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基于热解吸/催化化学发光有毒气体传感器研究

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近年来,室内空气污染问题引起世界各国的极大关注。由室内装修带来的室内甲醛和二甲苯含量超标问题,以及国内外近年来大量报道的职业性正己烷和三氯乙烯中毒问题日益严重,世界卫生组织已将室内空气污染列为人类健康的10大威胁之一。因此,发展简便快捷、灵敏度高、稳定性好的同时能实现安全监测室内空气中低含量有毒气体传感器很有必要。 催化化学发光(Cataluminescence,CTL)气体传感器由于具有响应速度快、操作简便、使用寿命长、无溶剂消耗、易于微型化、稳定性好等特性,近年来成为气体传感器研究的热点。但由于检测灵敏度不够高,对一些有毒气体的检测达不到安全监测的需要。本文设计了几种新型高灵敏的基于热解吸/催化化学发光(Thermal desorption/Cataluminescence,TD/CTL)传感器,并成功用于检测空气中痕量正己烷、甲醛、三氯乙烯等有毒气体。本论文的研究内容及成果如下: (1)第二章设计了一种基于复合粉体Y_2O_3-Al_2O_3材料(质量比为2:1)的TD/CTL正己烷传感器。以Tenax-TA为吸附材料,在波长400 nm处,催化温度200℃下,催化发光强度与正己烷浓度在1.32-132.00 mg/m~3范围内呈良好线性关系;检出限为0.40 mg/m~3 (3σ)。在同样实验条件下,检测灵敏度比未添加热解吸仪前的CTL正己烷传感器提高了20倍。该传感器灵敏度高,能实现对车间场所中痕量正己烷的定量检测。 (2)第三章设计了基于TD/CTL的甲醛传感器。实验研究表明,活性炭对低浓度甲醛吸附效果最佳,在复合粉体催化材料TiO2-Y_2O_3(质量比为1:3)表面温度为195℃时,于波长490 nm处,催化发光强度与甲醛气体浓度在0.026-1.30 mg/m~3范围内呈良好线性关系;检出限为0.010 mg/m~3。将本法样品分析结果与国家标准方法对比,结果满意。该传感器灵敏度高,能实现对室内空气中痕量甲醛的定量检测。 (3)第四章设计了基于纳米复合材料ZnO-Y2O(3质量比为2:1)的TD/CTL三氯乙烯传感器。选用Tenax-GR为吸附材料,在波长440 nm处、催化温度为210℃时、化学发光强度与三氯乙烯气体浓度在14.65-586.00 mg/m~3范围内呈良好的线性关系;检出限为13.34 mg/m~3。高选择性是这个传感器的突出特点,且灵敏度也高能实现对车间场所中痕量三氯乙烯的定量检测。 (4)第五章设计了基于纳米Y_2O_3,ZrO_2,γ- Al_2O_3材料的阵列传感系统,并成功用于二甲苯的三种异构体的分子识别和各组分定量分析。根据三种异构体在三种材料表面特殊发光光谱和发光强度大小进行分子识别;根据三种异构体浓度为86.70-8670.00 mg/m~3范围内与催化发光强度呈良好线性关系,同时混合组分的发光值与各组分发光值代数和相一致,建立三个混合组分联立线性回归方程式,利用最小二乘法原理求解方程组得出二甲苯的三种异构体的浓度。其后,人工合成了两个含有三种组分的混合样品并用该方法分析,结果满意。

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