實驗環(huán)境中三氯甲烷濃度檢測裝置及檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)境安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種能夠快速、準(zhǔn)確的檢測實驗室環(huán) 境中三氯甲烷濃度的實驗環(huán)境中三氯甲烷濃度檢測裝置及檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 三氯甲烷為具有較高毒性，在中國有毒化學(xué)品優(yōu)先控制名單中高居第二位，已經(jīng) 被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸形物質(zhì)，是公認的變態(tài)反應(yīng)源，也是潛在的強致突變物 之一。
[0003] 三氯甲烷中毒對人體健康的影響主要表現(xiàn)在嗅覺異常、刺激、過敏、肺功能異常、 肝功能異常和免疫功能異常等方面。其它常見的癥狀包括胸悶，惡心，皮膚，皮疹，哮喘等。
[0004] 目前對于低濃度三氯甲烷檢測方法主要依靠儀器分析的方法，如氣相色譜法等。 上述檢測方法雖然可以準(zhǔn)確的檢測環(huán)境中微量三氯甲烷的濃度，但是普遍存在檢測周期 長、成本昂貴等不足，而且需要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的熟練技術(shù)人員操作儀器設(shè)備，無法實現(xiàn)環(huán)境 中微量三氯甲烷的現(xiàn)場準(zhǔn)確快速檢測。
[0005] 因此，目前使用的用于微量三氯甲烷的檢測系統(tǒng)存在靈敏度低、選擇性差、穩(wěn)定性 差或者不能長期使用的問題。
[0006] 中國專利授權(quán)公告號：CN101846610A，授權(quán)公告日2010年9月29日，公開了一種 氣體檢測裝置及氣體檢測系統(tǒng)，其包括石英板、第一電極、第二電極及吸附層，所述石英板 具有相對的第一表面和第二表面，所述第一電極形成于第一表面，所述第二電極形成于第 二表面，所述吸附層形成于第一電極表面，所述吸附層由銥-二氧化銥納米棒組成，用于吸 附待檢測氣體，以使氣體檢測裝置的質(zhì)量發(fā)生變化，從而獲得待檢測氣體的濃度。該發(fā)明存 在檢測速度慢，檢測精度低的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的氣體檢測方法的檢測周期長、成本高、設(shè)備昂貴 的不足，提供了一種能夠快速、準(zhǔn)確的檢測實驗室環(huán)境中三氯甲烷濃度的實驗環(huán)境中三氯 甲烷濃度檢測裝置及檢測方法。
[0008] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0009] -種實驗環(huán)境中三氯甲烷濃度檢測裝置，包括控制器，存儲器、支撐平臺，設(shè)于支 撐平臺上的橫截面呈矩形的氣室、尾氣處理裝置和豎向支撐板，設(shè)于豎向支撐板上的氣 缸；
[0010] 所述氣室內(nèi)壁頂部設(shè)有用于向下吹風(fēng)的若干個風(fēng)扇，氣室內(nèi)側(cè)壁由上至下依次設(shè) 有至少2層氣體敏感膜、用于支撐氣體敏感膜的由電熱絲構(gòu)成的金屬網(wǎng)、位于金屬網(wǎng)下部 并將氣室內(nèi)分隔為上下兩部分的水平隔板，氣室內(nèi)底部設(shè)有托板、檢測頭和沿托板上表面 環(huán)形分布的軌道，檢測頭上設(shè)有MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和三氯甲烷傳感器；氣體敏感 膜上設(shè)有若干個通孔，與氣體敏感膜位置相對應(yīng)的氣室內(nèi)壁上設(shè)有若干條導(dǎo)氣豎槽； toon] 所述氣室上設(shè)有用于插入水平隔板的開口，水平隔板外端與氣缸的伸縮桿連接， 檢測頭下部設(shè)有用于帶動檢測頭沿軌道運動的第一電機，位于水平隔板上部和下部的氣室 上分別設(shè)有進氣管和出氣管；進氣管和出氣管上均設(shè)有電磁閥；開口和水平隔板之間設(shè)有 密封結(jié)構(gòu)；
[0012] 所述氣室包括上下插接的下端開口氣室組件和上端開口氣室組件，下端開口氣室 組件與支撐平臺固定連接，上端開口氣室組件底部和支撐平臺之間設(shè)有豎向絲桿，豎向絲 桿上部與上端開口氣室組件底部螺紋配合，豎向絲桿下部通過設(shè)于支撐平臺上的軸承與支 撐平臺連接，絲桿下端與設(shè)于上端開口氣室組件內(nèi)的第二電機的轉(zhuǎn)軸連接；尾氣處理裝置 與氣室上部的出氣管相連通；
[0013] 控制器分別與存儲器、各個電扇、各個電磁閥、金屬網(wǎng)、氣缸、第一電機、第二電機、 MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和三氯甲烷傳感器電連接。
[0014] 氣體敏感膜用于吸附實驗室氣體，氣體敏感膜具有氣體富集作用，可將氣體敏感 膜依次在HN03(1 : 1)、丙酮和雙蒸水中超聲清洗15min，清洗后的電極置于室溫下晾干備 用；按一定比例將蘋果汁與聚乙二醇溶液混合，用超聲振蕩均勻得到混合物，用微量注射器 吸取5 μ L質(zhì)量分數(shù)為5 % Naf ion的混合物，滴涂于氣體敏感膜表面，室溫下晾干待用。
[0015] 金屬網(wǎng)用于加熱氣體敏感膜，各個風(fēng)扇用于將經(jīng)過烘烤從氣體敏感膜中散發(fā)出來 的氣體吹向氣室下部，便于各個傳感器檢測；水平隔板用于分隔氣室上部和下部，從而方便 氣室上部和下部同時進行氣體富集和傳感器清洗；豎向支撐板和氣缸用于帶動水平隔板水 平移動，從而使控制器可通過氣缸控制水平隔板將氣室內(nèi)分為上下兩部分或者使氣室恢復(fù) 為一個整體；托板給軌道提供支撐，軌道給檢測頭提供移動至托板不同部位的導(dǎo)向，MQ-2 傳感器和MQ-135傳感器分別用于檢測環(huán)境信號，三氯甲烷傳感器用于檢測三氯甲烷氣體 信號；第一電機用于帶動檢測頭沿軌道移動，第二電機用于帶動上端開口氣室組件上升。
[0016] 由于傳感器對被檢測的目標(biāo)氣體均具有交叉敏感特性，因此本發(fā)明采用MQ-2傳 感器和MQ-135傳感器作為輔助傳感器，三氯甲烷傳感器作為檢測三氯甲烷氣體的主傳感 器，將MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和三氯甲烷傳感器檢測的信號進行融合，得到了傳感器 融合信號signal (t)，從而既保留了主傳感器的檢測信息，又保留了主傳感器與輔助傳感器 之間的信號差異信息，提高了檢測精度。
[0017] 因此，本發(fā)明具有靈敏度高、穩(wěn)定性好且響應(yīng)時間短，對三氯甲烷具有較好的選擇 性，能夠檢測出濃度更低的微量三氯甲烷氣體，從而有效的保障人們身體健康的特點。
[0018] 作為優(yōu)選，還包括設(shè)于檢測頭上的溫度傳感器和濕度傳感器；溫度傳感器和濕度 傳感器均與控制器電連接。溫度傳感器和濕度傳感器分別用于檢測溫度和濕度，從而使傳 感器的校正充分去除環(huán)境因素的影響，校正更加準(zhǔn)確、可靠。
[0019] 作為優(yōu)選，所述軌道包括基板、設(shè)于基板上表面的兩條間隔設(shè)置的凹槽，所述凹槽 底面上設(shè)有等間隔排列的齒條；所述檢測頭底部設(shè)有兩個與凹槽相配合的齒輪；所述第一 電機的轉(zhuǎn)軸與設(shè)于兩個齒輪之間的連接軸相連接；
[0020] 所述基板上設(shè)有第一擋板，與第一擋板相對的第二擋板；第一擋板、第二擋板上設(shè) 有對應(yīng)的導(dǎo)向滑槽；所述齒輪的連接軸兩端設(shè)有用于插入第一擋板、第二擋板的導(dǎo)向滑槽 的延伸軸；檢測頭下表面設(shè)有與第一擋板、第二擋板上表面滾動接觸的若干個滾珠。導(dǎo)向滑 槽、延伸軸和滾珠的設(shè)置，使檢測頭的穩(wěn)定性更好，摩擦力更小。
[0021] 作為優(yōu)選，所述下端開口氣室組件外周面通過4個L形支撐桿與底板固定連接。
[0022] 作為優(yōu)選，氣體敏感膜上設(shè)有若干條皺紋，氣體敏感膜上還設(shè)有伸出氣體敏感膜 上下表面之外的若干個碳納米管；尾氣處理裝置為酒精燈。皺紋和碳納米管增加了氣體敏 感膜對氣體的吸附能力。
[0023] -種實驗環(huán)境中三氯甲烷濃度檢測裝置的檢測方法，包括如下步驟：
[0024] (6-1)控制器控制氣缸的伸縮桿帶動水平隔板向氣室外水平移動，使水平隔板內(nèi) 端移至與開口相接觸位置時，控制器控制氣缸停止工作；
[0025] (6-2)控制器控制進氣管和出氣管上的電磁閥均打開，通過進氣管向氣室內(nèi)充入 氮氣，對MQ-2傳感器、MQ-135傳感器和三氯甲烷傳感器清洗5至10分鐘；
[0026] (6-3)通過進氣管向氣室內(nèi)循環(huán)充入待檢測的實驗室氣體，尾氣處理裝置處理從 出氣管輸出的實驗室氣體；氣體敏感膜吸附氣體，5至15分鐘后控制器控制進氣管和出氣 管上的電磁閥關(guān)閉；
[0027] (6-4)控制器控制金屬網(wǎng)通電，同時控制各個電扇工作，氣體敏感膜吸附的氣體進 入氣室下部，5至8分鐘后，控制器控制金屬網(wǎng)斷電，各個電扇停止工作；
[0028] (6-5)控制器控制氣缸的伸縮桿帶動水平隔板向氣室內(nèi)水平移動，使水平隔板外 端移至與開口相接觸位置相接觸時，控制器控制氣缸停止工作；
[0029] (6-6)控制器通過第一電機帶動檢測頭沿軌道移動，并通過第二電機帶動上 端開口氣室組件由與支撐平臺接觸處逐漸上升至控制器中預(yù)設(shè)的高度L，MQ-2傳感器、 MQ-135傳感器和三氯甲烷傳感器檢測氣體信號，控制器收到三氯甲烷傳感器的檢測信號 SI (t)、MQ-2傳感器的檢測信號S2 (t)，MQ-135傳感器的檢測信號S3 (t);控制器利用公式 81區(qū)仙1(1:)=312(1:) + (31(1:)-32(1:))2+(31(1:)-33(1:))2計算傳感器融合信號818仙1(1:) ;
[0030] (6-7)存儲器中預(yù)先存儲有隨機共振模型和三氯甲烷濃度預(yù)測模型，將 signal (t)輸入隨機共振模型中，控制器計算隨機共振模型共振時的輸出信噪比SNR，
[0031] 將SNR輸入三氯甲烷濃度預(yù)測模型中，得到被檢測的實驗室氣體的三氯甲烷濃 度。
[0032] 由于傳感器對被檢測的目標(biāo)氣體均具有交叉敏感特性，因此本發(fā)明采用MQ-2傳 感器和MQ-135傳感器作為輔助傳感器，三氯甲烷傳感器作為檢測三氯甲烷氣體的主傳感 器，MQ-2傳感器的檢測信號SI (t)、MQ-135傳感器的檢測信號S2 (t)，三氯甲烷傳感器的檢 測信號S3 (t)，本發(fā)明利用公式
[0033] signal (t) = SI2 (t) + (SI (t) -S2