[發明專利]一種光電催化型水溶有機物濃度傳感器及制備方法

有效

• 申請號: 201710190662.3
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106970131B
• 公開（公告）日: 2019-01-18
• 發明（設計）人: 吳凱;潘鋒;秦玉梅
• 申請（專利權）人: 北京北大明德科技發展有限公司
• 主分類號: G01N27/416
• 分類號: G01N27/416;C23C14/35;C23C14/18
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 劉洪勛;王萍

本發明公開了一種光電催化型水溶有機物濃度傳感器，包括傳感器本體，以及電連接光電信號處理集成電路的電極和調制光源；所述電極包括光電極和鉑膜體且均設置在傳感器本體下端；光電極所在傳感器本體一側的外壁為楔形全反射結構，使得調制光源的光線能夠通過楔形全反射結構的楔形面反射后從背部照射光電極；本發明結構簡單，穩定性高，利于延長使用壽命，且有機物濃度檢測靈敏度高。

技術領域

本發明屬于用于環境有害物質檢測的傳感器技術領域，特別涉及一種光電催化型水溶有機物濃度傳感器。

背景技術

現代工農業的飛速發展極大地促進了經濟、提高了人們的生活水平，然而在人們享受便利生活的同時，向大自然排放了大量的有毒有害廢棄物，造成了環境的嚴重污染，其中之一就是含有機物的污水，這些物質不僅異味、有毒、致癌，而且造成了諸多次生危害，如土壤板結、農畜產品含毒、生態破壞等，嚴重影響了人們的生活品質，危害了人們的身體健康。水污染的治理已經成為全世界普遍關注并急需解決的一大問題，因此針對有機污染物排放的源頭監管以及末端治理成為了環保工作中的重要環節，而及時準確獲取各環節有機污染物的濃度信息成為了落實這些環節的必要前提與依據。傳感器是能夠將檢測物的種類和濃度信息轉換成可測信號的器件或系統，可以用來實時監測環境質量和評價環境治理效果。

1972年，日本科學家Fujishima和Honda首次報道了一種光電裝置能夠利用半導體光催化劑在光照條件下將水分解成氫氣和氧氣，同時在裝置回路中形成光生電流。這一發現激發了人們利用該反應在太陽能轉換以及環境凈化等應用領域，如可見光水分解、有機物的光催化礦化降解、敏化太陽能電池等領域的廣泛研究興趣，使得光催化課題研究40多年來一直經久不衰。

近年來一些研究組認識到光催化反應可以用作有機物濃度傳感，其原理在于光催化反應中的光電流強度與反應溶液中的反應物濃度存在近似的正比關系，因此可以通過光電流的強度反應溶液中的有機物濃度，從而實現溶液中有機物濃度的傳感。利用該原理的傳感技術相對于傳統的化學試劑法水樣分析原則上具備多方面優點：(1)原位水樣檢測，實時給出有機物濃度信息，響應速度快；(2)通過電子放大電路處理信號，檢測靈敏度高；(3)通過光催化電極結構設計，可以實現有機物成分的區分。然而目前相關報道涉及的光電催化有機物濃度傳感技術僅限于實驗室階段對簡單有機物的粗略濃度檢測。在實際的應用中，該類傳感器仍然面臨許多設計的挑戰，比如如何提高光電極的穩定性、如何實現淡水體系有機物濃度的檢測等等。這些問題的解決對基礎科學研究和實際應用都具有十分重要的意義。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種光電催化型水溶有機物濃度傳感器，結構合理，提高使用穩定性、延長使用壽命；適合淡水和鹽水水體的有機物濃度檢測，靈敏度更高。

為解決上述技術問題，本發明采用技術方案的基本構思是：

一種光電催化型水溶有機物濃度傳感器，包括傳感器本體，以及電連接光電信號處理集成電路的電極和調制光源；所述電極包括光電極和鉑膜體且均設置在傳感器本體下端；光電極所在傳感器本體一側的外壁為楔形全反射結構，使得調制光源的光線能夠通過楔形全反射結構的楔形面反射后從背部照射光電極。

更進一步的，上述光電催化型水溶有機物濃度傳感器中，所述傳感器本體下端設有槽形開口，槽形開口的兩個側壁分別設置所述光電極和鉑膜體；光電極所在槽壁的外壁下端為所述楔形全反射結構。

更進一步的，上述光電催化型水溶有機物濃度傳感器中，所述楔形全反射結構正上方設置所述調制光源；調制光源被配置為向光電極提供周期性脈沖光電流。

更進一步的，上述光電催化型水溶有機物濃度傳感器中，槽壁上的光電極和鉑膜體分別通過FTO導電膜連通到傳感器本體上端的光電信號處理集成電路。