[发明专利]栅板式痕量汞传感器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种栅板式痕量汞传感器及其制备方法。栅板式痕量汞传感器包括带有进气口和出气口的壳体及设于壳体内的栅板，栅板将壳体分隔成上下两个腔室，栅板的顶面覆盖有汞感应薄膜层及与之相连的两个电极，汞感应薄膜层包括从上到下的银金复合纳米粒子薄膜层、金纳米薄膜层、金铬复合薄膜层和铬纳米薄膜层，壳体上嵌装有分别与两个电极相连的两个接线端子。痕量汞传感器的制备方法为：在栅板上制备汞感应薄膜层；通过光刻腐蚀形成两个电极；将栅板装入底座中；电极和接线端子相连，连接处再用导电银胶粘合；将顶盖盖在底座上并进行密封。本发明极大提高传感器的灵敏度和响应速度，感应信号强，测量量程广，不易受环境影响。

技术领域

本发明涉及一种检测气体中汞浓度的传感器，尤其涉及一种栅板式痕量汞传感器及其制备方法。

背景技术

工业化大规模生产导致每年约有2400万吨的汞被排到大气中，进而通过土壤、海洋，进入到食物链中。进入人体的汞通过甲基汞的形式发生生物积累效应，进而对神经系统、大脑和胎儿造成不可逆的损伤。据报道，人体暴露在0.1～0.2ppm的汞蒸汽中，仅仅几小时就会导致化学性支气管炎、化学性肺炎和肺部纤维化，对人体和生物都有极大的危害。因此检测环境中的汞含量非常重要。测量环境汞污染，检出限要求达到10^-9g量级。

目前，测汞仪主要采用光谱原理测汞法和金膜测汞法。光谱原理测汞法是利用零价汞(Hg⁰)对特征波长光源(253.7nm)的吸收或荧光，从而进行汞的定量分析检测。这类仪器开发较早，发展成熟。但是这类仪器对使用环境较为苛刻，易受干扰物质干扰，引起有关的光谱区域内产生电磁能的吸收或散射，且采样量过大，不适用于现场检测研究。而金膜测汞法是基于电化学原理，利用金膜吸收汞气后电阻明显增加且为可逆反应的现象而设计。该类金膜传感器原理简单，金膜可重复使用，相对光谱原理测汞，不易受环境变化影响，但是目前的金膜传感器灵敏度和响应速度不能满足检测要求，吸附汞量达到10^-7g量级时趋于饱和，导致测量误差变大。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种栅板式痕量汞传感器，其具有高灵敏度、响应快速的优点，感应信号强，测量量程较广，不易受环境影响，而且体积较小，免维护。

本发明同时提供一种栅板式痕量汞传感器的制备方法，由此方法制备出的栅板式痕量汞传感器具有高灵敏度、响应快速、感应信号强、测量量程广、不易受环境影响、体积较小及免维护的优点。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明的栅板式痕量汞传感器，包括由底座和顶盖连成的壳体及设于壳体内的栅板，栅板将壳体分隔成上下两个腔室，顶盖、底座上分别设有进气口和出气口，栅板的顶面设有汞感应薄膜层及与汞感应薄膜层相连的两个电极，汞感应薄膜层设有和栅板的栅格孔相匹配的栅格孔，壳体上嵌装有两个接线端子，两个电极分别和两个接线端子相连。测量时，待测气体从进气口进入壳体的上腔室，和栅板上的汞感应薄膜层充分接触，再经过栅板的栅格孔流入壳体的下腔室，最后从出气口流出。汞感应薄膜层感应气体中汞浓度，感应膜层的电子流动增加，电阻发生变化，通过电极测量感应膜层的电阻，信号由接线端子输出到壳体外。采用栅板，有效分散了待测气体的流向，增大待测气体和栅板上汞感应薄膜层的接触面积，确保待测气体和汞感应薄膜层充分接触，提高检测的准确性。

作为优选，所述的汞感应薄膜层包括汞可逆吸附薄膜层和中间层，中间层覆盖在所述的栅板的顶面上，汞可逆吸附薄膜层覆盖在中间层上。汞可逆吸附薄膜层用于感应气体中的汞浓度，通过吸附汞，物理性能变化，产生感应信号。由于是可逆的，可以反复使用。由于金原子与石英的黏着力较差，通过过渡的中间层，用于增强汞可逆吸附薄膜层与栅板之间的牢靠性和稳定性。