[发明专利]一种检测一氧化碳气体的传感器装置及其分析方法

说明书

本发明公开了一种可检测一氧化碳（CO）气体的传感器装置（如图1所示）及其分析方法。通过1进样针将CO样品引入聚四氟乙烯管中，以空气作为载气把CO稳定通入3石英容器中，在2紫外灯照射下被活化，然后再随载气被通至涂有传感材料的5绝缘介质表面发生催化氧化反应（绝缘介质外套于4石英管内），反应产生的光信号经7滤光片过滤后用6光电倍增管收集，通过转化处理和计算实现CO的定量检测。本发明利用紫外灯辅助催化氧化反应，构建了基于非金属催化剂的催化发光反应装置，提高了检测灵敏度（CO的检出限可达6 ppm）。装置简单环保、能耗低，可用于环境中CO的检测。

技术领域

本发明涉及一种利用紫外灯辅助（Ultraviolet lamp, UV）功能化石墨相氮化碳传感材料（标记为g-C₃N₄-tri-s-acid）检测一氧化碳（CO）气体的装置及其分析方法。

背景技术

近年来，气体传感分析因其在大气污染物（尤其是CO气体）的实时监测中具有的独特优势而受到广泛关注，各种基于光学（Journal of America Chemistry Society, 2009,131, 15669-15677）、电学（Trac-Trends in Analytical Chemistry,2006, 25, 937-948.）等原理的CO气体传感器分析方法及器件推陈出新，对于推动分析科学和环境检测技术的发展起到了积极作用。其中，基于气体分子在具有催化活性材料表面氧化作用产生化学发光这一现象而建立的催化发光（Cataluminescence，CTL）传感分析方法，受到越来越多分析科学和环境分析科学领域研究者的关注。以CTL为基础建立的传感器具有操作简便、线性范围宽、抗湿度干扰能力强、灵敏度高、选择性好等特点，因而被认为是一类具有良好应用前景的气体传感器。然而由于CO气体在空气氛围中具有较高的稳定性，不易发生催化氧化过程，所以利用催化发光传感系统不容易检出，所以我们需要通过对CO气体进行预处理或者对传感材料进行功能改进来促进CO气体的催化氧化过程，增强其在材料表面的催化发光现象，以提高催化发光传感系统检测CO的灵敏度。目前关于CO气体预处理的方法主要为介质阻挡放电（Dielectric Barrier Discharge），如那娜课题组利用DBD辅助放电增强了碳氢化合物和CO气体的催化发光信号（Analytical Chemistry, 2012, 84, 4830-4836;Nanoscale, 2014, 6, 3069-3072），这项技术显示了很好的分析特性。但是，由于DBD介质放电过程中空气介质以及电压波动会引起能量的改变，使得样品预处理过程稳定性不高，且放电过程会产生大量的臭氧，污染大气，因此，限制了这一检测技术的广泛推广，新的技术有待开发。

发明内容

本发明提供了一种检测一氧化碳气体的传感器装置及其分析方法。其旨在解决CO气体在传统的催化发光分析检测中检测困难问题。所述的传感器装置包括进样针、紫外灯、石英容器、石英管、绝缘介质、光电倍增管和滤光片。所述的传感器装置中紫外灯置于石英容器的上方，石英容器左右两端通过聚四氟乙烯气体管路连通，CO气体是通过进样针被注入气体管路中，温度可控的绝缘介质上涂有功能化石墨相氮传感材料，且置于石英管内，滤光片置于光电倍增管的光窗上方，石英管置于滤光片上方，石英管具有进气口和出气口，石英容器右端出来的气体管路直接与石英管的进气口相连，出气口接一段聚四氟乙烯管将废气排出。

在使用该传感器装置时，用空气作为载气将经所述紫外灯活化的CO气体输送至所述涂有功能化石墨相氮化碳传感材料的绝缘介质表面，经催化氧化后产生化学发光，使用光电倍增管记录不同浓度的发光信号，采用线性回归分析，即可对一氧化碳样品气体进行定量检测。

本发明结合了紫外灯的高活化和高稳定的性能，引入了非金属催化剂，避免了传统金属催化剂中毒，提高了催化材料及反应物的反应活性，装置简单、环保、能耗低，可用于环境中CO气体的检测，紫外灯的辅助以及功能化石墨相氮化碳传感材料的协同作用可使催化反应的检出限大大降低（可达到6 ppm），提高了检测的灵敏度。