一氧化碳检测仪的研究进展

赵静悦

【摘 要】一氧化碳传感器日渐发展，其应用范围越来越广。本文介绍了几种一氧化碳传感器的工作原理，并对各种类型传感器的研究进展和工作机理以及敏感材料进行了介绍。

【关键词】一氧化碳；红外吸收；传感器

0.引言

一氧化碳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-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CO传感器

半导体CO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220oC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、CO2、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—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。

3.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。 [科]