[发明专利]一种光电流溶解氧传感器

说明书

本发明公开了一种光电流溶解氧传感器，属于传感器技术领域。所述光电流溶解氧传感器包括工作电极以及用来照射工作电极产生光电流的激发光源，所述工作电极包括电极基底以及覆着于其表面的二氧化钛膜，所述二氧化钛膜的外层还覆有氧敏感膜。本发明采用具有优异光电性能的二氧化钛修饰工作电极表面，对其表面氧敏感膜与氧气分子作用后造成变化的光生电子进行灵敏收集，进而通过三电极体系或者两电极体系检测光电流变化来测量溶解氧含量。本发明提供的光电流溶解氧传感器具有灵敏度高、检测范围宽、精度高、制备简单、操作容易等优势。

技术领域

本发明涉及检测传感器技术领域，具体涉及一种光电流溶解氧传感器。

背景技术

溶解氧是指溶解于水中分子状态的氧，是水生生物生存不可缺少的条件。近年来，环境问题愈发受到人们的关注，特别是水污染问题，其中水中溶解氧含量多少是衡量水质的一个重要指标，在环境检测、水污染控制和水产养殖中都需要观察和测定溶解氧。

现有的溶解氧检测方法主要包含碘量法、电化学方法、荧光淬灭法等。

碘量法是通过淀粉做指示剂，与碘的显色反应集中来测定溶液中溶解氧的含量。这种方法虽然测定准确，但存在耗时长，步骤繁琐等问题，不满足现在市场需要的快速检测与在线监测的要求。

电化学方法主要是采用原电池或者极谱式溶解氧电极，目前市场上的电化学溶解氧传感器种类较多，灵敏度高，但这类传感器的半透膜容易损坏，电解液容易被污染，会造成电池电势漂移，使得检测结果不准确，需要定期更换电解液以及半透膜，另一方面半透膜容易被污垢覆盖，同时为了保证电极附近的溶解氧与本体溶液中溶解氧浓度相同，测量过程需要对水体连续搅拌。

荧光淬灭法是一种采用光学原理测量溶解氧的技术，几乎避免了传统电化学溶解氧测量仪器遇到的缺点，传统的荧光溶解氧传感器通常由激发光源、氧敏感材料、荧光传感器组成，例如专利文献CN1731154B公开了一种水下实时光学溶解氧测量装置，包括密封机壳中光源在内的荧光激发系统(460nm波长光源)，含光电探测器、滤光片、透镜组的荧光接收系统，电路板与含程序控制的单片机构成的荧光测量装置，以及含氧传感膜片和PC机，氧传感膜片紧粘贴于通光窗口玻璃片上。

专利文献CN107449760A公开了一种基于荧光法的高精度溶解氧传感器，包括数据处理器、参考光源(620nm波长光源)、激发光源(470nm波长光源)、荧光膜(采用三(4,7-联苯-1,10-邻菲啰啉)二氯化钌为荧光指示剂，醋酸纤维素为基质材料)、与第三设备通信的通信电路以及与所述数据处理器双向通信连接的探头，荧光膜放置于探头盖的前端内壁上。

上述基于荧光法的检测方法是通过将检测到的荧光变化转化为溶解氧的含量，一般装置设备价格昂贵，而且对光路的设计要求较高，制作工艺复杂。本发明提出以二氧化钛膜对溶氧浓度改变造成的光电流变化进行原位检测来测量溶解氧浓度的新型溶解氧传感器，具有加工简单、信号检测容易、成本低、灵敏度高等特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、高寿命并能准确检测水体溶解氧的光电流溶解氧传感器。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光电流溶解氧传感器，包括工作电极以及用来照射工作电极产生光电流的激发光源，所述工作电极包括电极基底以及覆着于其表面的二氧化钛膜，所述二氧化钛膜的外层覆有氧敏感膜。

本发明利用具有光电性能的半导体二氧化钛作为光生电子捕获层，在激发光源照射情况下，对其表面由于氧敏感膜吸附氧气分子后造成光生电子的减少而引起的光电流下降进行检测，从而获得溶解氧含量。

作为优选，所述电极基底为钛电极，所述二氧化钛膜由二氧化钛纳米管阵列组成。

二氧化钛纳米管阵列结构具有更大的比表面积，使得与氧敏感膜接触面积增加，有利于提高灵敏度；另外平行纳米管阵列具有更高的光电子捕获性能。