[發明專利]一種檢測一氧化碳氣體的傳感器裝置及其分析方法

有效

• 申請號: 201810043928.6
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108181301B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 呂弋;李理;宋紅杰
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: G01N21/76
• 分類號: G01N21/76;G01N21/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種可檢測一氧化碳（CO）氣體的傳感器裝置（如圖1所示）及其分析方法。通過1進樣針將CO樣品引入聚四氟乙烯管中，以空氣作為載氣把CO穩定通入3石英容器中，在2紫外燈照射下被活化，然后再隨載氣被通至涂有傳感材料的5絕緣介質表面發生催化氧化反應（絕緣介質外套于4石英管內），反應產生的光信號經7濾光片過濾后用6光電倍增管收集，通過轉化處理和計算實現CO的定量檢測。本發明利用紫外燈輔助催化氧化反應，構建了基于非金屬催化劑的催化發光反應裝置，提高了檢測靈敏度（CO的檢出限可達6 ppm）。裝置簡單環保、能耗低，可用于環境中CO的檢測。

技術領域

本發明涉及一種利用紫外燈輔助（Ultraviolet lamp, UV）功能化石墨相氮化碳傳感材料（標記為g-C₃N₄-tri-s-acid）檢測一氧化碳（CO）氣體的裝置及其分析方法。

背景技術

近年來，氣體傳感分析因其在大氣污染物（尤其是CO氣體）的實時監測中具有的獨特優勢而受到廣泛關注，各種基于光學（Journal of America Chemistry Society, 2009,131, 15669-15677）、電學（Trac-Trends in Analytical Chemistry,2006, 25, 937-948.）等原理的CO氣體傳感器分析方法及器件推陳出新，對于推動分析科學和環境檢測技術的發展起到了積極作用。其中，基于氣體分子在具有催化活性材料表面氧化作用產生化學發光這一現象而建立的催化發光（Cataluminescence，CTL）傳感分析方法，受到越來越多分析科學和環境分析科學領域研究者的關注。以CTL為基礎建立的傳感器具有操作簡便、線性范圍寬、抗濕度干擾能力強、靈敏度高、選擇性好等特點，因而被認為是一類具有良好應用前景的氣體傳感器。然而由于CO氣體在空氣氛圍中具有較高的穩定性，不易發生催化氧化過程，所以利用催化發光傳感系統不容易檢出，所以我們需要通過對CO氣體進行預處理或者對傳感材料進行功能改進來促進CO氣體的催化氧化過程，增強其在材料表面的催化發光現象，以提高催化發光傳感系統檢測CO的靈敏度。目前關于CO氣體預處理的方法主要為介質阻擋放電（Dielectric Barrier Discharge），如那娜課題組利用DBD輔助放電增強了碳氫化合物和CO氣體的催化發光信號（Analytical Chemistry, 2012, 84, 4830-4836;Nanoscale, 2014, 6, 3069-3072），這項技術顯示了很好的分析特性。但是，由于DBD介質放電過程中空氣介質以及電壓波動會引起能量的改變，使得樣品預處理過程穩定性不高，且放電過程會產生大量的臭氧，污染大氣，因此，限制了這一檢測技術的廣泛推廣，新的技術有待開發。

發明內容

本發明提供了一種檢測一氧化碳氣體的傳感器裝置及其分析方法。其旨在解決CO氣體在傳統的催化發光分析檢測中檢測困難問題。所述的傳感器裝置包括進樣針、紫外燈、石英容器、石英管、絕緣介質、光電倍增管和濾光片。所述的傳感器裝置中紫外燈置于石英容器的上方，石英容器左右兩端通過聚四氟乙烯氣體管路連通，CO氣體是通過進樣針被注入氣體管路中，溫度可控的絕緣介質上涂有功能化石墨相氮傳感材料，且置于石英管內，濾光片置于光電倍增管的光窗上方，石英管置于濾光片上方，石英管具有進氣口和出氣口，石英容器右端出來的氣體管路直接與石英管的進氣口相連，出氣口接一段聚四氟乙烯管將廢氣排出。

在使用該傳感器裝置時，用空氣作為載氣將經所述紫外燈活化的CO氣體輸送至所述涂有功能化石墨相氮化碳傳感材料的絕緣介質表面，經催化氧化后產生化學發光，使用光電倍增管記錄不同濃度的發光信號，采用線性回歸分析，即可對一氧化碳樣品氣體進行定量檢測。

本發明結合了紫外燈的高活化和高穩定的性能，引入了非金屬催化劑，避免了傳統金屬催化劑中毒，提高了催化材料及反應物的反應活性，裝置簡單、環保、能耗低，可用于環境中CO氣體的檢測，紫外燈的輔助以及功能化石墨相氮化碳傳感材料的協同作用可使催化反應的檢出限大大降低（可達到6 ppm），提高了檢測的靈敏度。