专利名称：一种挥发性胺类传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种表面热离子化原理的(surface ionization sensor, SIS)挥发性 胺类气体传感器。该传感器可以检测有毒的胺和肼及其衍生物等，现场检测空气中胺类和 肼类化合物的浓度。
背景技术：
胺类及杂环胺类广泛应用于化学化工、化学制药等各个行业。工业、农业、药品及 食品加工等行业排放的废水、废气等都含有胺类。低浓度的胺类就会对人体和动物产生毒 害作用。由于上述样品都有更高浓度的其它有机物同时存在，能够选择性地、灵敏地、快速 地、在线地检测挥发性胺的浓度对环境保护、工业检测及食品控制均有重要意义。
表面离子化检测器(surface ionization detector, SID)能选择性的检测胺类， 对叔胺的响应比酮类大105 106倍，对烃类几乎没有响应，选择性极高。同时，SID灵敏度 很高，对叔胺的灵敏度比氮磷检测器高10 100倍，对于伯胺和仲胺，灵敏度不如氮磷检测 器(NPD)，但比火焰离子化检测器(FID)高。 表面离子化检测器的原理是表面电离。气体中的原子(或分子)碰撞到炽热的固 体表面，当它们由于热解析离开固体表面时，其中一部分原子(或分子)就被电离成正离子 或负离子。 可被表面电离的物质范围包括1)电离能小的IA族金属原子，如钠原子、钾原子、 锶原子等；2)过渡金属、稀土金属和铀的氧化物，含硫和含卤的无机化合物；3)含氮和含氧 的有机物，如三乙胺、三甲基肼、苯胺、酚类、一些氨基酸以及醋酸、甲酸等等。有机物中，只 有胺和肼及其衍生物的表面电离效率很高，叔胺类的电离效率甚至高达0. 2 0. 5。
岛津公司曾经推出用于气相色谱仪检测器的商品化的表面离子化检测器(专利 号CN86103355、JP61264256、EP26223、W08606836)。这种检测器能选择性的检测胺类，对叔 胺的响应比酮类大105 106倍，选择性极高。这种SID的灵敏度也很高，SID对叔胺的最 小检出量约为10—"g。然而，已经报道的SID必须与气相色谱联用，且需要载气和尾吹气，不 能连续在线地监测空气中胺的浓度，不适合作为传感器使用。 因此，如果能让表面离子化检测器在空气中使用而不用载气，能够检测空气中含 有的有机胺类组分，并且有较高的检出灵敏度，就会成为现场探测有机胺和肼类组分的传 感器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种表面热离子化检测原理的挥发性胺类和肼类传感器。 该传感器不需用载气、尾吹气和复杂的气路控制装置，仅仅依靠空气扩散将样品传输到发 射极的表面。因而，该传感器连续在线地监测空气中胺的浓度，可广泛用于有毒胺类和肼类 气体微量泄漏的报警。 为实现上述目的，本发明采用技术方案为
—种挥发性胺类传感器，包括置于外壳内部的发射极和收集极； 所述发射极为筒状结构或螺旋状绕丝，收集极为半圆曲面或圆筒状，设置于发射
极的外侧、且与发射极同轴放置；或者所述发射极和收集极均为平板状结构，它们平行放
置； 发射极与收集极间的间距小于2mm(通常为0.5-2mm);在外壳上开设有孔洞， 一扩 散膜覆盖于孔洞表面，扩散膜为一平面气体扩散膜；收集极通过一收集极引线穿过外壳与 外界微电流放大器电连接。 发射极的加热可采用自热式或旁热式，自热式为在发射极上通低电压大电流使温 度达到所需设定值(工作温度)，旁热式为采用加热棒或加热丝加热发射极；
采用加热棒加热时，筒状发射极套设于加热棒的外侧壁上，筒状或螺旋状发射极 与半圆曲面或圆筒状收集极及加热棒同轴放置。 加热棒对发射极金属电极加热并且承担支撑发射极，其外层为石英玻璃材质，耐 高温、绝缘且化学惰性好以避免对有机胺类化合物的吸附；收集极为半圆曲面或圆筒状，采 用导电材料制成，其捕集从发射极表面电离产生的正离子信号； 采用加热丝加热平板状发射极时，加热丝设置于平板状发射极远离收集极一侧的 侧壁面上； 发射极材质采用功函数大的为金属钼、钼、铱、铑或者它们的合金，通常采用相对 廉价的钼或铂； +30 400V的极化电压通过导线直接施加在发射极上； 扩散膜固定在外壳上，使空气和挥发性胺类等透过并进入传感器内； 外壳的内壁采用石英玻璃、经过惰性化处理的玻璃或聚四氟乙烯等化学惰性良好
的材质，传感器内腔整体保温，以减小对胺和肼等样品的吸附。
本发明和已有的专利设计和商品化的SID相比具有以下优点 1)不需用载气、尾吹气和复杂的气路控制装置，仅仅依靠空气扩散将样品传输到 发射极的表面，能连续在线地监测空气中胺的浓度； 2)外壳内壁采用石英、玻璃或聚四氟乙烯等化学惰性良好的材质，并且传感器内 腔整体保温，最大程度的减小了对胺类的吸附，对叔胺的最小检出量小于2i! g/M3 ;
3)加热棒的外层为石英玻璃材质以避免对有机胺类化合物的吸附；
4)极化电压直接施加在发射极上，不需要另外设置单独的极化极，结构简单。
所发明的传感器对叔胺的最小检出量小于2i! g/M 能连续在线地监测空气中胺 的浓度，可广泛用于有毒胺类和肼类气体微量泄漏的报警。
图1为本发明挥发性胺类传感器结构示意图；
图2为本发明挥发性胺类分解结构示意图； 其中，100-发射极；101-导线；200-加热棒；300-收集极；301-收集极引线； 400-扩散膜;500-外壳; 图3为本发明的传感器测量空气中2 i！ g/m3三乙胺和20 y g/m3三乙胺的响应图；
实验条件采用线绕钼丝作为发射极，发射极表面温度约37(TC，极化电压+150V。
具体实施例方式
—种挥发性胺类传感器，包括发射极、加热棒、收集极、扩散膜和外壳等组件，
圆筒状发射极套设于加热棒的外侧壁上，收集极为圆筒状，与加热棒同轴放置，与 发射极间距为lmm;发射极、加热棒和收集极均位于外壳内部中央；扩散膜为一平面气体扩 散膜，固定在外壳上； 发射极材质采用功函数大的金属钼，发射极用加热棒加热至工作温度，+30 400V的极化电压直接施加在发射极上，不需要另外设置极化极； 加热棒对发射极金属电极加热并且承担支撑发射极，其外层为石英玻璃材质，耐 高温、绝缘且化学惰性好以避免对有机胺类化合物的吸附； 收集极负责捕集从发射极表面电离产生的正离子信号，为半圆曲面或圆筒状，采 用导电材料制成，收集极通过一收集极弓I线穿过外壳与外界微电流放大器电连接；
在外壳上开设有孔洞，扩散膜固定在外壳上覆盖于孔洞表面，使空气和挥发性胺 类等透过并进入传感器内。 外壳的内壁采用石英玻璃、经过惰性化处理的玻璃或聚四氟乙烯等化学惰性良好 的材质，并且，外壳处于一加热块内，传感器整体保温，以减小对胺和肼等样品的吸附，加快 扩散速率。 将此传感器置于含有有毒的胺或肼化合物的空气中，发射极加热至其工作温度
(350 480°C );空气、胺或肼及其他化合物透过扩散膜进入传感器内部，碰到炽热的发射
极，由于表面电离的高选择性，只有胺或肼发生表面电离，产生正离子；在极化极和收集极
之间电场的作用下，产生的正离子移动到收集极形成微电流信号，微电流信号经外界的微
电流放大器放大后输出检测信号。检测信号的大小与胺或肼的浓度成正比。 本发明的传感器对叔胺的最小检出量小于2i! g/M3，能连续在线地监测空气中胺
的浓度，可广泛用于有毒胺类和肼类气体微量泄漏的报警。
权利要求
一种挥发性胺类传感器，包括置于外壳(500)内部的发射极(100)和收集极(300)，其特征在于所述发射极(100)为筒状结构或螺旋状绕丝，收集极(300)为半圆曲面或圆筒状，设置于发射极(100)的外侧、且与发射极(100)同轴放置；或者所述发射极(100)和收集极(300)均为平板状结构，它们平行放置；在外壳(500)上开设有孔洞，一扩散膜(400)覆盖于孔洞表面，扩散膜(400)为一平面气体扩散膜；收集极(300)通过一收集极引线(301)穿过外壳(500)与外界微电流放大器电连接。
2. 按照权利要求1所述的挥发性胺类传感器，其特征在于发射极(100)的加热可采 用自热式或旁热式，自热式为在发射极(100)上通低电压大电流使温度达到所需设定值， 旁热式为采用加热棒(200)或加热丝加热发射极(100)。
3. 按照权利要求2所述的挥发性胺类传感器，其特征在于采用加热棒(200)加热时， 筒状发射极(100)套设于加热棒(200)的外侧壁上，筒状或螺旋状发射极(100)与半圆曲 面或圆筒状收集极(300)及加热棒(200)同轴放置。
4. 按照权利要求3所述的挥发性胺类传感器，其特征在于加热棒(200)的外层为石 英玻璃材质以避免对有机胺类化合物的吸附；收集极(300)为半圆曲面或圆筒状，采用导 电材料制成，其捕集从发射极(100)表面电离产生的正离子信号。
5. 按照权利要求2所述的挥发性胺类传感器，其特征在于采用加热丝加热平板状发 射极(100)时，加热丝设置于平板状发射极(100)远离收集极(300) —侧的侧壁面上。
6. 按照权利要求1所述的挥发性胺类传感器，其特征在于发射极(100)材质为金属 钼、钼、铱、铑或者它们的合金。
7. 按照权利要求1所述的挥发性胺类传感器，其特征在于+30 400V的极化电压通 过导线(101)直接施加在发射极(100)上。
8. 按照权利要求l所述的挥发性胺类传感器，其特征在于扩散膜(400)固定在外壳 (500)上，使空气和挥发性胺类透过并进入传感器内；外壳(500)的内壁采用石英玻璃、经 过惰性化处理的玻璃或聚四氟乙烯化学惰性良好的材质，以减小对胺类的吸附。
9. 按照权利要求1所述的挥发性胺类传感器，其特征在于所述发射极(100)与收集 极(300)间的间距为0. 5-2mm。
全文摘要
本发明涉及一种采用表面热离子化原理测量挥发性胺和肼及其衍生物的选择性传感器，包括置于外壳内部的发射极和收集极等组件。发射极用钼或铂或合金材料制成，为线绕结构或筒状结构，加热棒对发射极金属电极加热并且承担支撑发射极；或者发射极和收集极为平行放置的两平板。当发射极在空气中被加热到350～480℃时，空气、胺或肼及其他化合物扩散进入传感器内，与发射极的表面碰撞，只有胺或肼发生表面电离产生正离子而被检测。该传感器对叔胺的最小检出量小于2μg/M3，可以用于现场检测有毒的挥发性胺类和剧毒肼类化合物。
文档编号G01N27/62GK101769896SQ20081023024
公开日2010年7月7日 申请日期2008年12月26日 优先权日2008年12月26日
发明者关亚风, 徐静, 朱蕴卿, 朱道乾, 李伟伟 申请人:中国科学院大连化学物理研究所