[发明专利]电化学毒剂传感器

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及用于检测诸如气体或液体中的毒性化合物的传感器，特别涉及用于检测氨的检测器的制造和使用。

2.相关技术说明

依赖毒气传感器，保护进入可能有毒的区域的人员的健康和安全的程度越来越高。随着人们对于在有限空间内工人安全的关注的增加，需要使用小型便携式设备快速地鉴定仍然有毒(即使不使人室息或燃烧)的气态或液态试剂。随着电子设备的集成程度的增加，获得读出式毒剂传感器也变得越来越简单。然而，仍然需要对传感器的准确度和灵敏度进行改进，以避免由传感器的输出指示得出不当结论。

电化学方法常用于分析痕量气体。在这种方法中，原电池的测量电极与待检测的气体接触，产生正比于待测化合物浓度的电流。一旦检测到可还原的气体(如氧气、二氧化氮、臭氧或氯气)，就会在作为阴极的测量电极上发生反应，而可氧化的气体(如硫化氢、一氧化碳、氢气)是在作为阳极的测量电极上起反应。

许多目前使用的电化学氨传感器电池都应用Sevringhaus(电势测定)原理(DS-A-2009937)。使用一个pH玻璃电极作为测量电极，测量pH电极与参比电极之间的电势。电势差作为测量信号，通过电解液按照反应

发生的pH改变与氨的存在发生关联。该方法的缺点是信号与氨的浓度成对数关系。此外，确定平衡的时间极慢。另外，其它气体(如SO₂、HCl、CO₂)也能够改变电解液的pH值，从而使测量结果产生错误。

其它可以买到的氨传感器(如从Sensoric GmBH & Co.买到的那些)按照测量电流的原理进行工作。这种类型的传感器对通过气可渗透性膜到达催化工作测量电极的氨气按照下式发生的直接转换产生响应：

          

这些类型的传感器中的电极包括测量、参比和对电极，对电极与无水凝胶电解液接触，协同电催化剂将氨氧化成氮气。电解液为无水介质对于直接转换很重要。一种高效催化剂的例子是铂黑。该反应产生正比于测量气体中氨的浓度的电流。遗憾的是，在较高浓度时氨氧化成的氮气的速率不够快，并且氨氧化产生的中间副产物将测量电极部分堵塞，导致该电极暂时性中毒，并且如果氨没有从传感器中除去，还伴随有测量信号的连续衰减。另外，这种传感器的选择性不是很高。

另一种类型的测电流的测量方法从GB 2,225,859中获知。氨通过气可渗透性膜进入含有可溶性非可氧化性试剂的电解液中。试剂通过与氨发生反应变为一种电化学可氧化的物质，优选为一种诸如三(羟甲基)-氨基甲烷的盐酸盐(“Tris-HCl”)的有机铵盐。在测量电极上把铵盐转换为在第二阶段被氧化的三(羟甲基)-氨基甲烷，而不是氨本身。该方法必须使用一种高效催化剂，铑或金以氧化新生成的胺。不幸的是，测量气体(如CO或醇)中的其它物质如副产物也会被测量。另一个缺点是需要一个偏电位以使反应发生。这产生了很长的依赖温度的加热期，削弱了传感器的测量行为，并降低了获得理想的零噪声水平的能力。在这种类型的方法中，氨只与加到电解液中的特定物质(Tris-HCl)反应，产生一种以后在测量电极上使自身发生改变的电化学活性物质，产生正比于氨浓度的测量信号。

已知的一个类似的测量方法(美国专利No.5,234,567)使用一种与氨反应形成比氨具有更强的电化学活性的化学物质。该化学物质为碘或奈斯勒试剂或硝酸锰和硝酸银溶液中的一种。优选化学物质为碘。氨扩散至传感器并轻松地溶解于水中而产生OH^-(反应1)，OH^-对于形成碘离子的二级反应(反应2)是必须的。

                         (1)

                   (2)