一種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及檢測(cè)裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括氣室，氣室內(nèi)設(shè)有氣體傳感器，外室外設(shè)有與氣體傳感器相連的CHI電化學(xué)分析儀以及與氣室相連的傳感器還原裝置、待測(cè)氣體進(jìn)氣口和尾氣處理裝置；所述氣體傳感器包括自上而下依次分布的氣體敏感膜、第一電極和第二電極，第二電極由鋁板經(jīng)陽(yáng)極氧化制備而成，第一電極為將貴金屬在第二電極表面采用直流磁控濺射工藝制備而成，氣體敏感膜由處理后的碳納米管在第一電極表面涂覆而成。該檢測(cè)系統(tǒng)具有靈敏度高、穩(wěn)定性好且響應(yīng)時(shí)間短，能夠檢測(cè)出濃度更低的微量苯氣體，從而有效的保障人們的身體健康。
【專利說明】一種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及檢測(cè)裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]苯在常溫下為一種無色、有甜味的透明液體，并具有強(qiáng)烈的芳香氣味。苯可燃，有毒，也是一種致癌物質(zhì)。苯是一種碳?xì)浠衔镆彩亲詈?jiǎn)單的芳烴。它難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，本身也可作為有機(jī)溶劑。苯對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生麻痹作用，引起急性中毒。重者會(huì)出現(xiàn)頭痛、惡心、嘔吐、神志模糊、知覺喪失、昏迷、抽搐等，嚴(yán)重者會(huì)因?yàn)橹袠邢到y(tǒng)麻痹而死亡。少量苯也能使人產(chǎn)生睡意、頭昏、心率加快、頭痛、顫抖、意識(shí)混亂、神志不清等現(xiàn)象。攝入含苯過多的食物會(huì)導(dǎo)致嘔吐、胃痛、頭昏、失眠、抽搐、心率加快等癥狀，甚至死亡。由于苯的揮發(fā)性大，暴露于空氣中很容易擴(kuò)散。因此如何快速地對(duì)苯的檢測(cè)苯極其重要。目前對(duì)于低濃度苯檢測(cè)方法主要依靠?jī)x器分析的方法，如氣相色譜法等。這些檢測(cè)雖然可以準(zhǔn)確的檢測(cè)環(huán)境中微量苯的濃度，但是這些方法普遍存在檢測(cè)周期長(zhǎng)、成本昂貴等不足，而且，需要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的熟練技術(shù)人員操作儀器設(shè)備，無法實(shí)現(xiàn)環(huán)境中微量苯的現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確快速檢測(cè)。因此，目前使用的用于微量苯的檢測(cè)系統(tǒng)存在著靈敏度低、選擇性差、穩(wěn)定性差或者不能長(zhǎng)期使用的問題，使得對(duì)苯的氣體檢測(cè)存在誤差。因此有必要提供一種針對(duì)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了克服上述所說的問題，關(guān)于目前沒有合適的、靈敏度高、穩(wěn)定性好且針對(duì)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)，提供了一種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)。
[0004]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)，包括氣室，氣室內(nèi)設(shè)有氣體傳感器，外室外設(shè)有與氣體傳感器相連的CHI電化學(xué)分析儀以及與氣室相連的傳感器還原裝置、待測(cè)氣體進(jìn)氣口和尾氣處理裝置；所述氣體傳感器包括自上而下依次分布的氣體敏感膜、第一電極和第二電極，第二電極由鋁板經(jīng)陽(yáng)極氧化制備而成，第一電極為將貴金屬在第二電極表面采用直流磁控濺射工藝制備而成，氣體敏感膜由處理后的碳納米管在第一電極表面涂覆而成。
[0005]被測(cè)氣體的濃度變化會(huì)引起碳納米管制備的氣體敏感膜的電導(dǎo)率變化，主要機(jī)理是氣體敏感膜在吸附氣體后，其電子能帶發(fā)生了變化，通過電導(dǎo)率的變化就可以檢測(cè)氣體濃度的大小。陽(yáng)極氧化鋁材料自身重量輕，因此制備的傳感器在重量上有優(yōu)勢(shì)，較輕質(zhì)量的傳感器有利于固定在不同的位置，易于使用；陽(yáng)極氧化鋁材料同時(shí)具有較高的硬度，不易變形和破碎，可以保持傳感器的形狀維持不變；陽(yáng)極氧化鋁材料具有多孔的特點(diǎn)，因此有利于被測(cè)氣體滲透進(jìn)入，增加附著在陽(yáng)極氧化鋁材料之上的碳納米管對(duì)于被測(cè)氣體分子的吸附作用，增加檢測(cè)效果；陽(yáng)極氧化鋁材料具有較好的親和性，能夠與鍍?cè)谄浔砻娴慕饘僦g產(chǎn)生親和力，因此鍍?cè)谄浔砻娴慕饘俨灰酌撀?，增加了傳感器結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；陽(yáng)極氧化鋁材料也具有極好的電絕緣性，因此可以確保第一電極在一個(gè)良好的絕緣基底上正常工作；陽(yáng)極氧化鋁材料易于制備，可重復(fù)性好，便于大批制備。因此將氣體敏感膜與陽(yáng)極氧化鋁結(jié)合制備氣體傳感器與其他相比具有較多的優(yōu)勢(shì)。
[0006]第二電極由以下步驟制備而成:取厚度為l_5mm的高純鋁板，首先將其在體積比為1-2:1的丙酮和乙醇混合溶液中超聲清洗15-30min，接著在體積比為2-4:1的乙醇和高氯酸混合溶液中拋光(Ra 0.01 μ m) 5_15min ;然后,用去離子水洗凈置入0.25-0.35mol/L的草酸溶液中，在直流電壓為25-40V下陽(yáng)極氧化0.5-lh，在高純鋁板表面鍍陽(yáng)極氧化鋁薄膜；接著置于溫度為45-50°C、摩爾濃度為0.25-0.35mol/L、體積比為1-3:1的磷酸和鉻酸混合溶液中10-30min，去除陽(yáng)極氧化鋁薄膜；然后在相同條件下二次陽(yáng)極氧化20_40min后，再次在高純鋁板表面鍍一層厚度為3-10μπι的陽(yáng)極氧化鋁薄膜，取出后在溫度為45-50°C、質(zhì)量百分比為3-6%的磷酸溶液中擴(kuò)孔10-20min，得多孔陽(yáng)極氧化鋁模板，即為第二電極。
[0007]丙酮和乙醇混合溶液可以較好的去除鋁板表面附著的油脂，保證氧化鋁模板的成功制備。如果清洗時(shí)間過短，高純鋁板表面會(huì)殘留雜質(zhì)，清洗時(shí)間太短，高純鋁板表面的氧化鋁與混合溶液反應(yīng)不完全，導(dǎo)致清洗失效。乙醇和高氯酸混合液具有較好的氧化效果，可以將鋁板表面氧化拋光至鏡面，拋光的目的在于消除鋁板在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的表面劃痕等，這些劃痕會(huì)導(dǎo)致氧化鋁模板制備受到不可逆的破壞。如果粗糙度過大，那么所制備的氧化鋁模板平整度變差甚至開裂，這樣就無法在氧化鋁模板上濺射貴金屬，無法制備最終的傳感器。首先對(duì)高純鋁板進(jìn)行陽(yáng)極氧化并且將得到的陽(yáng)極氧化鋁薄膜進(jìn)行去除，再進(jìn)行二次陽(yáng)極氧化，由于鋁板長(zhǎng)時(shí)間放置在空氣中，其表面含有一些氧化鋁成分，采用一次氧化后再去除掉氧化層，那么新露出來的全部是純凈的鋁材料，再經(jīng)過二次陽(yáng)極氧化后產(chǎn)生的氧化鋁的成分單一，且較純，所形成的氧化鋁層比較致密，從而使擴(kuò)孔后的孔不容易塌陷。擴(kuò)孔是為了增加氧化鋁模板上的孔洞的直徑，同時(shí)也使得孔洞的直徑更加均一化，有利于改善陽(yáng)極氧化鋁模板的介電性，從而提高檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確度；也有利于濺射的貴金屬在氧化鋁模板上的附著度，增加傳感器結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如果不擴(kuò)孔的話，氧化鋁模板上的孔洞直徑大小不一，這必然降低了傳感器結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和介電性，降低檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確度。擴(kuò)孔時(shí)間過短，達(dá)不到預(yù)期效果，過孔時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)降低貴金屬在多孔陽(yáng)極氧化鋁模板上的附著度。
[0008]所述第一電極為叉指電極，由以下步驟制備而成:采用純度5N的金靶為靶材，控制本底真空為5.5-7X10_3Pa、啟輝電壓為0.26kV、電流為25mA、直流濺射過程的功率為8-10W，最終控制第一電極的厚度為30-50nm。
[0009]氣體敏感膜的制備步驟如下:
O首先將碳納米管采用濃硝酸進(jìn)行純化處理30-50min，然后以去離子水清洗使其pH值為6.6-7.2,然后加入到鍍銅液中進(jìn)行鍍銅反應(yīng),鍍銅液的成分包括:20-24g/L硫酸銅，l-2g/L氯化鎳，33-39mg/L聚乙二醇，13_15mL/L甲醛，33_38g/L酒石酸鉀；以氫氧化鈉溶液調(diào)整pH值至9.8-10.2，在20-30°C下反應(yīng)30_60min，最后將碳納米管收集；
鍍銅后，對(duì)苯具有較好的選擇性，表現(xiàn)出對(duì)苯的異常靈敏性，可以幫助碳納米管對(duì)苯氣體的吸附，銅對(duì)苯有非常明顯的靈敏度，鍍銅后可以檢測(cè)到濃度更低的苯氣體，從而有效提高碳納米管對(duì)微量苯的靈敏度，反應(yīng)時(shí)間可以降低30-40%，該步驟的鍍銅時(shí)間非常關(guān)鍵，如果鍍銅量不足，那么不能充分發(fā)揮銅的作用，從而對(duì)苯的吸收效果得不到提高，如果鍍銅量太大，鍍銅將會(huì)導(dǎo)致碳納米管表面被覆蓋面積增多，減小了碳納米管與氣體的接觸面積，反而影響碳納米管對(duì)苯的吸收效率，因此合適的鍍銅程度對(duì)碳納米管的性能發(fā)揮起到重要的影響，本發(fā)明根據(jù)實(shí)際進(jìn)行了合理優(yōu)化，使得鍍銅后的碳納米管能夠更好的進(jìn)行氣體分析。
[0010]2)將步驟I)處理后的碳納米管浸潰于5g/L的SnCl2溶液5_10min，其中每500ml的SnCl2溶液加入l_3g碳納米管，分離并去離子水清洗，然后再浸潰于l_5g/L的PdCl2溶液中5-10min，其中每500ml的PdCl2溶液中加入5_10g碳納米管，然后分離去離子水清洗，烘干；
通過對(duì)碳納米管用SnCl2進(jìn)行浸潰使其附帶錫元素發(fā)現(xiàn)，錫離子對(duì)鈀的性能發(fā)揮具有促進(jìn)作用，能夠提高碳納米管對(duì)氣體的靈敏度。
[0011]3)將0.1-0.5g步驟2)的碳納米管和0.5g硫酸鈦加入到20_30mL的丙醇中超聲20-60min進(jìn)行分散，并控制在40_50°C，得混合溶液；
4)將3)中的混合溶液加熱到130°C，并在130°C保持3小時(shí)，最后自然降溫到室溫，用去離子水洗滌，去除殘留雜質(zhì)，然后50-80°C真空干燥12小時(shí)；
5)將步驟4)得到的產(chǎn)物加熱到去離子水中，形成質(zhì)量百分比為10-20%的懸濁液，在室溫下超聲分散20-60min，然后將懸濁液加熱到150°C，保持5小時(shí)，最后自然降溫到室溫；
6)以去離子水將步驟5)的碳納米管配成3-5mg/mL的懸濁液，經(jīng)超聲處理分散均勻后，在第一電極表面均勻涂抹，然后在烘箱中55-58°C下熱烘20-28min，得到氣體敏感膜。
[0012]通過該方法可以在碳納米管表面負(fù)載二氧化鈦，在負(fù)載二氧化鈦后，能夠提高氣體敏感膜的靈敏度和降低相應(yīng)時(shí)間，并且經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，負(fù)載二氧化鈦后，氣體敏感膜的靈敏度提高了 1_2%，響應(yīng)時(shí)間減少了 3-5%。另外，二氧化鈦的負(fù)載程度也在一定程度上影響了碳納米管對(duì)氣體的吸附效果，因此上述步驟的工藝時(shí)間等參數(shù)對(duì)二氧化鈦的負(fù)載程度進(jìn)行了嚴(yán)格控制，保證了二氧化鈦在不影響原有工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)碳納米管起到正面的作用，提高氣體敏感膜的靈敏度，降低氣體敏感膜的相應(yīng)時(shí)間。
[0013]作為優(yōu)選，所述氣體敏感膜的制備中步驟6)為:取步驟5)的碳納米管5-10g和聚乙二醇0.5-2g，用乙醇IOOml配制成混合液，經(jīng)超聲分散均勻后，在第一電極表面均勻涂覆，然后在100-150°C下加熱l_3h，得到氣體敏感膜。采用聚乙二醇與碳納米管用乙醇配制成溶液后，在第一電極表面涂覆成膜，然后經(jīng)過烘干后，聚乙二醇受熱揮發(fā)，從而在所成的膜內(nèi)形成空腔，這樣可以增加氣體敏感膜與氣體的接觸面積，也便于氣體深入到膜的內(nèi)部進(jìn)入到碳納米管內(nèi)，提高氣體敏感膜對(duì)氣體的吸附量，從而提高氣體敏感膜的靈敏度，吸附量提高5-15%，靈敏度提高5-10%。
[0014]作為優(yōu)選，所述聚乙二醇的分子量為600-900。低分子量的聚乙二醇為液體，能夠更好的在溶液中與碳納米管形成混合液，便于涂覆成膜，也便于后期的揮發(fā)，從而促使在所成的膜里形成空腔，進(jìn)而增加氣體與所成膜的接觸面積，增加氣體敏感膜的靈敏度。
[0015]作為優(yōu)選，所述碳納米管的管徑為120_150nm。管徑太小的話，碳納米管管口容易堵塞，不易讓氣體進(jìn)入碳納米管內(nèi)部，而管徑太大，碳納米管對(duì)氣體的吸附及作用不明顯。而該范圍內(nèi)的碳納米管與其他管徑的碳納米管具有更好的吸附能力和對(duì)氣體的反應(yīng)靈敏度，其吸附能力要比其他范圍的碳納米管高5%，靈敏度高3%。
[0016]作為優(yōu)選，所述步驟I)中鍍銅液還包括20-50/L的納米稀土氧化物。納米稀土氧化物的加入可以提高氣體敏感膜的靈敏度，在添加后，靈敏度提高10-30%。
[0017]作為優(yōu)選，所述納米稀土氧化物為氧化鑭、氧化鈰或氧化鐠。
[0018]作為優(yōu)選，氣體敏感膜的厚度為5-10 μ m。
[0019]作為優(yōu)選，所述多孔陽(yáng)極氧化鋁模板擴(kuò)孔后孔的內(nèi)徑為20_60nm，孔的間距為40_60nm,孔的深度為 2±0.5 μ m。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比:本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)具有靈敏度高、穩(wěn)定性好且響應(yīng)時(shí)間短，對(duì)苯具有較好的選擇性，能夠檢測(cè)出濃度更低的微量苯氣體，從而有效的保障人們的身體健康。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明氣體傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為多孔陽(yáng)極氧化鋁模板表面的掃描電鏡圖。
[0022]圖中:1傳感器敏感膜層，2第一電極，3第二電極，4鋁板，5陽(yáng)極氧化鋁薄膜，6氣室，7氣體傳感器，8CHI電化學(xué)分析儀，9傳感器還原裝置，10待測(cè)氣體進(jìn)氣口，11尾氣處理
裝直。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述說明。
[0024]實(shí)施例1:
一種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)，包括氣室，氣室內(nèi)設(shè)有氣體傳感器，外室外設(shè)有與氣體傳感器相連的CHI電化學(xué)分析儀以及與氣室相連的傳感器還原裝置、待測(cè)氣體進(jìn)氣口和尾氣處理裝置；所述氣體傳感器包括自上而下依次分布的厚度為10 μ m的氣體敏感膜、第一電極和第二電極，第二電極由鋁板經(jīng)陽(yáng)極氧化制備而成，第一電極為將貴金屬在第二電極表面采用直流磁控濺射工藝制備而成，氣體敏感膜由處理后的碳納米管在第一電極表面涂覆而成。
[0025]傳感器還原裝置采用氮?dú)鈱?duì)氣室內(nèi)進(jìn)行對(duì)氣體傳感器進(jìn)行沖洗，使氣體傳感器在檢測(cè)苯后，恢復(fù)清潔。尾氣處理裝置上設(shè)有出氣閥門，并采用乙醇對(duì)產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行處理，防止廢氣造成空氣污染。在使用時(shí)，首先用傳感器還原裝置將氮?dú)馔ㄈ霘馐覂?nèi)，將氣室內(nèi)空氣排盡，降低干擾，然后將含有苯的待測(cè)氣體，從待測(cè)氣體進(jìn)氣口進(jìn)入氣室，氣體傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)由CHI電化學(xué)分析儀檢測(cè)分析，并最終被與CHI電化學(xué)分析儀連接的電腦進(jìn)行最后的分析，得出結(jié)果。
[0026]第二電極由以下步驟制備而成:
取厚度為Imm的高純鋁板，首先將其在體積比為2:1的丙酮和乙醇混合溶液中超聲清洗15min,接著在體積比為4:1的乙醇和高氯酸混合溶液中拋光(Ra ≤0.01 μ m) 5min ;然后，用去離子水洗凈置入0.35mol/L的草酸溶液中，在直流電壓為25V下陽(yáng)極氧化lh，在高純鋁板表面鍍陽(yáng)極氧化鋁薄膜；接著置于溫度為45°C、摩爾濃度為0.35mol/L、體積比為1:1的磷酸和鉻酸混合溶液中30min，去除陽(yáng)極氧化鋁薄膜；然后在相同條件下二次陽(yáng)極氧化20min后，再次在高純鋁板表面鍍一層厚度為10 μ m的陽(yáng)極氧化鋁薄膜，取出后在溫度為45°C、質(zhì)量百分比為6%的磷酸溶液中擴(kuò)孔lOmin，得多孔陽(yáng)極氧化鋁模板，即為第二電極。其中多孔陽(yáng)極氧化鋁模板擴(kuò)孔后孔的內(nèi)徑為60nm，孔的間距為40nm，孔的深度為2±0.5 μ m。
[0027]第一電極由以下步驟制備而成:
采用純度5N的金靶為靶材，控制本底真空為7X10_3Pa、啟輝電壓為0.26kV、電流為25mA、直流濺射過程的功率為8W，最終控制第一電極的厚度為50nm。
[0028]氣體敏感膜的制備步驟如下:
1)首先將碳納米管采用濃硝酸進(jìn)行純化處理30min，然后以去離子水清洗使其pH值為
7.2,然后加入到鍍銅液中進(jìn)行鍍銅反應(yīng),鍍銅液的成分包括:20g/L硫酸銅，2g/L氯化鎳，33mg/L聚乙二醇，15mL/L甲醒，33g/L酒石酸鉀；以氫氧化鈉溶液調(diào)整pH值至10.2，在20°C下反應(yīng)60min,最后將碳納米管收集；
2)將處理后的碳納米管浸潰于5g/L的SnCl2溶液5min，其中每500ml的SnCl2溶液加入3g碳納米管，分離并去離子水清洗，然后再浸潰于lg/L的PdCl2溶液中l(wèi)Omin，其中每500ml的PdCl2溶液中加入5g碳納米管，然后分離去離子水清洗，烘干；
3)將0.5g碳納米管和0.5g硫酸鈦加入到20mL的丙醇中超聲60min進(jìn)行分散,并控制在 40。。；
4)將3)中的混合溶液加熱到130°C，并在130°C保持3小時(shí)，最后自然降溫到室溫，用去離子水洗滌，去除殘留雜質(zhì)，然后80°C真空干燥12小時(shí)；
5)將步驟4)得到的產(chǎn)物加熱到去離子水中，形成質(zhì)量百分比為10%的懸濁液，在室溫下超聲分散60min，然后將懸濁液加熱到150°C，保持5小時(shí)，最后自然降溫到室溫。
[0029]6)以去離子水將步驟5)鍍銅后的碳納米管配成3mg/mL的懸濁液，經(jīng)超聲處理分散均勻后，在第一電極表面均勻涂抹，然后在烘箱中58°C下熱烘20min，得到氣體敏感膜。
[0030]實(shí)施例2:
一種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)，包括氣室，氣室內(nèi)設(shè)有氣體傳感器，外室外設(shè)有與氣體傳感器相連的CHI電化學(xué)分析儀以及與氣室相連的傳感器還原裝置、待測(cè)氣體進(jìn)氣口和尾氣處理裝置；所述氣體傳感器包括自上而下依次分布的厚度為5μπι的氣體敏感膜、第一電極和第二電極，第二電極由鋁板經(jīng)陽(yáng)極氧化制備而成，第一電極為將貴金屬在第二電極表面采用直流磁控濺射工藝制備而成，氣體敏感膜由處理后的碳納米管在第一電極表面涂覆而成。
[0031]傳感器還原裝置采用氮?dú)鈱?duì)氣室內(nèi)進(jìn)行對(duì)氣體傳感器進(jìn)行沖洗，使氣體傳感器在檢測(cè)苯后，恢復(fù)清潔。尾氣處理裝置上設(shè)有出氣閥門，并采用乙醇對(duì)產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行處理，防止廢氣造成空氣污染。在使用時(shí)，首先用傳感器還原裝置將氮?dú)馔ㄈ霘馐覂?nèi)，將氣室內(nèi)空氣排盡，降低干擾，然后將含有苯的待測(cè)氣體，從待測(cè)氣體進(jìn)氣口進(jìn)入氣室，氣體傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)由CHI電化學(xué)分析儀檢測(cè)分析，并最終被與CHI電化學(xué)分析儀連接的電腦進(jìn)行最后的分析，得出結(jié)果。
[0032]第二電極由以下步驟制備而成:
取厚 度為5mm的高純鋁板，首先將其在體積比為1:1的丙酮和乙醇混合溶液中超聲清洗30min,接著在體積比為2:1的乙醇和高氯酸混合溶液中拋光(Ra 0.01 μ m) 15min ;然后，用去離子水洗凈置入0.25mol/L的草酸溶液中，在直流電壓為40V下陽(yáng)極氧化0.5h，在高純鋁板表面鍍陽(yáng)極氧化鋁薄膜；接著置于溫度為50°C、摩爾濃度為0.25mol/L、體積比為3:1的磷酸和鉻酸混合溶液中l(wèi)Omin，去除陽(yáng)極氧化鋁薄膜；然后在相同條件下二次陽(yáng)極氧化40min后，再次在高純鋁板表面鍍一層厚度為3 μ m的陽(yáng)極氧化鋁薄膜，取出后在溫度為50°C、質(zhì)量百分比為3%的磷酸溶液中擴(kuò)孔20min，得多孔陽(yáng)極氧化鋁模板，即為第二電極。其中多孔陽(yáng)極氧化鋁模板擴(kuò)孔后孔的內(nèi)徑為20nm，孔的間距為60nm，孔的深度為2±0.5 μ m。
[0033]第一電極由以下步驟制備而成:
采用純度5N的金靶為靶材，控制本底真空為5.5X10_3Pa、啟輝電壓為0.26kV、電流為25mA、直流濺射過程的功率為10W，最終控制第一電極的厚度為30nm。
[0034]氣體敏感膜的制備步驟如下:
1)首先將碳納米管采用濃硝酸進(jìn)行純化處理50min，然后以去離子水清洗使其pH值為
6.6,然后加入到鍍銅液中進(jìn)行鍍銅反應(yīng),鍍銅液的成分包括:24g/L硫酸銅，lg/L氯化鎳，39mg/L聚乙二醇，13mL/L甲醛，38g/L酒石酸鉀，50g/L的納米稀土氧化物(氧化鑭);以氫氧化鈉溶液調(diào)整PH值至9.8，在30°C下反應(yīng)30min，最后將碳納米管收集；
2)將處理后的碳納米管浸潰于5g/L的SnCl2溶液lOmin，其中每500ml的SnCl2溶液加入Ig碳納米管，分離并去離子水清洗，然后再浸潰于5g/L的PdCl2溶液中5min，其中每500ml的PdCl2溶液中加入IOg碳納米管，然后分離去離子水清洗，烘干；
2)將0.1g碳納米管和0.5g硫酸鈦加入到30mL的丙醇中超聲20min進(jìn)行分散，并控制在 50 0C ；
4)將3)中的混合溶液加熱到130°C，并在130°C保持3小時(shí)，最后自然降溫到室溫，用去離子水洗滌，去除殘留雜質(zhì)，然后80°C真空干燥12小時(shí)；
5)將步驟4)得到的產(chǎn)物加熱到去離子水中，形成質(zhì)量百分比為10%的懸濁液，在室溫下超聲分散60min，然后將懸濁液加熱到150°C，保持5小時(shí)，最后自然降溫到室溫；
6)取步驟5)的碳納米管5g和分子量為600的聚乙二醇Ig,用乙醇IOOml配制成混合液，經(jīng)超聲分散均勻后，在第一電極表面均勻涂覆，然后在150°C下加熱2h，得到氣體敏感膜。
[0035]實(shí)施例3:
一種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)，包括氣室，氣室內(nèi)設(shè)有氣體傳感器，外室外設(shè)有與氣體傳感器相連的CHI電化學(xué)分析儀以及與氣室相連的傳感器還原裝置、待測(cè)氣體進(jìn)氣口和尾氣處理裝置；所述氣體傳感器包括自上而下依次分布的厚度為8μπι的氣體敏感膜、第一電極和第二電極，第二電極由鋁板經(jīng)陽(yáng)極氧化制備而成，第一電極為將貴金屬在第二電極表面采用直流磁控濺射工藝制備而成，氣體敏感膜由處理后的碳納米管在第一電極表面涂覆而成。
[0036]傳感器還原裝置采用氮?dú)鈱?duì)氣室內(nèi)進(jìn)行對(duì)氣體傳感器進(jìn)行沖洗，使氣體傳感器在檢測(cè)苯后，恢復(fù)清潔。尾氣處理裝置上設(shè)有出氣閥門，并采用乙醇對(duì)產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行處理，防止廢氣造成空氣污染。在使用時(shí)，首先用傳感器還原裝置將氮?dú)馔ㄈ霘馐覂?nèi)，將氣室內(nèi)空氣排盡，降低干擾，然后將含有苯的待測(cè)氣體，從待測(cè)氣體進(jìn)氣口進(jìn)入氣室，氣體傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)由CHI電化學(xué)分析儀檢測(cè)分析，并最終被與CHI電化學(xué)分析儀連接的電腦進(jìn)行最后的分析，得出結(jié)果。[0037]第二電極由以下步驟制備而成:
取厚度為3mm的高純鋁板，首先將其在體積比為2:1的丙酮和乙醇混合溶液中超聲清洗20min,接著在體積比為4:1的乙醇和高氯酸混合溶液中拋光(Ra≤ 0.01 μ m) 5min ；然后，用去離子水洗凈置入0.35mol/L的草酸溶液中，在直流電壓為25V下陽(yáng)極氧化lh，在高純鋁板表面鍍陽(yáng)極氧化鋁薄膜；接著置于溫度為45°C、摩爾濃度為0.3mol/L、體積比為2:1的磷酸和鉻酸混合溶液中30min，去除陽(yáng)極氧化鋁薄膜；然后在相同條件下二次陽(yáng)極氧化40min后，再次在高純鋁板表面鍍一層厚度為5 μ m的陽(yáng)極氧化鋁薄膜，取出后在溫度為50°C、質(zhì)量百分比為4%的磷酸溶液中擴(kuò)孔15min，得多孔陽(yáng)極氧化鋁模板，即為第二電極。其中，多孔陽(yáng)極氧化鋁模板擴(kuò)孔后孔的內(nèi)徑為60nm，孔的間距為60nm，孔的深度為2±0.5 μ m。
[0038]第一電極由以下步驟制備而成:
采用純度5N的金靶為靶材，控制本底真空為6X10_3Pa、啟輝電壓為0.26kV、電流為25mA、直流濺射過程的功率為9W，最終控制第一電極的厚度為50nm。
[0039]氣體敏感膜的制備步驟如下:
O首先將碳納米管采用濃硝酸進(jìn)行純化處理30-50min，然后以去離子水清洗使其pH值為7,然后加入到鍍銅液中進(jìn)行鍍銅反應(yīng),鍍銅液的成分包括:20g/L硫酸銅，2g/L氯化鎳，35mg/L聚乙二醇，15mL/L甲醛，38g/L酒石酸鉀，20/L的納米稀土氧化物(氧化鈰);以氫氧化鈉溶液調(diào)整PH值至10，在30°C下反應(yīng)60min，最后將碳納米管收集；
2)將處理后的碳納米管浸潰于5g/L的SnCl2溶液7min，其中每500ml的SnCl2溶液加入Ig碳納米管，分離并去離子水清洗，然后再浸潰于3g/L的PdCl2溶液中7min，其中每500ml的PdCl2溶液中加入8g碳納米管，然后分離去離子水清洗，烘干；
3)將0.1g碳納米管和0.5g硫酸鈦加入到25mL的丙醇中超聲50min進(jìn)行分散,并控制在 40。。；
4)將3)中的混合溶液加熱到130°C，并在130°C保持3小時(shí)，最后自然降溫到室溫，用去離子水洗滌，去除殘留雜質(zhì)，然后50°C真空干燥12小時(shí)；
5)將步驟4)得到的產(chǎn)物加熱到去離子水中，形成質(zhì)量百分比為20%的懸濁液，在室溫下超聲分散20min，然后將懸濁液加熱到150°C，保持5小時(shí)，最后自然降溫到室溫。
[0040]6)取步驟5)的碳納米管IOg和分子量為800的聚乙二醇2g，用乙醇IOOml配制成混合液，經(jīng)超聲分散均勻后，在第一電極表面均勻涂覆，然后在10(TC下加熱2h，得到氣體敏感膜。
【權(quán)利要求】
1.一種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括氣室，氣室內(nèi)設(shè)有氣體傳感器，外室外設(shè)有與氣體傳感器相連的CHI電化學(xué)分析儀以及與氣室相連的傳感器還原裝置、待測(cè)氣體進(jìn)氣口和尾氣處理裝置；所述氣體傳感器包括自上而下依次分布的氣體敏感膜、第一電極和第二電極，第二電極由鋁板經(jīng)陽(yáng)極氧化制備而成，第一電極為將貴金屬在第二電極表面采用直流磁控濺射エ藝制備而成，氣體敏感膜由處理后的碳納米管在第一電極表面涂覆而成； 第二電極由以下步驟制備而成:取厚度為l_5mm的高純鋁板，首先將其在體積比為1-2:1的丙酮和こ醇混合溶液中超聲清洗15-30min，接著在體積比為2-4:1的こ醇和高氯酸混合溶液中拋光(Ra 0.0lum) 5-15min ;然后，用去離子水洗凈置入0.25-0.35mol/L的草酸溶液中，在直流電壓為25-40V下陽(yáng)極氧化0.5-lh，在高純鋁板表面鍍陽(yáng)極氧化鋁薄膜；接著置于溫度為45-50°C、摩爾濃度為0.25-0.35mol/L、體積比為1-3:1的磷酸和鉻酸混合溶液中10-30min，去除陽(yáng)極氧化鋁薄膜；然后在相同條件下二次陽(yáng)極氧化20_40min后，再次在高純鋁板表面鍍ー層厚度為3-10 的陽(yáng)極氧化鋁薄膜，取出后在溫度為45-50°C、質(zhì)量百分比為3-6%的磷酸溶液中擴(kuò)孔10-20min，得多孔陽(yáng)極氧化鋁模板，即為第ニ電極； 所述第一電極為叉指電極，由以下步驟制備而成:采用純度5N的金靶為靶材，控制本底真空為5.5-7X 10_3Pa、啟輝電壓為0.26kV、電流為25mA、直流濺射過程的功率為8-10W，最終控制第一電極的厚度為30-50nm ； 氣體敏感膜的制備包括以下步驟: 1)首先將碳納米管采用濃硝酸進(jìn)行純化處理30-50min，然后以去離子水清洗使其pH值為6.6-7.2,然后加入到鍍銅液中進(jìn)行鍍銅反應(yīng),鍍銅液的成分包括:20-24g/L硫酸銅，l-2g/L氯化鎳，33-39mg/L聚こニ醇，13_15mL/L甲醛，33_38g/L酒石酸鉀；以氫氧化鈉溶液調(diào)整pH值至9.8-10.2，在20-30°C下反應(yīng)30_60min，最后將碳納米管收集； 2)將步驟I)處理后的碳納米管浸潰于5g/L的SnCl2溶液5-10min，其中每500ml的SnCl2溶液加入l_3g碳納米管，分離并去離子水清洗，然后再浸潰于l_5g/L的PdCl2溶液中5-10min，其中每500ml的PdCl2溶液中加入5_10g碳納米管，然后分離去離子水清洗，烘干; 3)將0.1-0.5g步驟2)的碳納米管和0.5g硫酸鈦加入到20-30mL的丙醇中超聲20-60min進(jìn)行分散，并控制在40_50°C，得混合溶液； 4)將3)中的混合溶液加熱到130°C，并在130°C保持3小時(shí)，最后自然降溫到室溫，用去離子水洗滌，去除殘留雜質(zhì)，然后50-80°C真空干燥12小時(shí)； 5)將步驟4)得到的產(chǎn)物加熱到去離子水中，形成質(zhì)量百分比為10-20%的懸濁液，在室溫下超聲分散20-60min，然后將懸濁液加熱到150°C，保持5小時(shí)，最后自然降溫到室溫； 6)以去離子水將步驟5)的碳納米管配成3-5mg/mL的懸濁液，經(jīng)超聲處理分散均勻后，在第一電極表面均勻涂抹，然后在烘箱中55-58°C下熱烘20-28min，得到氣體敏感膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體敏感膜的制備中步驟6)為:取步驟5)的碳納米管5-10g和聚こニ醇0.5-2g，用こ醇IOOml配制成混合液，經(jīng)超聲分散均勻后，在第一電極表面均勻涂覆，然后在100-150°C下加熱l_3h，得到氣體敏感膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量為600-900。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述碳納米管的管徑為120-150nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟I)中鍍銅液還包括20-50g/L的納米稀土氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述納米稀土氧化物為氧化鑭、氧化鈰或氧化鐠。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體敏感膜的厚度為5-10 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種檢測(cè)微量苯的氣體檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述多孔陽(yáng)極氧化招模板擴(kuò)孔后 孔的內(nèi)徑為20-60nm,孔的間距為40_60nm,孔的深度為2±0.5 μ m。
【文檔編號(hào)】G01N27/30GK103439380SQ201310398704
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月4日
【發(fā)明者】惠國(guó)華, 蔡艷芳, 許曉嵐, 黃潔, 王敏敏, 邵拓, 李晨迪, 王南露, 周瑤, 詹玉麗, 周于人, 杜桂蘇, 馬美娟, 顧佳璐, 李曼 申請(qǐng)人:浙江工商大學(xué)