專利名稱：一種揮發(fā)性胺類傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面熱離子化原理的(surface ionization sensor, SIS)揮發(fā)性 胺類氣體傳感器。該傳感器可以檢測(cè)有毒的胺和肼及其衍生物等，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)空氣中胺類和 肼類化合物的濃度。
背景技術(shù)：
胺類及雜環(huán)胺類廣泛應(yīng)用于化學(xué)化工、化學(xué)制藥等各個(gè)行業(yè)。工業(yè)、農(nóng)業(yè)、藥品及 食品加工等行業(yè)排放的廢水、廢氣等都含有胺類。低濃度的胺類就會(huì)對(duì)人體和動(dòng)物產(chǎn)生毒 害作用。由于上述樣品都有更高濃度的其它有機(jī)物同時(shí)存在，能夠選擇性地、靈敏地、快速 地、在線地檢測(cè)揮發(fā)性胺的濃度對(duì)環(huán)境保護(hù)、工業(yè)檢測(cè)及食品控制均有重要意義。
表面離子化檢測(cè)器(surface ionization detector, SID)能選擇性的檢測(cè)胺類， 對(duì)叔胺的響應(yīng)比酮類大105 106倍，對(duì)烴類幾乎沒有響應(yīng)，選擇性極高。同時(shí)，SID靈敏度 很高，對(duì)叔胺的靈敏度比氮磷檢測(cè)器高10 100倍，對(duì)于伯胺和仲胺，靈敏度不如氮磷檢測(cè) 器(NPD)，但比火焰離子化檢測(cè)器(FID)高。 表面離子化檢測(cè)器的原理是表面電離。氣體中的原子(或分子)碰撞到熾熱的固 體表面，當(dāng)它們由于熱解析離開固體表面時(shí)，其中一部分原子(或分子)就被電離成正離子 或負(fù)離子。 可被表面電離的物質(zhì)范圍包括1)電離能小的IA族金屬原子，如鈉原子、鉀原子、 鍶原子等；2)過渡金屬、稀土金屬和鈾的氧化物，含硫和含鹵的無機(jī)化合物；3)含氮和含氧 的有機(jī)物，如三乙胺、三甲基肼、苯胺、酚類、一些氨基酸以及醋酸、甲酸等等。有機(jī)物中，只 有胺和肼及其衍生物的表面電離效率很高，叔胺類的電離效率甚至高達(dá)0. 2 0. 5。
島津公司曾經(jīng)推出用于氣相色譜儀檢測(cè)器的商品化的表面離子化檢測(cè)器(專利 號(hào)CN86103355、JP61264256、EP26223、W08606836)。這種檢測(cè)器能選擇性的檢測(cè)胺類，對(duì)叔 胺的響應(yīng)比酮類大105 106倍，選擇性極高。這種SID的靈敏度也很高，SID對(duì)叔胺的最 小檢出量約為10—"g。然而，已經(jīng)報(bào)道的SID必須與氣相色譜聯(lián)用，且需要載氣和尾吹氣，不 能連續(xù)在線地監(jiān)測(cè)空氣中胺的濃度，不適合作為傳感器使用。 因此，如果能讓表面離子化檢測(cè)器在空氣中使用而不用載氣，能夠檢測(cè)空氣中含 有的有機(jī)胺類組分，并且有較高的檢出靈敏度，就會(huì)成為現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)有機(jī)胺和肼類組分的傳 感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種表面熱離子化檢測(cè)原理的揮發(fā)性胺類和肼類傳感器。 該傳感器不需用載氣、尾吹氣和復(fù)雜的氣路控制裝置，僅僅依靠空氣擴(kuò)散將樣品傳輸?shù)桨l(fā) 射極的表面。因而，該傳感器連續(xù)在線地監(jiān)測(cè)空氣中胺的濃度，可廣泛用于有毒胺類和肼類 氣體微量泄漏的報(bào)警。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用技術(shù)方案為
—種揮發(fā)性胺類傳感器，包括置于外殼內(nèi)部的發(fā)射極和收集極； 所述發(fā)射極為筒狀結(jié)構(gòu)或螺旋狀繞絲，收集極為半圓曲面或圓筒狀，設(shè)置于發(fā)射
極的外側(cè)、且與發(fā)射極同軸放置；或者所述發(fā)射極和收集極均為平板狀結(jié)構(gòu)，它們平行放
置； 發(fā)射極與收集極間的間距小于2mm(通常為0.5-2mm);在外殼上開設(shè)有孔洞， 一擴(kuò) 散膜覆蓋于孔洞表面，擴(kuò)散膜為一平面氣體擴(kuò)散膜；收集極通過一收集極引線穿過外殼與 外界微電流放大器電連接。 發(fā)射極的加熱可采用自熱式或旁熱式，自熱式為在發(fā)射極上通低電壓大電流使溫 度達(dá)到所需設(shè)定值(工作溫度)，旁熱式為采用加熱棒或加熱絲加熱發(fā)射極；
采用加熱棒加熱時(shí)，筒狀發(fā)射極套設(shè)于加熱棒的外側(cè)壁上，筒狀或螺旋狀發(fā)射極 與半圓曲面或圓筒狀收集極及加熱棒同軸放置。 加熱棒對(duì)發(fā)射極金屬電極加熱并且承擔(dān)支撐發(fā)射極，其外層為石英玻璃材質(zhì)，耐 高溫、絕緣且化學(xué)惰性好以避免對(duì)有機(jī)胺類化合物的吸附；收集極為半圓曲面或圓筒狀，采 用導(dǎo)電材料制成，其捕集從發(fā)射極表面電離產(chǎn)生的正離子信號(hào)； 采用加熱絲加熱平板狀發(fā)射極時(shí)，加熱絲設(shè)置于平板狀發(fā)射極遠(yuǎn)離收集極一側(cè)的 側(cè)壁面上； 發(fā)射極材質(zhì)采用功函數(shù)大的為金屬鉬、鉬、銥、銠或者它們的合金，通常采用相對(duì) 廉價(jià)的鉬或鉑； +30 400V的極化電壓通過導(dǎo)線直接施加在發(fā)射極上； 擴(kuò)散膜固定在外殼上，使空氣和揮發(fā)性胺類等透過并進(jìn)入傳感器內(nèi)； 外殼的內(nèi)壁采用石英玻璃、經(jīng)過惰性化處理的玻璃或聚四氟乙烯等化學(xué)惰性良好
的材質(zhì)，傳感器內(nèi)腔整體保溫，以減小對(duì)胺和肼等樣品的吸附。
本發(fā)明和已有的專利設(shè)計(jì)和商品化的SID相比具有以下優(yōu)點(diǎn) 1)不需用載氣、尾吹氣和復(fù)雜的氣路控制裝置，僅僅依靠空氣擴(kuò)散將樣品傳輸?shù)?發(fā)射極的表面，能連續(xù)在線地監(jiān)測(cè)空氣中胺的濃度； 2)外殼內(nèi)壁采用石英、玻璃或聚四氟乙烯等化學(xué)惰性良好的材質(zhì)，并且傳感器內(nèi) 腔整體保溫，最大程度的減小了對(duì)胺類的吸附，對(duì)叔胺的最小檢出量小于2i! g/M3 ;
3)加熱棒的外層為石英玻璃材質(zhì)以避免對(duì)有機(jī)胺類化合物的吸附；
4)極化電壓直接施加在發(fā)射極上，不需要另外設(shè)置單獨(dú)的極化極，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
所發(fā)明的傳感器對(duì)叔胺的最小檢出量小于2i! g/M 能連續(xù)在線地監(jiān)測(cè)空氣中胺 的濃度，可廣泛用于有毒胺類和肼類氣體微量泄漏的報(bào)警。


圖1為本發(fā)明揮發(fā)性胺類傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明揮發(fā)性胺類分解結(jié)構(gòu)示意圖； 其中，100-發(fā)射極；101-導(dǎo)線；200-加熱棒；300-收集極；301-收集極引線； 400-擴(kuò)散膜;500-外殼; 圖3為本發(fā)明的傳感器測(cè)量空氣中2 i！ g/m3三乙胺和20 y g/m3三乙胺的響應(yīng)圖；
實(shí)驗(yàn)條件采用線繞鉬絲作為發(fā)射極，發(fā)射極表面溫度約37(TC，極化電壓+150V。
具體實(shí)施例方式
—種揮發(fā)性胺類傳感器，包括發(fā)射極、加熱棒、收集極、擴(kuò)散膜和外殼等組件，
圓筒狀發(fā)射極套設(shè)于加熱棒的外側(cè)壁上，收集極為圓筒狀，與加熱棒同軸放置，與 發(fā)射極間距為lmm;發(fā)射極、加熱棒和收集極均位于外殼內(nèi)部中央；擴(kuò)散膜為一平面氣體擴(kuò) 散膜，固定在外殼上； 發(fā)射極材質(zhì)采用功函數(shù)大的金屬鉬，發(fā)射極用加熱棒加熱至工作溫度，+30 400V的極化電壓直接施加在發(fā)射極上，不需要另外設(shè)置極化極； 加熱棒對(duì)發(fā)射極金屬電極加熱并且承擔(dān)支撐發(fā)射極，其外層為石英玻璃材質(zhì)，耐 高溫、絕緣且化學(xué)惰性好以避免對(duì)有機(jī)胺類化合物的吸附； 收集極負(fù)責(zé)捕集從發(fā)射極表面電離產(chǎn)生的正離子信號(hào)，為半圓曲面或圓筒狀，采 用導(dǎo)電材料制成，收集極通過一收集極弓I線穿過外殼與外界微電流放大器電連接；
在外殼上開設(shè)有孔洞，擴(kuò)散膜固定在外殼上覆蓋于孔洞表面，使空氣和揮發(fā)性胺 類等透過并進(jìn)入傳感器內(nèi)。 外殼的內(nèi)壁采用石英玻璃、經(jīng)過惰性化處理的玻璃或聚四氟乙烯等化學(xué)惰性良好 的材質(zhì)，并且，外殼處于一加熱塊內(nèi)，傳感器整體保溫，以減小對(duì)胺和肼等樣品的吸附，加快 擴(kuò)散速率。 將此傳感器置于含有有毒的胺或肼化合物的空氣中，發(fā)射極加熱至其工作溫度
(350 480°C );空氣、胺或肼及其他化合物透過擴(kuò)散膜進(jìn)入傳感器內(nèi)部，碰到熾熱的發(fā)射
極，由于表面電離的高選擇性，只有胺或肼發(fā)生表面電離，產(chǎn)生正離子；在極化極和收集極
之間電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生的正離子移動(dòng)到收集極形成微電流信號(hào)，微電流信號(hào)經(jīng)外界的微
電流放大器放大后輸出檢測(cè)信號(hào)。檢測(cè)信號(hào)的大小與胺或肼的濃度成正比。 本發(fā)明的傳感器對(duì)叔胺的最小檢出量小于2i! g/M3，能連續(xù)在線地監(jiān)測(cè)空氣中胺
的濃度，可廣泛用于有毒胺類和肼類氣體微量泄漏的報(bào)警。
權(quán)利要求
一種揮發(fā)性胺類傳感器，包括置于外殼(500)內(nèi)部的發(fā)射極(100)和收集極(300)，其特征在于所述發(fā)射極(100)為筒狀結(jié)構(gòu)或螺旋狀繞絲，收集極(300)為半圓曲面或圓筒狀，設(shè)置于發(fā)射極(100)的外側(cè)、且與發(fā)射極(100)同軸放置；或者所述發(fā)射極(100)和收集極(300)均為平板狀結(jié)構(gòu)，它們平行放置；在外殼(500)上開設(shè)有孔洞，一擴(kuò)散膜(400)覆蓋于孔洞表面，擴(kuò)散膜(400)為一平面氣體擴(kuò)散膜；收集極(300)通過一收集極引線(301)穿過外殼(500)與外界微電流放大器電連接。
2. 按照權(quán)利要求1所述的揮發(fā)性胺類傳感器，其特征在于發(fā)射極(100)的加熱可采 用自熱式或旁熱式，自熱式為在發(fā)射極(100)上通低電壓大電流使溫度達(dá)到所需設(shè)定值， 旁熱式為采用加熱棒(200)或加熱絲加熱發(fā)射極(100)。
3. 按照權(quán)利要求2所述的揮發(fā)性胺類傳感器，其特征在于采用加熱棒(200)加熱時(shí)， 筒狀發(fā)射極(100)套設(shè)于加熱棒(200)的外側(cè)壁上，筒狀或螺旋狀發(fā)射極(100)與半圓曲 面或圓筒狀收集極(300)及加熱棒(200)同軸放置。
4. 按照權(quán)利要求3所述的揮發(fā)性胺類傳感器，其特征在于加熱棒(200)的外層為石 英玻璃材質(zhì)以避免對(duì)有機(jī)胺類化合物的吸附；收集極(300)為半圓曲面或圓筒狀，采用導(dǎo) 電材料制成，其捕集從發(fā)射極(100)表面電離產(chǎn)生的正離子信號(hào)。
5. 按照權(quán)利要求2所述的揮發(fā)性胺類傳感器，其特征在于采用加熱絲加熱平板狀發(fā) 射極(100)時(shí)，加熱絲設(shè)置于平板狀發(fā)射極(100)遠(yuǎn)離收集極(300) —側(cè)的側(cè)壁面上。
6. 按照權(quán)利要求1所述的揮發(fā)性胺類傳感器，其特征在于發(fā)射極(100)材質(zhì)為金屬 鉬、鉬、銥、銠或者它們的合金。
7. 按照權(quán)利要求1所述的揮發(fā)性胺類傳感器，其特征在于+30 400V的極化電壓通 過導(dǎo)線(101)直接施加在發(fā)射極(100)上。
8. 按照權(quán)利要求l所述的揮發(fā)性胺類傳感器，其特征在于擴(kuò)散膜(400)固定在外殼 (500)上，使空氣和揮發(fā)性胺類透過并進(jìn)入傳感器內(nèi)；外殼(500)的內(nèi)壁采用石英玻璃、經(jīng) 過惰性化處理的玻璃或聚四氟乙烯化學(xué)惰性良好的材質(zhì)，以減小對(duì)胺類的吸附。
9. 按照權(quán)利要求1所述的揮發(fā)性胺類傳感器，其特征在于所述發(fā)射極(100)與收集 極(300)間的間距為0. 5-2mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用表面熱離子化原理測(cè)量揮發(fā)性胺和肼及其衍生物的選擇性傳感器，包括置于外殼內(nèi)部的發(fā)射極和收集極等組件。發(fā)射極用鉬或鉑或合金材料制成，為線繞結(jié)構(gòu)或筒狀結(jié)構(gòu)，加熱棒對(duì)發(fā)射極金屬電極加熱并且承擔(dān)支撐發(fā)射極；或者發(fā)射極和收集極為平行放置的兩平板。當(dāng)發(fā)射極在空氣中被加熱到350～480℃時(shí)，空氣、胺或肼及其他化合物擴(kuò)散進(jìn)入傳感器內(nèi)，與發(fā)射極的表面碰撞，只有胺或肼發(fā)生表面電離產(chǎn)生正離子而被檢測(cè)。該傳感器對(duì)叔胺的最小檢出量小于2μg/M3，可以用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)有毒的揮發(fā)性胺類和劇毒肼類化合物。
文檔編號(hào)G01N27/62GK101769896SQ20081023024
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者關(guān)亞風(fēng), 徐靜, 朱蘊(yùn)卿, 朱道乾, 李偉偉 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所