已能满足对室内环境污染的检测要求。电化学传感器的结构比较简单，成本比较低，高质量的产品性能牢固，测量范围和分辨率基本能达到室内环境检测的

4、要求。但缺点是只适用于对大多数无机气体和小部分有机小分子气体的检测，且由于电解质与被测气体发生不能逆化学反应而被耗资，故其工作寿命一般比较短，约为2-3年。2光学检测器当一束光辉照射到物质表面时，它与物质的原子和分子互相作用。光辉可能透过物质，可能部分被吸取，可能发生放射，散射和衍射，也可能发出荧光。所以光学检测器的形式有多种多样，常用的有基于光的吸取，散射和衍射；荧光，光电离和光声变换。能用光学检测器测量的物质种类很广泛，几乎涵盖有机，无机和生化物质的所有形态：固态，液态平和态。本文仅将对用于室内环境污染检测的光学检测器作简单介绍。2.1光能吸取式检测器该检测器工作原理基于Beer-Lamb

5、ert定律，如图2：韻喷鰈腸興跸桤羟骝斋虜嶸橋饗忆。P0PT=log(P0/P)=e-bcb式中：T透光率；P0入射光能量；P透射光能量图2被测物吸取常数；图3所示为一个红外光吸取式检测器7，它能够同时检测CO,CO2和烷烃类可燃性气体。该检测器包括一个非分光式红外发生器，红外光辉被导入一个封闭的金属腔内，腔内充有被测气体，特定波长的红外光将被气体吸取后，特地测定该特定波长的红外检测管将吸取后的能量测出，用以表示被测气体浓度。光的吸取特点（波长）与被测气体的分子结构亲近相关，即每种气体都有它自己的特点吸取峰。大多数的光吸取式检测器采用红外光或激光光源，以减少杂散光的搅乱。该检测器分辨率和测量精

6、度较高，理论上使用寿命比电化学传感器要长得多，价格比较贵。基于红外光吸取式123检测器的便携式二氧化碳测试仪已被国家标准列入介绍方法之一。图32.2荧光检测法近来几年来，高性能，高分辨率的荧光检测器也已成功地应用于对游离态甲醛和液体中的甲醛进行高精度定量检测。甲醛荧光检测器使分辨率从电化学传感器的0.01ppm提高10倍，即达到1ppb。但尽管采用这些方法的仪器已有商品化产品，如德国生产的AL4021荧光甲醛解析仪，由于其体积较大，价格也比较贵，目前尚限于实验室使用。但预期，研制出现场实时检测的便携式仪器已指日而待。荧光检测器的工作原理见图4。每种原子对光的吸取都拥有其独到的特点，即吸取的波长

7、不一样。原子轨道上电子一般处于牢固的基态，当电子受特定波长的光激发，吸取光能量后的电子跃迁到高能受激态。但受激态是一个不牢固状态，该电子在耗去必然能量后，重新返回基态时便发出能量稍低的荧光。所以荧光的波长比激发光的波长要长。平常激发光的波长在250-450nm之间，发出的荧光在270650nm范围内11。鄒誼籮阊鯊斬选灿赕鲣瓔罵艙觑駔。目前有二种形式，一是直接激发甲醛分子，二是基于Hantzsch反应12，即使甲醛在水中与乙酰丙酮和氨发生反应。生成物，-二甲基-二乙酰吡啶受253nm和400nm光的激发出510nm波长荧光。该荧光强度十分敏感，并正比于甲醛在水中浓度。可使分辨率达1ppb。镨騷

8、黿亵哑鲍撄涠阐泽渔歼蔞鳥聹。Hantzsch解析法的矫捷度是直接激发解析法矫捷度的400倍。但气态甲醛必定经过一个含有乙酰丙酮和氨水溶液的测试皿接受光的激发。驥鄒剛鶼極嵝躪鸩癆硖殡唤镦點陧。受激态荧光12AL4021甲醛荧光检测仪已在英国被图4荧光检测法原理基态2.3光声变换检测法尽管该方法从原理上讲，光声变换检测法不算是一个新的发明，但应用于微量游离态甲醛的检测却属最新报道。简单说来，使被测气体接受一束经调制过的特定波长（不一样分子所吸取的波长是不一样样的）光源照射，气体分子被光激发后发出声响信号，用高矫捷度拾音器检测该信号，该信号的强弱正比于被测气体的浓度。图5所示为美国InnovaAir

9、Tech仪器公司近来研制成功并商品化的1302型多气体检测仪上使用的光声变换检测器。该仪器可高精度地测量空气中甲醛浓度。将一个球型黑体加热至8000C发射特定波长的红外线光，经椭圆形镜面聚焦后被光斩波器调制成合适频率的光脉冲。再经光滤波器变成频带很窄的单色光经过锗窗口进入测试腔。该测试腔腔壁为高放射资料制成。试样被导入测试腔，但仅只被测气体能有效吸取该特定团铛話噲隽铄謖責貨珐鈧觐襉餼饪。图5光声变换检测器波长的红外光能量，被测气体浓度越高，吸取的光能越多。气体吸取能量后会受热，体积膨胀，腔壁压力增大。由于在光脉冲作用下，这个压力的变化也是脉冲式的，所以形成声波。使用二个高矫捷度拾音器，其中一个

10、供应参照信号。拾音器输出为电流，经放大后，进行信号办理。该检测器的固有特点是几乎无零位漂移，因为若无试样进入测试腔，则无声波产生，零位便无漂移。它矫捷度很高，工作十分牢固可靠，经出厂标定后，不需要经常性校验。其余它的线性测量范围很宽，使用寿命也很长。还有一个特点是，经过变换组合式滤光片，可十分方便地捡测不一样品种气体。该产品已做成便携式，适用于现场，实时，连续/中止监测。图6是1302型多气体检测仪的机构原理。苧画泺铎畢椭鯔巩唛擋颁滎沥臘廄。图5多气体检测仪结构2.4光电离检测器光电离（PIDPhotoIonisationDetector）检测器该检测器适用于定量测定有机挥发气体的总量（Tot

11、alVolatileOrganicCompounds），而一般说来不能够区分详尽某种VOC成分。有机挥发气体成分很复杂，平常可鉴其余有三百多种。有机挥发气体的分子比较大，在必然能量作用下，会分裂。炖鴻腡蹺芦骂贞覬雜奪貞腾惱紉歿。PID的工作原理9如图6所示，PID的要点部件是一个能发出特定波长的紫外光光源（用特别资料制作的灯泡），将该紫外光束射入一个测试腔，当被测有机挥发性气体由泵抽入该测试腔时，碰到紫外光的轰击而发生电离，分裂成带正负电性的二个基团。在测试腔的出口处，装有一对施加了合适工作电压的电极，碰到电极电压的吸引，带电基团分别趋向相应电极而形成正比于VOC浓度的电流。经过测量该电流大小

12、，确定VOC浓度。分裂的基覺枫綿鉿实挣蛮帶毂澗蘭斋朮蒔条。团经过电极后又重新复合，被抽出测试腔。(CoronaDischargeIonisation图6：PID工作原理PID技术对于VOC的检测已经比较成熟。对TVOC测量的分辨率最高可达1ppb3量（用电子伏特eV来表示）的紫外光源，使测量某些特定有机气体成为可能。比方苯乙烯（8.4eV)，苯蒸汽（9.8eV），氯乙稀（9.99eV)，乙稀（10.5eV)，丙酮酸（10.66eV)和亚甲基氯（11.7eV）。紫外光能量取决于灯泡内混平和体的性质以及灯泡窗口所用的晶体资料。随着计算机技术的发展，将各种VOC成分的修正因子储蓄在仪器的数据库中，当

13、测试某种已知的VOC成分时，则可经过调用该修正因子直接读出该VOC成分的浓度水平。辉光电离式(CDID-CoronaDischargeIonisationDetector)检测器銚牘鶼斬谨鲥饒伛嶇輟攢岡躏镨華。传感器和检测技术发展主要表现在二个方面：一是研制开发新式传感器和检测技术；二是将现代超精美加工工艺，特别近来几年来已趋成熟纳米技术，以及日异月新的电子和计算机技术不断引进到传统的传感器中，进一步提高其各项技术性能，特别是分辨率和牢固性。使它们吻合国际和国内制定的对室内环境污染检测标准要求。一个比较好的例子是2001年才投放市场的用以测量VOC的锥形9钍癭缨瀝双霧瓒訝萵錄咼饒纫谘幗。辉光电离式检测器DetectorCDID)技术，如图8。图8：CDID检测器CDID检测器不用紫外灯光源，可防备灯泡窗口被有机高分子聚合而形成一层有机簿膜而阻截光束经过，从而降低矫捷度。CD